Was ist Leben?

Kurz und Knapp das Wichtigste

Leben hat mehrere Teilfunktionen, die nicht immer alle vorhanden sein müssen:

• Fortpflanzung
• Stoffwechsel
• Reizempfinden
• Bewegung
• Regulation
• Vererbung
• Evolution.

Essentielle Eigenschaften des Lebens sind :

• die Fortpflanzung
• der Stoffwechsel
• die Mutationen.

Leben besteht aus Lebewesen.

Bakterien, Pflanzen, Tiere, Pilze und Einzeller sind Lebewesen.

Viren sind keine Lebewesen.

Lebewesen bestehen aus Zellen.

Jedes Lebewesen ist strukturiert, das heißt ein kompliziert aufgebautes System.

Lebewesen setzen sich aus

• Nukleinsäuren
• Eiweiß
• Kohlehydraten = Zuckern
• Fetten
• Wasser
• Mineralien etc zusammen.

Leben auf der Erde besteht vorwiegend aus Wasser und Kohlenstoff. Neben dem Kohlenstoff als Hauptelement im Lebensgrundgerüst kommen noch die Elemente Wasserstoff ( H ),      Sauerstoff ( O ), Stickstoff ( N ), Natrium ( Na ), Kalium ( K ), Chlorid ( Cl ), Posphor ( P ), Schwefel ( S ), Jod ( J ), Eisen ( Fe ), Kupfer ( Cu ), Selen ( Se ) und einige andere in den Lebewesen vor.

Erstaunlich ist,daß so häufige Elemente wie das Silizium oder das Aluminium nicht oder nur geringfügig als Bausteine des Lebens benutzt werden. Edelgase und alle Elemente schwerer als das Selen mit dem Atomgewicht 34 sind keine Bausteine des Lebens oder sind sogar schädigend für Lebewesen.

Leben ist eine ständige Interaktion mit der Umwelt.

Leben ist ein offenes dynamisches System.

Leben ist gekennzeichnet durch

• Entstehung aus einem anderen Lebewesen,
• Wachstum,
• Fortpflanzung,
• Krankheit,
• Altern,
• Sterben

Lebenwesen haben einen Zeitablauf. Sie werden geboren, sie wachsen , sie verändern sich, sie altern und sterben.

Es gibt Dauerformen des Lebens, beispielsweise Pilzsporen, die sehr widrige Umwelteinflüsse wie starke Trockenheit, Hitze und Kälte überstehen können.

Leben in seiner vorhandenen komplizierten Form der Säugetiere ist wahrscheinlich nicht künstlich erzeugbar, da mehrere Milliarden Jahre Evolution daran gearbeitet haben.

Leben in seiner primitivsten Form ist wahrscheinlich künstlich erzeugbar.

1. synthetisch

2. Natur simulierend

Jedes Lebewesen ist abgegrenzt gegenüber der Umwelt, bildet eine Einheit oder eine Vielheit.

Jedes Lebewesen nimmt ständig Energie oder energiehaltige chemische Verbindungen auf.

Jedes Lebewesen gibt Wärmeenergie oder energieärmere Verbindungen an seine Umwelt ab.

Jedes Lebewesen versucht sich an seine Umwelt möglichst gut anzupassen oder auch die Umwelt im eigenen Interesse zu verändern.

Jede biologische Leistung eines Lebewesens wird möglichst mit geringem Energie- und Stoffaufwand ausgeführt.

Das Leben auf dieser Erde hat eine universelle Sprache, die mit wenigen Ausnahmen in allen Lebewesen die gleiche Bedeutung hat. Diese Sprache steckt im Erbgut der Lebewesen, in der DNS und RNS.

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Falsche Aussagen über das Leben

Lange Zeit wurde die falsche Ansicht verbreitet, daß Leben sich aus Unbelebtem immer wieder neu bildet, z.B. in einem Heu-Wasseraufguß.

Lange Zeit wurde die falsche Auffassung vertreten, daß im Zellsaft, im Protoplasma, die entscheidende Lebenskraft stecken würde.

