Die Formen des Lebendigen


Unsere Vorfahren werden unsere Nachfahren sein

 
Von Karl Sumereder

Abgesehen von den Theorien, wie das Universum entstanden ist und „was die Welt im Innersten zusammenhält“ (Goethe, Faust I), bewegt auch die Frage über das Entstehen und die Ausformungen des Lebendigen die Menschheit. In der antiken griechischen Philosophie wird „Leben“ durch zwei Termini bezeichnet: durch „bios“ und „zoe“. Obwohl die Bedeutungen oft ineinander übergehen, bezieht sich „bios“ mehr auf die menschliche Welt, den Lebenslauf und die Lebensweise, „zoe“ dagegen bezeichnet eher das Leben im Allgemeinen, unabhängig davon, ob es sich um das Leben von Menschen, Tieren oder Pflanzen handelt. In Verbindung mit detaillierten biologischen Beobachtungen entwickelte Aristoteles (384–322 v.u.Z.) zum ersten Mal eine Bestimmung von Leben, die in ihren Grundzügen für das biologische, medizinische und philosophische Denken lange gültig war. Wie Platon (ca. 428–347), lehnte auch er die Erklärung der Lebensvorgänge durch einen mechanischen Atomismus, wie ihn Demokrit (460–371) vertreten hatte, ab. Nach allem, was wir heute über das Universum wissen, war das Auftreten von ersten Lebensformen, beginnend und aufbauend mit Mikroorganismen, ein außerordentlich seltenes, unvorhersehbares, geradezu völlig unwahrscheinliches Ereignis. Mit Sicherheit wissen wir nur, dass dies auf der vor zirka 4,5 Milliarden Jahren entstandenen Erde geschehen ist. Die ältesten Mikrofossilien, die in Sedimentgesteinen entdeckt wurden, sind etwa 3,5 Milliarden Jahre alt. Der Prozess, der zur Entstehung der Lebensformen führte, wird von der Naturwissenschaft in die Phasen chemische Evolution (in welcher der Aufbau von Makromolekülen, den Polymeren erfolgte), den durch Selbstorganisation sich vollziehenden Übergang vom Unbelebten zum Belebten und die darwinsche Evolution eingeteilt. Gemäß der Hyperzyklustheorie des deutschen Nobelpreisträgers für Chemie Manfred Eigen wird angenommen, dass in der vorzellulären Phase im Kalender der Entwicklung des Lebendigen, unabhängig voneinander zunächst kurze molekulare Ketten von Nukleinsäuren und verschiedene Proteine (Eiweiße) vorhanden waren. Jede der Kernsäuren (die Makromoleküle RNA und DNA) stellte einen kleinen, sich selbst replizierenden Zyklus dar. Solange, bis im Verlauf großer Zeiträume mehrere solcher Strukturen – funktionell mit Proteinen gekoppelt – sich in einem so genannten Hyperzyklus zusammenschlossen.

Aus der kooperativen Wechselwirkung zwischen Nukleinsäuren und Proteinen ist die genetische Information zum Aufbau körperlicher Strukturen hervorgegangen. In einem derartigen ursprünglichen Netzwerk wurden aufgrund der Umweltbedingungen zureichend lange Kernsäureketten gebildet und gleichzeitig die Fehlerhäufigkeit bei der Replikase gesenkt. Der amerikanische Physiker und Mikrobiologe Carl R. Woese ist auch der Ansicht, dass es anfangs der chemischen Evolution noch keine beständigen Träger von Lebendigem gegeben hat. Nur bestimmte Einheiten, die entstanden, wieder zerfielen und sich nicht vermehrten. Diese so genannten Progenoten hatten einen ununterbrochenen, kreuz und quer verlaufenden und nur horizontalen Gentransfer. Was bedeutet, dass die Gene in einem gemeinsamen Genpool frei ausgetauscht wurden, ohne dass es zu einer Artenbildung gekommen ist. Dieser freie Austausch war aber die treibende Kraft der frühen Zellenevolution. Mit wachsender Komplexität dieser Strukturen wurde der horizontale Gentransfer immer schwieriger. Die Gene, diese Träger von Informationen, wurden dann nicht mehr an die in der Nachbarschaft befindlichen Strukturen weitergegeben, sondern an eigene Nachkommen (vertikaler Gentransfer).

