Dennoch: Betrachten wir das biologische Wissen, das wir bis heute gesammelt haben, nüchtern, dann stellen wir fest, dass das Leben als Gesamtheit eine hartnäckige Zufälligkeit ist, eine Laune, die immer neue Geschöpfe hervorbringt, um sich selbst zu erhalten, und die eines Tages dort enden wird, wo sie begonnen hat: in der Gluthitze und Eiseskälte des Leblosen. Das Leben ist ein einziger Selbstzweck – aber der wundervollste und raffinierteste, den wir kennen. Sein Programm lautet Anpassung, Ausdehnung und Vervielfältigung. Dieses Buch schaut dem Lebensprogramm derart in die Karten, dass es die Frage nach dem Sinn des Lebens und des Todes derart beantwortet, wie es Wissenschaftler aus Erfahrung am liebsten tun: mit der einfachsten erkennbaren Erklärung.
Mark Benecke
ERSTER TEIL
Warum die Natur den Tod erfand
„Alles, was lebt, muss sterben. Der Mensch ist das einzige irdische Geschöpf, dem es bisweilen gelingt, Unsterblichkeit zu erlangen.“
Publius Aelius Hadrian, um 100 n. Chr.
Vergiftete seine Frau Sabrina, seinen Schwager Servianius und seinen Enkel Dion, bevor er qualvoll an Wassersucht starb, weil sein Arzt ihm die Sterbehilfe verweigerte.
Blitz und Donner machen den Anfang
Ein schwüler Abend im Sommer 1952. In einem Labor in Chicago zuckt ein Lichtblitz durch einen Glaskolben, der mit kochendem Wasser und giftigem Methan-, Wasserstoff- und Ammoniakgas gefüllt ist. Der junge Forscher Stanley Miller ahmt damit die Umwelt nach, wie sie nach Meinung seines Chefs, des Chemie-Nobelpreisträgers Harold Urey, kurz vor der Entstehung des Lebens auf der Erde ausgesehen haben könnte. Tatsächlich entsteht in Millers Hexenkessel nach einigen Tagen beinahe Leben. Genauer gesagt, es bilden sich ein paar chemische Bausteine, die auch in Lebewesen vorkommen, vor allem Aminosäuren. Sie sind die Bestandteile aller Proteine, der wichtigsten Aufbaustoffe lebender Körper.
Anfangs entstand in Millers Kolben allerdings vorwiegend rötlicher Teer. Nach einigen Änderungen des Versuchsaufbaus wurde das Ergebnis aber interessanter, und beinahe hätte der deutsche Biologe Ernst Haeckel Recht behalten, der einem Kollegen schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts im Scherz geraten hatte: »Na, kondensieren Sie nur, eines Tages wird‘s schon krabbeln.«
Der Übergang von unbelebter Materie zu lebenden Gebilden ist auch heute noch eines der interessantesten und komplexesten Themen der Biologie und Chemie. Der deutsche Nobelpreisträger Manfred Eigen beschäftigte sich jahrelang ausführlich mit diesem Problem, und es war noch 1994 das Thema eines Leitartikels des einflussreichen Wissenschaftsmagazins Nature.
Mit ihren Versuchen konnten Miller, seine Mitarbeiter und andere Forscher nur den ersten Schritt zur Entstehung von Leben nachvollziehen; weitere wollen bis heute im Labor kaum gelingen. So bleibt gültig, was der amerikanische Wissenschaftler Harold Klein einmal sagte: »Selbst das einfachste Bakterium ist aus der Sicht eines Chemikers so verdammt kompliziert, dass man sich kaum vorstellen kann, wie es entstanden sein soll.«
Andererseits waren Bakterien aber sicher nicht die ersten lebensähnlichen Gebilde, die auf der Erde entstanden. Das macht es leichter, über die Anfänge des Lebens nachzudenken. Jüngere Versuche einer Arbeitsgruppe um J. P. Ferris vom Rensselear Polytechnic Institute in Troy zeigen, dass die Bausteine der Proteine (die Aminosäuren) und die Bausteine der Nukleinsäuren (Nukleotide) sich in der Gegenwart zweier Mineralien der so genannten Ursuppe (Illit und Montmorillonit) zu Bioketten verbinden können, wie sie auch in Lebewesen vorkommen. Solche Molekülketten kann man sich sehr gut als Ausgangsstoff für die Entwicklung des Lebens vorstellen.
Millers Versuche haben gezeigt, dass das Leben offenbar vor unendlich langer Zeit in schwärzester Nacht bei Sturm und Blitz geboren wurde.1 Mit gewaltigem Aufwand ist seit damals ein bunter Strauß von Lebensformen erblüht: Adler, Krebse, Tannen, Pudel, Butterblumen – und Menschen. Sie alle haben eines gemeinsam: einen mehr oder weniger eindrucksvollen Auftritt auf der Bühne des Lebens und – den Tod.