Die theologische Aussage – Es gibt ein ewiges Leben – ist biologisch gesehen falsch.

Die theologische Aussage – Das Leben jedes einzelnen Menschen ist heilig und muß unter allen Umständen erhalten werden – ist aus biologischer Sicht falsch.  Das Leben jedes Menschen ist wertvoll. Dies ist eine ethisch-moralische Festlegung, nicht eine biologische.

Auch moralisch-ethisch verliert der Wert des Lebens zunehmend seinen Sinn, wenn es zb bei alten oder unheilbar kranken Menschen nur noch aus Leiden und Schmerzen besteht und dabei keine Besserung in Sicht ist.

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Grenzfälle des Lebens: Viren

Viren haben teilweise Eigenschaften von Lebewesen. Sie sind selbst aber keine Lebewesen.

Für alle, die das Leben als einen sehr hohen Wert verehren, vielleicht als neue Gottheit, ist die Existenz von Viren ein harter Brocken. Die Existenz der Viren zeigt, daß es in der Lebensentstehung einen Übergang von „noch nicht lebendig“ zu „lebendig“ gegeben haben kann. Je näher man an diese Grenze kommt, desto unschärfer wird sie. Viren lassen sich beispielsweise kristallisieren. Sie bestehen aus Proteinhülle und Nukleinsäurkern. Es gibt unter geeigneten Versuchsbedingungen die Degeneration von Viren zu Viroiden. Viroide bestehen dann nur noch aus vermehrungsfähiger Nukleinsäure. Man könnte diese Viroide als „nackte“ Viren bezeichnen.

Steckt man solche Viroide und ihre Mutterviren in ein Gefäß, dem man dauernd frische Nukleinsäuren und Aminosäuren hinzufügt, so vermehren sich die Viroide schneller als die echten Viren und gewinnen die Oberhand. Die Proteinhülle ist gar nicht mehr nötig und wird damit zum Informationsballast.

Aus der gesamten Virusinformation in der Nukleinsäurekette wird der Teil, der die Hülle kodiert, herausgeworfen und vergessen.

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Künstliches Leben:

Siehe dazu KL – Künstliches Leben aus dem Computer von Steven Levy ( lit 46 )

Wie kann eine weite Definition von Leben ausschauen, die auch außerirdische Lebensformen mit einschließt ?

Wie kann man künstliches Leben definieren ?

Würde man bei einem Weltraumflug auf Informationssyteme treffen, die untereinander Informationen austauschen und verarbeiten, würde man sofort fragen: Sind diese Systeme von allein entstanden oder sind sie erschaffen worden. Sind sie von allein entstanden, könnte man ohne Rücksicht auf die physikalisch-chemische Zusammensetzung solcher Systeme von Lebewesen sprechen.

Lebewesen wären dann also Informationssysteme, die „natürlich“ d.h. ohne Konstruktion oder Mithilfe von anderen Lebewesen höherer Stufe von allein im Verlauf einer natürlichen Evolution, also einer Koppelung von Selbstorganisationsprozessen, entstanden sind.

Conways Life

http://psoup.math.wisc.edu/Life32.html

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Fragen zum Thema Leben ?

Wann hört das Leben eines Menschen auf ?

Sind Viren Vorläufer des Lebens oder entartete, degenerierte Lebewesen ?

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Literatur zur Definition des Begriffes Leben:

Ich habe hier bewußt Bücher aufgeführt, die das Phänomen Leben von den Rändern her definieren. Für eine streng biologische Definition sollte man ein gutes Biologiebuch zu Rate ziehen.

Was ist Leben ? Von E.Schrödinger ( lit 43)

„Die Struktur der DNS und der Eiweiße kann man als einen aperiodischen Kristall bezeichnen.“

http://dieoff.com/page150.htm

Was ist Leben? Die Zukunft der Biologie.

Michael P. Murphy und Luke A. J. O’Neill (Hrsg.): Spektrum Akademischer Verlag, 1997. 208 Seiten.