Erst als im Verlauf weiterer langer Zeiträume komplementäre Gene beziehungsweise Verbände von Genen versammelt waren, erfolgte deren Verselbständigung zu den besonderen Lebensformen der „Archaea“ (Einzeller ohne Mureinhüllen), den Prokaryoten (Einzeller wie Bakterien, aber noch ohne Zellkern) und den Eukaryoten (pflanzliche und tierische Zellen mit einem Zellkern).

Zellen, die Baueinheiten des Lebendigen

Makromoleküle mit Eigenschaften, die eine Speicherung des Aufbauplans und seine Kopierung ermöglichten, Enzyme zur Ausführung der Informationen eines solchen molekularen Bauplans, Aminosäuren und Eiweißkörper als Bausteine, entstanden in der Urzeit des Lebens, letztlich, wie auch immer, vor den zellulären Mikroorganismen. Beim Begriff „Bauplan“ handelt es sich aus naturwissenschaftlicher Sicht um keine starre Wesenheit, sondern um eine Abstraktion, eine Metapher. Dieser Begriff ist aber historisch stark von der idealistischen Morphologie beeinflusst, die von der Idee eines Urbildes der Organismen beziehungsweise ihrer Gestalten beseelt war und verschiedentlich noch heute ist.

Der erste Schritt zum Lebendigen bestand in einer Zusammenfassung der erwähnten Elemente im Inneren einer bestimmten, aus Lipiden und Proteinen zusammengefügten Hülle, die biochemische Prozesse von den in der Außenwelt ablaufenden physikalischen und chemischen Vorgängen trennte. Die kleinsten Baueinheiten mit einer solchen Hülle, die zur selbständigen Existenz fähig waren und sich replizieren konnten, waren die biologischen Zellen. Zellen sind, von wenigen Ausnahmen abgesehen, nur unter dem Mikroskop erkennbar. Im Allgemeinen haben sie einen Durchmesser von 1/100 bis 1/1000 Millimeter. Wie der deutsche Arzt Hoimar von Ditfurth (1921–1989) erklärt, war seiner jedoch nicht unwidersprochen gebliebenen Ansicht nach der erste Organismentyp eine einfache Ur-Zelle. Eine, die noch nicht über eine reiche Ausstattung mit spezialisierten Organellen (eine Organelle ist ein strukturell abgrenzbarer Bereich einer Zelle mit besonderer Funktion, z. B. Ribosomen, Mitochondrien und andere) verfügte, die für höhere Zellen typisch sind. Im Inneren des Protoplasmaleibes muss eine Proto-Zelle jedoch das Makromolekül RNA enthalten haben, in dem ihr molekularer Bauplan gespeichert war. Außerdem eine Reihe von Enzymen (Eiweißmoleküle mit katalytischer Eigenschaft, die chemische Reaktionen steuern und beschleunigen, ohne selbst verbraucht zu werden), die in der Lage waren, die Informationen des Bauplans praktisch umzusetzen. Voll entwickelte makrozelluläre Strukturen erwarben im Verlauf der Evolution erstaunliche Anpassungsleistungen, wie Pflanzen und Tiere zeigen, die zum eigenen Schutz beispielsweise ihre Körperfarbe dem Untergrund entsprechend verändern können. Oder die Fress-Abwehrmechanismen entwickeln oder bestimmten Objekten oder Lebewesen zum Verwechseln ähnlich sehen (Mimikry und Mimese).

