Pilgerreise in den Nanokosmos

Die Herkunft molekularer Maschinen in unserem Körper: Selbstorganisation oder intelligente Ursache?

Kai-Uwe Kolrep

1943 entdeckten Salvador E. Luria und Max Delbrück, dass Bakterien Gene besitzen, und gaben damit den Startschuss für eine neue wissenschaftliche Disziplin, die Molekularbiologie. Nach weiteren revolutionären Erkenntnissen, wie der Entdeckung der Struktur der DNS (Desoxyribonucleinsäure) und der Bildung von Proteinen, schenkte uns dieser noch recht junge Wissenschaftszweig bereits viele weitere verblüffende Einblicke in die Komplexität der lebenden Zellen.

Er zeigt uns nämlich ein Heer von wenigen Millionstel bis Milliardstel Millimeter (Nanometer) kleinen Maschinen, die in unermüdlicher Arbeit verschiedenste Aufgaben erledigen. Nach Bauanleitungen bilden sie Proteine, zeigen sich für die komplizierte Teilung unserer Zellen verantwortlich und sorgen in ihnen für regen Verkehr von wichtigen Transportgütern.

Nanomaschinen in unserem Körper zerlegen komplexe Moleküle, die wir durch die Nahrung aufgenommen haben, in ihre Bestandteile. Aus diesen Bausteinen können andere molekulare Apparate neue Moleküle und Strukturen zusammenfügen. Diese werden gebraucht, wenn Zellen sich regenerieren, wachsen oder wenn es nötig ist, verletztes Gewebe zu reparieren.

Die Baupläne aller dieser Nanomaschinen sind in codierter Form in den langen Strängen der DNS-Moleküle niedergeschrieben. Eine Armee unterschiedlicher Proteinmaschinen sorgt dafür, dass diese Information vor jeder Teilung einer Zelle durch spezielle Kopierautomaten fehlerfrei dupliziert wird.

Ähnlichkeit mit Technik

In der Welt des Nanokosmos, in der Welt der Moleküle, findet man aus reinem Eiweiss aufgebaute Maschinen, die – analog zu den technischen, vom Menschen erdachten und hergestellten Maschinen – Scharniere, Hebel, Federn und Kupplungsmechanismen aufweisen. Biologische Kleinsttechnik und menschliche Technik präsentieren oftmals gleichartige Lösungen.

Wir dürfen erkennen, dass «die arbeitenden Komponenten einer Zelle miteinander in wunderbar feiner und komplexer Art, selbst im einfachsten Organismus, kombiniert sind». So steht es im Vorwort eines bekannten Lehrbuchs zur Molekularbiologie. Man spricht zudem von «ausgeklügelter Kompliziertheit» und verdeutlicht, dass «die ausserordentliche Ingeniosität der Zellmechanismen Zellbiologen in aller Welt herausfordert».

Selbstorganisation?

Durch neueste Entdeckungen von Forschern am Biozentrum der Universität Würzburg und am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie wurde das interessante Gebiet der Molekularbiologie nun erneut um ein faszinierendes Stück reicher.

In der aktuellen Meldung der Universität Würzburg heisst es, dass es in einer Zelle wie in einer Fabrik zugehe. Das Neue daran sei, dass man winzige «Monteure» entdeckt habe, die aus kleinsten Molekülen grosse molekulare Maschinen zusammenbauen. Ähnlich der von Menschenhand erzeugten Maschinen, seien sie oft sehr kompliziert aufgebaut. Und deshalb sei es auch kaum zu glauben gewesen, dass sich diese hochkomplexen «Maschinen» spontan, quasi wie von Geisterhand, selbst organisieren sollten.

Der Biochemiker an der Würzburger Universität, Utz Fischer, ist sich sicher: «Diese Annahme ist jetzt eindeutig widerlegt. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zelle ähnlich vorgeht, wie wir es von der Konstruktion einer Maschine in einer Fabrik kennen. Richtige Maschinenbauer sind da am Werk.»