KL – Künstliches Leben aus dem Computer von Steven Levy ( lit 46 )

Gaia von James Lovelock Scherz Verlag 1993 (lit 37a)

(„Die Erde ist ein Lebewesen“)

Viren, ( Räuber, Mörder und Piraten) aus dem Spektrum Akademieverlag , Heidelberg

Artikel:

BOULTER, D.: Plant protein sequence data revisited. in „Proteins and Nucleic Acids in Plant Systematics“ U. JENSEN and D. E. FAIRBROTHERS, eds) Berlin-Heidelberg-New York: Springer Verlag, 1983

DAYHOFF, M. O.: Atlas of protein sequence and structure. Washington DC: National Biomedical Research Foundation, 1972; Supplement 1: 1973, Supplement 2: 1976, Supplement 3: 1978

EIGEN, M.: Selforganization of matter and the evolution of biological macromolecules. Naturwissenschaften 58, 465-523 (1971)

EIGEN, M., SCHUSTER, P.: The hypercycle. Naturwissenschaften 64, 541-565 (1977)

EIGEN, M., R. WINKLER: Das Spiel. Naturgesetze steuern den Zufall. München-Zürich: R. Piper u.Co., 1975

EIGEN, M.: Stufen zum Leben. Müchen-Zürich: Piper 1987

EVENTOFF, W., M. G. ROSSMANN: The structure of dehydrogenases. Trends in Biochem. Sciences 1, 227-230 (1976)

FOX, S. W.: A theory of macromolecular and cellular origins. Nature (Lond.) 205, 328-340 (1965)

FOX, S. W. and K. DOSE: Molecular evolution and the origin of life. San Francisco: W. H. Freeman and Comp., 1972

FOX, S. W.: Molecular evolution to the first cells. in: „Chemistry in Evolution and Systematics“ (T. SWAIN, ed.), pp 641-669. London: Butterworth, 1973

FOX, S.W.: Origin of the cell: Experiments and premises. Naturwissenschaften 60, 359-368 (1973)

FOX, S. W.: Metabolic microspheres. Origins and evolution. Naturwissenschaften 67, 378-383 (1980)

HECHT, M. K., W. C. STEERE, B. WALLACE (eds.): Evolutionary Biology Vol. 11. New York, London: Plenum Press, 1978

KAPLAN, R. W.: Der Ursprung des Lebens. Stuttgart: G. Thieme Verlag, 1978 (2. Aufl.)

KÜPPERS, B.-O.: Molecular theory of evolution. Berlin-Heidelberg-New York: Springer Verlag, 1983

MILLER, S. L.: A production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science 117, 528-529 (1953)

MILLER, S. L.: Production of some organic compounds under possible primitive earth conditions. J. Amer. Chem. Soc. 77, 2351-2361 (1955)

MILLER, S. L. and H. C. UREY: Organic compound synthesis on the primitive earth. Science 130, 245-251 (1959)

MILLER, S. L. and L. E. ORGEL: The origins of life on the earth. Englewood Cliffs N. J.: Prentice-Hall, 1974

OPARIN, A. J.: Die Entstehung des Lebens auf der Erde (dt. Übers. der 2. Aufl. aus d. Russ.) Berlin-Leipzig: Volk und Wissen Verlag, 1949

ORGEL, L. E.: Evolution of the genetic apparatus. J. Mol. Biol. 38, 381-393 (1969)

ORGEL, L. E.: The origin of life. Molecules and natural selection. London: Chapman and Hall, 1973

v. SENGBUSCH, P.: Protein characters and their systematic value. in „Proteins and Nucleic Acids in Plant Systematics“ (U. JENSEN and D. E. FAIRBROTHERS, eds.) Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 1983

SULSTON, J., R. LOHMANN, L. E. ORGEL, H. T. MILES: Nonenzymatic synthesis of oligoadenylates on a polyuridylic acid template. Proc. Natl. Acad. Sci. US. 59, 726-733 (1968)

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Internetlinks zum Thema Leben, Lebensentstehung

http://www.rrz.uni-hamburg.de/biologie/b_online/d41/41.htm

http://thor.tech.chemie.tu-muenchen.de/people/neukamm/leben.html****

• Moderne Erkenntnisse der Naturwissenschaft über die Entstehung des Lebens, Evolution und Kosmologie.
• sehr schöne Internetseite zum Thema

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Orginaltexte

Aristoteles:

Das Leben beginnt mit dem ersten Herzschlag, und endet mit dem letzten.