Lebende Geschöpfe wissen zu viel
Höhere Pflanzen und Tiere bestehen aus unglaublich vielen Zellen. Manche dieser Lebensbausteine kann man mit bloßem Auge gerade noch erkennen, die meisten sind dazu jedoch zu klein. Sie sind so winzig, dass in einen einzigen Blutstropfen mehr als eine Million Zellen passen.
Die Zahl eine Million ist schwer vorstellbar. Ein Gedankenexperiment soll sie deutlich machen. Eine geöffnete Hand fasst etwa zweitausend Reiskörner; in beide Hände passen folglich viertausend Körner. Um eine Million Reiskörner halten zu können, sind demnach zweihundertfünfzig Menschen nötig, und wenn sie alle ihre Hand voll Reis in Kochtöpfe schütten, füllen sie deren fünfzehn. Fünfzehn Kochtöpfe voller Reiskörner: So viele Zellen enthält ein Tropfen Blut.
In einem Lebewesen wie dem Menschen arbeiten aber nicht nur Millionen, sondern Billionen Zellen geregelt zusammen. Gleichgültig, wie weit die Zellen eines Körpers voneinander entfernt sind: Sie stimmen ihre Tätigkeit aufeinander ab. Wäre das nicht der Fall, würde jeder Teil des Körpers tun und lassen, was er wollte. Eine Nervenzelle würde zum Beispiel das linke Augenlid dazu anregen, unablässig zu zucken. Oder ein kleiner Hautabschnitt, vielleicht am Kinn, würde trotz grimmiger Kälte plötzlich schwitzen, weil einige Schweißdrüsen ihre Arbeit aufgenommen haben. So könnte kein Körper funktionieren. Das Zusammenspiel der Zellen erfolgt durch chemische und elektrische Nachrichten.
In unserem Körper gibt es etwa zweihundert verschiedene Zelltypen, die jeweils ganz spezielle Aufgaben erfüllen. Zellen der gleichen Sorte haben die gleiche charakteristische Gestalt: Nervenzellen etwa sind oft lang gestreckt, und Schweißdrüsenzellen sind becherförmig. Der einheitlichen Form entsprechen gleiche Aufgaben – Nervenzellen leiten elektrische Signale weiter, Schweißdrüsenzellen produzieren Schweiß.
Jede Zelle enthält eine Arbeitsanweisung. In den Zellen der Schweißdrüse ist die genaue Anleitung zur Herstellung von Schweiß niedergeschrieben. Dieses Rezept befolgen die Zellen sehr genau. Auch Nervenzellen beachten eine innere Anleitung. Sie erzeugen elektrische Signale, die im Körper ganz bestimmte Vorgänge steuern, etwa den Schlag der Augenlider. Erreicht das Nervensignal sein Ziel (in unserem Beispiel das Augenlid), zucken die Muskelzellen dort zusammen, weil genau das ihre vorgegebene Aufgabe ist; sie können nicht anders.
Sind Zellen also regelrechte Fachidioten, die nur jeweils eine einzige Aufgabe erfüllen können? Tun sie immer, was der innere Plan vorschreibt? Ja, aber das ist nicht alles. Fast alle Zellen tragen einen stillen Schatz in sich, den sie normalerweise niemals nutzen. Er besteht aus Information.
Jede Zelle besitzt nicht nur den Plan für ihre eigene Spezialaufgabe, sondern auch die Anleitungen und Rezepte aller anderen Zelltypen. Das heißt umgekehrt: Die meisten Pläne, die eine Zelle mit sich herumschleppt, braucht sie gar nicht. Wo eine Zelle im Körper liegt und wie sie auch aussieht, ihr Wissensschatz ist genauso groß wie der jeder anderen Zelle desselben Körpers. Eine menschliche Schweißdrüsenzelle trägt die Anleitungen für den Bau von Adern, Knochen und Gehirnmaterial in sich, obwohl sie diese Dinge niemals herstellt. Und wenn es nur um die Information ginge, könnte eine Nervenzelle genauso gut Fett produzieren wie die entsprechenden Zellkollegen im Gesäß. Nur – sie tut es nicht. Das hat zwei Gründe.
Erstens beauftragt niemand die Zellen damit, auf einmal eine andere Funktion auszuüben. Dazu gibt es auch keinen Grund. Warum sollte eine Nervenzelle im Gehirn die Aufgabe einer Gesäßzelle übernehmen müssen? Zweitens haben die Zellspezialisten oft schon eine Lage im Körper eingenommen, die ihnen eine neue Aufgabe unmöglich macht, selbst wenn sie zu einer solchen veranlasst würden. Eine in den Knochen eingemauerte Zelle kann keine Tränen nach außen entlassen, und