Ein Atlas der Mikroorganismen

In einem kleinen Gefäß voll Erde gibt es mehr einzellige Organismen als Sterne in unserer Galaxie. Nämlich unvorstellbar geschätzte 100 Milliarden, wie Madeleine Amberger in einem ORF-Radiokolleg am 6. Juni 2012 darlegte. Die ersten Lebewesen auf der Erde haben inzwischen jede ökologische Nische auf der Erde kolonialisiert: die Ozeane, das Festland, Pflanzen, Tiere und uns Menschen. Doch die Wissenschaft kennt bislang nur einen Bruchteil der Mikroorganismen, geschweige denn weiß sie, wie mikrobielle Gemeinschaften zusammen leben, welche Bedeutung eine funktionierende Mikroben-Gemeinschaft für unsere Gesundheit darstellt oder wie genau die Mikroorganismen im und auf uns Menschen mit jenen in der Umwelt – sei es in der Natur oder in den Innenräumen – kommunizieren. Dies ist aktueller Untersuchungsgegenstand internationaler Forschergruppen, die sich daran machen, das Mikrobion, nämlich die Gesamtheit der Mikroorganismen, systematisch zu katalogisieren. Seien es solche zu Wasser, zu Land, in der Luft, in und auf lebendigen Körpern. Bei allen Facetten des Lebens, ob Verdauung oder Fotosynthese bei den Pflanzen, bei der Abwehr krankmachender Mikroorganismen spielt die Chemie eine zentrale Rolle.

Eine besondere Art von biologischen Zellen

Bakterien sind einzellige Lebewesen und damit eine der einfachsten Lebensformen. Sie besitzen bereits ein Genom (Gesamtheit einer Erbinformation), einen Stoffwechsel, eine Zellmembran, aber noch keinen echten Zellkern. Sie können die Form von Kugeln (Kokken), Stäbchen (Bazillen), eine Schraubenform, Fäden oder Hanteln aufweisen. Bakterien kommen überall vor. Sie existieren sogar im ewigen Eis, im Permafrostboden oder in kochenden Schlammpfützen neben Vulkanen oder in den rauchenden Schloten der Tiefsee. Ohne diese Einzeller gäbe es keine der höheren Lebensformen als pflanzliche und tierische Vielzeller. Vom Augenblick der Geburt an werden wir von einer fast unübersehbar großen Vielfalt der verschiedensten Bakterien besiedelt. Sie sitzen unsichtbar und nicht spürbar auf unserer Haut, in unseren Haaren, auf den Schleimhäuten und im Darm. Fast alle sind harmlos, einige sogar unentbehrlich, da sie das lebensnotwendige Vitamin B12 produzieren, das unser Körper selbst nicht synthetisieren kann.

So winzig und nützlich Bakterien für uns sind, so gefährlich können andere wiederum sein. Sie können die Ursache für lebensgefährliche Krankheiten wie Pest, Typhus, Lepra, Cholera, Salmonelleninfektionen, Diphterie, Wundstarrkrampf, Karies und Lähmungen bilden. Sie sind für viele Entzündungen wie zum Beispiel der Lungen, des Magens, der Mandeln oder der Gehirnhaut verantwortlich. Bakterien vermehren sich durch eigene Teilung. Wenn die Bedingungen gut sind, kann dies alle 20 Minuten erfolgen. Wir tragen auf uns und beherbergen in uns mehr Bakterien, als wir Körperzellen besitzen. Unser Körper besteht aus etwa 1013 Zellen, sprich: 10 Billionen. Die Anzahl unserer Bakterien belaufe sich auf die unglaubliche Zahl 1014. Wenn unser Immunsystem oder Medikamente die schädlichen Bakterien nicht in Schach halten oder vernichten würden, würden wir rasch zugrunde gehen. (Als Immunsystem wird das biologische Abwehrsystem, ein komplexes Netzwerk aus Organen, Zelltypen, Molekülen und Antikörpern bezeichnet, das Gewebeschädigungen durch Bakterien oder Viren in einem bestimmten Ausmaß verhindert).

Für die amerikanische Biologin Bonnie Bassler von der Princeton University (Wall Street Journal 8. September 2009) sind Bakterien überraschend sozial. Sie unterscheiden zwischen sich und anderen in ihrer Umgebung. Bakterielle Gesellschaften basieren auf einer speziellen molekular-chemischen Sprache, als „quorum sensing“ bezeichnet. Viren sind noch winziger als Bakterien, etwa ein zehntausendstel Millimeter (0,0001 mm). Viren sind im Grunde keine echten Lebewesen. Sie können sich nicht selbst ernähren und von sich aus vermehren. Es sind merkwürdige Gebilde, die nur aus dem Faden eines Nukleinsäure-Kettenmoleküls bestehen, der aufgeknäuelt in einer Eiweißkapsel als Hülle verpackt ist. Für den Nobelpreisträger für Medizin Thaddäus Reichstein (1897–1996) sind Viren als tote Reste untergegangener Mikroorganismen beziehungsweise als die Gensubstanz derselben aufzufassen. Viren sind durchwegs pathogene, gefährliche Krankheitserreger bei Pflanzen, Tieren, Menschen und löschen Zellen bei dabei erfolgender Einschleusung des eigenen Erbgutes und damit zur eigenen Vermehrung aus.