 

Neue Definition von Leben

Eigentlich wissen die Biologen nicht so recht, womit sie sich  beschaeftigen. Denn obgleich die Biologie die Wissenschaft vom Leben ist, gibt es ironischerweise immer noch keine umfassende und allgemein akzeptierte Definition von Leben. Diesem Manko will der Molekularbiologe Bernard Korzeniewski von der Universitaet Krakau jetzt mit Hilfe der Kybernetik beikommen. Er definiert Leben als „Geflecht von negativen Rueckkopplungsschleifen, die einer positiven Rueckkopplungsschleife untergeordnet sind.“

Im Klartext: Ein lebendes System reguliert sich selbst, um fortzubestehen.

Wie Korzeniewski im „Journal of Theoretical Biology“ schreibt, seien mit dieser universellen Definition auch voellig neuartige Systeme als lebendig oder nicht lebendig einzustufen. Zumindest theoretisch waere die Biologie also gewappnet, sollten sich jemals Hinweise fuer Leben auf anderen Planeten ergeben. Doch die Definition hat auch hoechst irdische Konsequenzen.

Beispielsweise streiten Biologen immer noch darueber, ob Viren Lebewesen sind oder nicht. Nach der neuen Definition sind sie eindeutig lebendig, da sie mit Hilfe von Erbgut und Enzymen fuer ihren Fortbestand sorgen. Im Gegenzug ist eine sterile Arbeitsameise kein Lebewesen, ihre Ameisenkolonie aber sehr wohl. Auf eine drastische Konsequenz macht das englische Wissenschaftsmagazin „New Scientist“ in seiner neuesten Ausgabe aufmerksam: Unfruchtbare Menschen stellen der neuen Definition gemaess naemlich keine Lebewesen dar. Fuer reichlich Diskussionsstoff ist also gesorgt.

Orginaltexte :

Liebe Leser von MorgenWelt

Ich hatte Ihnen versprochen, Sie auf dem Laufenden zu halten, was sich bei MorgenWelt so tut. Heute möchte Sie gerne auf die Seite www.leben-ist-vielfalt.de aufmerksam machen, die wir für die Wilhelm-Leibniz-Forschungsgesellschaft erstellt haben. Sie widmet sich ganz dem spannenden Thema Biodiversität.

Bizarre Tierarten in der Tiefsee, verborgenes Leben in den Baumwipfeln tropischer Regenwälder, Überleben unter Extrembedingungen, Formenvielfalt durch Züchtung, Anpassung von Tieren und Pflanzen. Unsere Welt ist voller Lebensvielfalt. – Ein faszinierendes Feld wissenschaftlicher Forschung.

Um diesen spannenden Themen nachzugehen, aber auch, um einen Einblick in Arbeitsweise, Fragestellung und Zielsetzung von Wissenschaftlern zu geben, findet

vom 27. November – 02. Dezember 2001

täglich von 09:00 bis 22:00 Uhr

im Naturmuseum Senckenberg eine Aktionswoche unter dem Motto ?Leben ist Vielfalt? statt. Sie wendet sich an alle Interessierte im Großraum Frankfurt und darüber hinaus. Besucher haben Gelegenheit zum direkten Dialog mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen. Schulen können Forscher zum wissenschaftlichen Dialog einladen.

Sonderausstellungen, Präsentationen, Expertenvorträge, Direktübertragungen (z. B. von Forschungsschiffen), Computerspiele, Laborpraktika, Sonderführungen und vieles mehr erwarten den Besucher. Fünf Themen werden an fünf Tagen in einem ganzheitlichen Ansatz und auf vielfältige Weise dargestellt und erläutert, am sechsten Tag sind verschiedene Aktionen und Wiederholungen geplant.