Dass sich unbelebte Materie «quasi wie von Geisterhand selbst organisiert», das wird auch in der Hypothese der Selbstorganisation beim Ursprung des Lebens angenommen. Man kennt Selbstordnungsprozesse in der Natur, wie beispielsweise die Bildung von Kristallen oder den Zusammenschluss von Wassermolekülen in einen Wassertropfen. Kochsalz bildet in gesättigter Lösung seine typische Gitterstruktur mit einem hohen Ordnungszustand aus. Dabei führen die bereits gegebenen chemischen Eigenschaften von Kochsalz (Natriumchlorid) zu diesem geordneten, dreidimensionalen Muster.

Aufgrund der Existenz solcher natürlicher Ordnungsvorgänge wird oft der Schluss gezogen, dass sich Materie von selbst organisieren könne und so das Leben entstanden sei. Aber ein regelmässiges Muster stellt noch lange keine codierte Information dar, so wie sie bei der DNS vorliegt.

Die Biologen John Trevors und David Abel weisen in ihrer Studie nach, dass es einen wesentlichen qualitativen Unterschied zwischen Selbstordnung und Selbstorganisation gibt. Das Vorhandensein von experimentell beobachtbarer Selbstordnung in der unbelebten Natur berechtigt noch nicht zu der Annahme, dass sich ein komplexer genetischer Code tatsächlich von selbst organisiert hat.

Des spekulativen Charakters der Selbstorganisationshypothese ungeachtet, ist sich der Augsburger Komplexitätsforscher Klaus Mainer sicher, dass es die Evolution verstanden habe, «eine neue Form der Selbstorganisation auszubilden – und das ist die codierte Selbstorganisation». Die Fähigkeit einer Zelle, sich selbst zu vervielfältigen, sei «eine neue Qualität der Selbstorganisation». John McCaskill, Biochemiker an der Ruhr-Universität Bochum, geht davon aus, dass die Entstehung des Lebens ein «Prozess der zunehmenden Informationsgewinnung» bedeute – die Entstehung dieser Information habe durch eine Selbstorganisation stattgefunden.

Aber die unbequeme Frage ist, wie es die Evolution verstanden hat, diese «neue Qualität» der Selbstorganisation auszubilden – wie konnte es zu einer «zunehmenden Informationsgewinnung» durch Selbstorganisation kommen? Die empirische Prüfung verschiedener Hypothesen zur Entstehung des Lebens zeigt deutlich, dass derzeit bekannte molekularbiologische Mechanismen als Erklärung für den bedeutenden, in der Vergangenheit liegenden Schritt zum Leben nicht ausreichen.

Ein philosophisches Dogma

Der philosophische Materialismus kennzeichnet eine Position, die alle Vorgänge und Phänomene der Welt auf Materie zurückführt – naturwissenschaftlich erfassbare Materie sei das Einzige, was es gebe. Dinge wie Bewusstsein, Seelisches und Geistiges seien letztlich Wirkungen physikalischer Prozesse (Epiphänomenalismus). Daraus folgt zwingend, dass sich unbelebte Materie von selbst zu belebter Materie organisiert haben muss, denn zum einen ist sie ja das Einzige, was existiert, zum anderen ist etwas Geistiges, sprich eine planende Intelligenz, von vornherein auszuschliessen.

Unter dieser philosophischen Prämisse ist es auch zu verstehen, dass manche Naturwissenschaftler die Selbstorganisation als ein tatsächlich stattgefundenes, geschichtliches Ereignis betrachten. Sie gehen von einer zwar noch zu entdeckenden, aber grundsätzlich bestehenden Lösung aus, die den Ursprung des Lebens ohne eine dahinterstehende planende Instanz erklären kann. Naturwissenschaftliche Kenntnislücken werden aus philosophischen Gründen als prinzipiell erklärbar betrachtet.