Etwas zum Nachdenken

Heute haben sich Physiker(innen), Biologen(innen) und Neurologen(innen) weitgehend dem Materialismus und dem Reduktionismus verschrieben. Also der Auffassung, dass Lebewesen als bloße Komplexe von Zellen, Blutgefäßen, Hormonen, Eiweißstoffen und Flüssigkeiten zu verstehen seien, die nach den Gesetzen der Physik und Chemie ausgerichtet sind. Immerhin war und ist das Bemühen, alles auf kleinstmögliche Bestandteile zu reduzieren, in der Physik, Chemie und Elektronik sehr erfolgreich. Sind aber die Lebensformen wirklich nichts anderes als Produkte von bestimmten Molekülen, die selbstorganisierend bestimmte Verbindungen ausschließlich vor einem physikalischen und chemischen Hintergrund eingehen und eingingen? Sind alle Formen nur als Leiterbahnen von Flüssigkeiten und Chemikalien, die sich durch Milliarden von Zellen winden, zu verstehen? Sind nicht insbesondere die dabei in filigranen Schaltkreisen ablaufenden Algorithmen (= eine geregelte Prozedur zur Lösung definierter Probleme oder einer Klasse von Problemen) auf solcher Grundlage wirklich einsichtig?

Professor Hans-Joachim Schönknecht, der im Rahmen der „Genius-Lesestücke“ schon einige Male informativ und sachkritisch in Erscheinung getreten ist, schreibt, dass der Materialismus, obwohl durch den gewaltigen Erkenntnisfortschritt der Naturwissenschaften begünstigt, keine überzeugende Option ist. Der Materialismus, der selbst die komplexesten Strukturen aus physikalisch-mechanischen Prozessen – und seien dies quantenmechanische Prozesse – herzuleiten glaubt, ist zwar wissenschaftsgläubig, aber selbst nicht Wissenschaft. Er ist eine philosophische Spekulation über diese und mit deren Resultaten. Was außerhalb der Grenzen der Naturwissenschaften und unseres Verstandes noch existiert, ist eine offene, vielleicht auf immer unbeantwortbare Frage.

Die Ersten werden vermutlich auch die Letzten sein

Unsere Sonne, dieses die Lebensformen auf der Erde voraussetzende und erhaltende Gestirn ist etwa – so wird von den Kosmologen vermutet – in der Mitte ihres Seins. Wie alt die Sonne, die älter als ihr vor 4,6 bis 4,7 Milliarden Jahren entstandenes Planetensystem wirklich ist, weiß man nicht genau. Die Sonne wird sich in ferner Zukunft, wenn ihr Wasserstoffvorrat zu Ende geht, zu einem „weißen Riesen“ aufblähen und dabei alles Leben auf der Erde zum Erlöschen bringen.

Schon aberhunderte Millionen Jahre vorher werden wegen dramatischer Klimaveränderungen vor allem die vielzelligen pflanzlichen und tierischen Lebensformen aussterben. Zu den Vorletzten zählen vielleicht, wie vermutet wird, bestimmte Vertreter aus dem riesigen Heer der enorm anpassungsfähigen Insekten, das geschätzte zehn Trillionen Individuen umfasst. Die Letzten werden aus der unvorstellbaren Anzahl von Mikroorganismen stammen, aus deren Reichen „Archaea“ und „Bacteria“. Sie sind die Nachfahren jener, die unter den unwirtlichsten Umweltbedingungen schon Abermillionen Jahre vor den höheren pflanzlichen und tierischen Lebensformen existierten. So paradox es klingt: Unsere Vorfahren werden unsere Nachfahren sein.

Bearbeitungsstand: Montag, 28. Jänner 2013

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