Auf der dazugehörigen Webseite www.leben-ist-vielfalt.de finden Sie nicht nur das aktuelle Programm und Hintergrundinformationen zu der Veranstaltung, sie können dort auch täglich aktuelle Meldungen rund um das Thema „Biodiversität“ lesen. Die Themen der letzten Tage finden Sie unten.

Mit besten Grüßen von MorgenWelt,

Volker Lange

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Was ist Leben?

Florian Rötzer 24.03.1997

Biologie, Evolutionstheorie und Strukturwissenschaft der Übergänge.

Möglicherweise hat vor 50 Jahren der Essay von Erwin Schrödinger „Was ist Leben?“

(1943) nur eine katalysierende Bedeutung besessen, in dem der Physiker sein Interesse

für die Biologie bekundete und zu zeigen versuchte, daß die Biologie durchaus aus der

Physik ableitbar ist. Eingeleitet hat diese Schrift jedenfalls den Paradigmenwechsel von der

Physik als der beherrschenden Leitwissenschaft der Moderne zur Biologie und zur

Evolutionstheorie, beginnend mit der Entdeckung des genetischen Codes. Die Frage, was

Leben ist, gilt heute nicht mehr als Geheimnis und die Biologie nicht mehr als eine

Wissenschaft, die ganz andere Gesetze benötigt. Noch gibt es die von Schrödinger

anvisierte Einheitswissenschaft, die „ganzheitliche“ Sicht nicht, aber die Fragestellungen

und Grenzen der Erkenntnis haben sich verändert. Nach der Frage, was Leben ist, ist

heute die gerückt, wie Leben begonnen hat, wie es sich gezielt manipulieren läßt und wie

man möglicherweise Leben auf einem anderen Träger als dem der DNA schaffen kann.

Schrödingers Frage kreiste um das Problem, wie sich die komplexe biologische

Information entgegen der Entropie, die der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik

voraussagt, von Generation zu Generation erhalten läßt.

Schrödinger formulierte das Prinzip „Ordnung aus Ordnung“, da

er glaubte, daß die genetische Information in so etwas wie

einem „aperiodischen Kristall“ verschlüsselt sein könnte, der

sich immer wieder aufzubauen vermag. Diesen „Kristall“ hat

man dann im Genom gefunden. Daneben formulierte er noch ein

zweites Prinzip, das allerdings weniger beachtet wurde:

„Ordnung aus Unordnung“. Lebewesen erhalten ihre innere

Ordnung, indem sie in ihrer Umgebung Unordnung schaffen,

was er auch als „negative Entropie“ bezeichnete. Das, was man

heute unter dem Prozeß der Selbstorganisation oder der

Emergenz verbucht, war Schrödinger noch weitgehend

verschlossen.

Schrödingers Schrift jedenfalls ist nur Anlaß für eine Tagung gewesen, und die beiden

Herausgeber des neuen Bandes zum selben Thema haben es geschafft, viele der

gegenwärtig maßgeblichen Evolutionstheoretiker und Physiker wie Hermann Haken oder

Roger Penrose mit Aufsätzen zu versammeln, die den Stand der Forschung, die großen

Probleme und die Aussichten der Biologie und einer allgemeinen Theorie der Evolution

behandeln. Leicht sind die Texte nicht immer, aber die Lektüre lohnt sich, gerade weil die

spektakulären Themen wie Gentechnik oder Künstliches Leben hinter den grundsätzlichen

erkenntnistheoretischen Fragen zurücktreten. Nur Manfred Eigen, der die Theorie von

Hyperzyklen für die Entstehung von kooperativen Makromolekülen, die Information

speichern und reproduzieren können, als Vorform des Lebens entwickelt hat, sieht sich

durch die Frage nach der Zukunft der Biologie herausgefordert, die Beschränkung auf