Intelligenz im Anfang

Der als Ikone des Atheismus bekannte Philosoph Anthony Flew wagte es, das Dogma der Selbstorganisation zu hinterfragen. Sein neuestes Buch (Flew & Varghese, 2007), in dem er sein Umdenken beschreibt, rief in atheistischen Kreisen heftige Reaktionen hervor. Dass Flew im Alter von über 80 Jahren dem Atheismus den Rücken kehrte und nun glaubt, dass «das Universum durch eine unendliche Intelligenz erschaffen wurde», ist bemerkenswert. Hat er doch den Atheismus – nach eigenen Angaben mehr als ein halbes Jahrhundert lang – argumentativ brillant verteidigt. Jetzt ist er der Überzeugung, dass «das Leben und die Fortpflanzung aus einer göttlichen Quelle herrühren».

Doch was überzeugte den weltbekannten atheistischen Intellektuellen? Flew blieb folgendem Leitsatz treu: «Wir müssen dem Argument folgen, wohin es uns führt.» Die neuesten wissenschaftlichen Entdeckungen stärken seiner Ansicht nach Argumente für intelligentes Design enorm. Sie zeigen das Phänomen Leben als das «Vorhandensein von intelligent organisierten und zielorientiert handelnden Lebewesen».

Aus Flews Sicht ist es unmöglich, eine wissenschaftlich haltbare Theorie für die Entstehung der ersten, sich fortpflanzenden Organismen zu formulieren. Kurz gesagt: Sein Weg zur Notwendigkeit eines Schöpfers war für ihn eine «Pilgerreise der Vernunft und nicht des Glaubens». Flew lehnt jedoch nach wie vor einen Gott wie den biblischen, der sich den Menschen offenbart hat, ab.

Ursprung des Lebens ungeklärt

In einem Interview stellte der Biophysiker Christoph Cremer die erstaunlichen Gemeinsamkeiten zwischen molekularen und menschlichen Maschinen deutlich heraus. Er meinte jedoch auch, es gäbe einen «klaren Unterschied» zwischen Natur und Technik: «Während die vom menschlichen Geist entworfenen technischen Maschinen von Anfang an bewusst auf bestimmte Zwecke hin konstruiert werden, sind die natürlichen biomolekularen Maschinen das Ergebnis der chemischen und biologischen Evolution. Sie haben eine Milliarden Jahre dauernde Entwicklung hinter sich.»

Aber – ist dieser Unterschied wirklich vorhanden? Hat sich tatsächlich leblose Materie – ohne Einwirkung von Intelligenz – von selbst organisiert und zu welchem Zweck? Oder steckt eine planende, arrangierende Instanz hinter der biologischen Welt, die in Funktionalität, Komplexität, Effizienz und Wiederverwertung der menschlichen Technik weit überlegen ist?

Bisher gelang es nicht, eine planlose, zufällige Entstehung des Lebens mit seiner faszinierenden Maschinerie, die sich im Nanokosmos offenbart, glaubhaft zu machen. Selbstorganisation bleibt weiterhin eine philosophische Spekulation. Sie lässt sich nicht aus beobachtbaren Selbstordnungsprozessen ableiten. Die Erkenntnis, dass in der Natur hochkomplexe maschinenartige Architekturen vorkommen, die an unsere erdachte, konstruierte und erzeugte Technik erinnern, legt einen intelligenten Urheber der belebten Welt nahe.

Natürlich ist diese Analogie kein naturwissenschaftlicher Beweis für einen möglichen intelligenten Designer. Es bleibt eine persönliche, ausserwissenschaftliche Angelegenheit, ob man an einen Designer glaubt oder ihn verneint.

Die Ursprungsfrage ist nicht objektiv auf rein naturwissenschaftlicher Ebene zu klären, sondern setzt Grundannahmen voraus, die sich einer Prüfung entziehen. Sie bleibt umhüllt von einem Schleier aus Philosophie und Theologie, der durch die Naturwissenschaften nur beleuchtet, aber nicht gelüftet werden kann.

Trotzdem steht es jedem offen, sich, wie der weltbekannte Philosoph Anthony Flew, auf eine «Pilgerreise der Vernunft» zu begeben und die naturwissenschaftlichen Fakten zur Entstehung des Lebens zu prüfen. Denn es gilt herauszufinden, ob der faszinierende Nanokosmos mit seinen molekularen Maschinen eine bedeutende Botschaft vermittelt, die jenseits des wissenschaftlich Beweisbaren liegt.