Wissenschaft zu überschreiten. Der Wachstum der Weltbevölkerung und die damit

einhergehende Umweltzerstörung sind für ihn das Szenario, in dem sich die Zukunft der

Wissenschaft abspielen wird. Natürlich wird es für ihn denkende Computer und

Künstliches Leben irgendwann geben. Die Möglichkeit zu deren Schaffung erwächst aus

der wachsenden Erkenntnis von selbstorganisierenden Systemen, die sich mittels

evolutionärer Prozesse schon auf der physikalischen und chemischen Ebene bilden. Die

Frage, wie Leben bzw. biologische Information entsteht, führt zu einer neuen und

allgemeinen „Physik der Informationserzeugung“, die viele Anwendungen finden wird.

Vehement wendet er sich gegen die Knebelung der Genforschung besonders in unserem

Land, durch die einzig Krankheiten besiegt und für die künftige Ernährung der Menschheit

gesorgt werden könne. Dazu müsse man Risiken eingehen, die immer auch Chancen sein

können. Eine Gesellschaft, die das Risiko scheut, werde Gefahren dennoch langfristig nicht

vermeiden können. Um aber mit Wissen umgehen zu können, müsse die Menschheit die

kulturelle Evolution bis hin zur Schaffung einer verbindlichen und vernünftigen Ethik

weiterführen. Das ist wahrscheinlich schon irgendwie richtig, aber hat viel mit

Sonntagsreden zu tun, denn nähere Hinweise gibt uns Eigen nicht, wie dies zu

bewerkstelligen sei.

Stephen Jay Gould führt sein Lieblingsthema, die Bedeutung des Zufalls und der

Einmaligkeit in der Evolution, aus. Dadurch werde auch die Frage nach dem, was Leben

ist und wie es entstand, zu historischen Problemen, da sich Leben möglicherweise ganz

anders hätte entwickeln können. Jared Diamond sieht die interessanteste Fragestellung in

der Tatsache, daß kleinste Veränderungen – etwa hinsichtlich der „Evolution der

menschlichen Erfindungsgabe“ im Unterschied zu Primaten – zu einem großen Sprung nach

vorne führen können. Wie entstehen solche Sprünge? Lewis Wolpert glaubt zwar nicht,

daß die von Genen gesteuerte Entwicklung gänzlich berechenbar und daher, abgesehen

von bestimmten Strukturen, zielgenau manipuliert werden könne, trotzdem ist er der

Meinung, daß, auch wenn Jurassic Park Science-Fiction bleibt, hier große

Eingriffsmöglichkeiten liegen. Stuart Kauffmann führt aus, warum die darwinistische

Selektion bei der Entstehung des Lebens und der biologischen Evolution überbewertet

wurde. Als zweite und wichtigere Quelle der Evolution betrachtet er den Prozeß der

Selbstorganisation, die nahe am Rand des Chaos sich entwickelt. Komplexe Systeme

entstehen aus Unordnung und das Schrödingersche Prinzip der „Ordnung aus Ordnung“

führt für ihn nur in die Irre. In parallelverarbeitenden Netzwerken läßt sich als Modellen

komplexer Systeme Selbstorganisation simulieren und deren Voraussetzungen entdecken.

Das läßt uns möglicherweise die Geschichte des Lebens besser verstehen und irgendwann

auch gezielt beeinflussen.

Die Leidenschaft, nicht-berechenbare Prozesse bewußten Denkvorgängen zugrunde zu

legen und dafür Vorgänge aus der Quantenphysik heranzuziehen, zeichnet bekanntlich

Richard Penrose aus, für den Evolution offenbar keine Rolle zu spielen scheint. Der

Physiker Walter Thirring breitet die Möglichkeit aus, daß auch die fundamentalen

Naturgesetze einer Evolution unterliegen und dementsprechend geschichtlich gewordene

Möglichkeitsräume festlegen. So wird in gewissem Sinne die Physik biologisiert. Hermann

Haken zeigt andererseits, daß physikalische Konzepte der selbstorganisierten

Musterbildung auf lebendige Systeme übertragen werden können. Hat sich also die Physik

oder die Biologie erweitert?

Vermutlich, das zeigen viele Beiträge dieses Bandes exemplarisch, sind die herkömmlichen

Wissenssparten und ihre Hierarchien mit der Physik als Spitze (oder als Grundlage) ersetzt

worden durch allgemeinere Strukturwissenschaften, die transversal gültig sind (oder mehr

und mehr diesen Anspruch erheben). Grenzen sind flüssiger geworden oder

verschwimmen, denn stets stehen Übergänge im Zentrum. Die Frage nach dem, was

Leben ist, geht so nahezu von selbst in die allgemeinere Frage über, welche Prinzipien den

Aufbau, die Stabilität und die Veränderung von Ordnungen regulieren, und letztlich auf die,

wie Neues entsteht – was stets natürlich auch anwendungsrelevant ist. Dabei wird die

Biologie nur zu einem Anwendungsfall, der allerdings besonders interessant ist. Die neuen

wissenschaftlichen Ansätze der Selbstorganisation und der Komplexitätstheorie sind

deswegen nicht in einem emphatischen Sinne „ganzheitlicher“, aber vielleicht universaler

und weniger reduktionistisch. Sie konkurrieren in gewissem Sinne um den Status einer

„Theorie für Alles“, die man bislang aus der Physik erwartet hat, aber sie zeigen zugleich,

daß diese „dünn“ sein könnte, d.h. daß alles von spezifischen Ausgangs- und

Randbedingungen abhängt

Michael P. Murphy und Luke A. J. O’Neill (Hrsg.): Was ist Leben? Die Zukunft der

Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, 1997. 208 Seiten.

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http://www.uni-koeln.de/phil-fak/phil/lehre/mat0102/leben1.htm

Materialien 1 zur Vorlesung Philosophie des Lebens

von Prof. Schulte, WS 2001.

ÆWas war das Leben? Man wusste es nicht. Es war sich seiner bewusst, unzweifelhaft, sobald es Leben war, aber es wusste nicht, was es sei… Es war nicht materiell, und es war nicht Geist. Es war etwas zwischen beiden, ein Phänomen, getragen von Materie, gleich dem Regenbogen auf dem Wasserfall und gleich der Flamme. Aber wiewohl nicht materiell, war es sinnlich bis zur Lust und zum Ekel, die Schamlosigkeit der selbstempfindlich-reizbar gewordenen Materie, die unzüchtige Form es Seins. Es war ein heimlich-fühlsames Sichregen in der keuschen Kälte des Alls, eine wollüstig-verstohlene Unsauberkeit von Nährsaugen und Ausscheidung, ein exkretorischer Atemhauch von Kohlensäure und üblen Stoffen verborgener Herkunft und Beschaffenheit.“

(Th. Mann, Zauberberg)

1. Was ist Leben?

ÆWhat ist life?“ war der Titel von Erwin Schrödingers Dublin Lectures von 1943, als Buch erschienen 1944, dt. 1946 bei Francke, Bern, 1993 bei Piper, München. Das Buch markiert, so bemerkt Wolfg. Wieser (in ?Was ist Leben?? in Merkur 552, März 1995, S.217), eine neue Epoche der Naturwissenschaften, Ædie Ablösung der Physik durch die Biologie als der führenden Wissenschaft der Zeit.“

E. Schrödinger (geb. Wien 1887, gest. Wien 1960), Quantenphysiker, Nobelpreis 1933 für die

Wellenmechanik, gibt zwei Antworten:

a) Lebewesen sind Ænegentropieverzehrende offene Systeme“. Sie entnehmen der Umwelt Ordnung (Neg-Entropie), um dem Sturz ins thermodynamische Gleichgewicht (Gleichverteilung, Unordnung) zu erwähren – eine Lebenszeit lang. Der zweite Hauptsatz der Thermonynamik postuliert, dass in einem abgeschlossenen System alle Temperaturunterschiede danach streben müssen, sich spontan aufzuheben. Vgl. dazu z.B. Jacques Monod, Zufall und Notwendigkeit. Philosophische Fragen der modernen Biologie, Piper, München1971 (zuerst Paris 1970 Le hasard et la nécessité).

Schrödinger: ÆDie lebende Materie entzieht sich dem Abfall in den Gleichgewichtszustand… Sie ernährt sich aus negativer Entropie“. Wieser (a.a.O., S.218) meint: ÆDas Prinzip des offenen dynamischen Systems stellt eine ebenso unverzichtbare Randbedingung für Lebensprozesse dar wie der zweite Hauptsatz selbst (der ja gerade die derartigen Systemen Regie führt).“

b) (formuliert von Lynn Margulis / Dorion Sagan, Leben. Vom Ursprung zur Vielfalt, Spektrum Akadem. Verlag, Heidelberg / Berlin 1999, S.12): ÆLeben ist eine Materie, die ihre Struktur wie ein Kristall – und zwar ein seltsamer ?aperiodischer Kristall? – während ihres Wachstums ständig wiederholt.“ Der aperiodische Kristall (aperiodisch steht für Information und Kristall für Ordnung) entspricht der erst ein Jahr später (1944) von Oswald Avery als Träger des genetischen Materials entdeckten Desoxyribonukleinsäure (DNS oder, mit engl. Acid für Säure, DNA. Bedeutet wörtlich: eine im Nukleus = Zellkern vorkommende Säure mit einer Ribose, d.h. einem Zucker, dem an einer bestimmten Stelle ein Sauerstoffatom fehlt = desoxy). Die Doppelhelix als Form der DNS wurde 1953 von Watson und Crick entdeckt.

Das Entscheidende bei Schrödingers zweiter Antwort ist (nach Wieser, a.a.O. S.219) folgendes:

Während die Gesetze der Physik und Chemie auf dem Verhalten riesiger Mengen gleichartiger Atome und Moleküle beruhen, wobei das Verhalten einzelner Partikel völlig undeterminiert bleibt, entsteht in Lebewesen ÆOrdnung auf Grund des Verhaltens einer relativ kleinen Anzahl von Atomen, die sich zu molekularen Konfigurationen zusammengeschlossen haben, die jeweils …in der Unendlichkeit des Universums bloß in ein oder zwei Kopien vorliegen mögen.“ Wolfg. Wieser sagt weiter: ÆDie Erfindung der Individualität wäre das entscheidende Charakteristikum des Lebens auf dieser Erde.“

Anmerkung 1 zur Genetik (vgl. hierzu mein Buch Neuromythen, Zweitausendeins, Frankfurt 2000, dort S.93 ff: ?Gensprache?).

Die Æaperiodischen Kristalle“ (Schrödinger), oder nun Nukleinsäuremoleküle, haben bei den aus Zellen aufgebauten Lebewesen die Bedeutung von Bauanleitungen für Proteine (Ketten oder Polymere von Aminosäuren, wovon es zwanzig gibt, vgl. Monod, a.a.O. S.224 ff. Proteine gibt es in 50 Tausend Sorten.). Der Aufbau der Proteine geschieht in der Zelle vermöge dort vorhandenen Ausgangsmaterials und Fabriken (Mitochondrien, intrazelluläre Symbionten, ursprünglich eingeschlossene Bakterien, mit eigener DNS ) und zwar durch eine kopierte, chemisch etwas anders aufgebaute DNS, die sog. RNS (Ribonukleinsäure, Boten-RNS). Zur Proteinsynthese an Ribosomen vgl. Brian Goodwin, Der Leopard, der seine Flecken verliert. Evolution und Komplexität. Piper, München 1997, S.27.

Die DNS ist ein Kettenmolekül. Elemente sind die Nukleotiden, von denen ca. 1000 ein Gen, d.h. einen Abschnitt der DNS, bilden, der im Verbund mit anderen Funktionselementen der Zelle ein Protein codiert, d.h. hier: aufzubauen verhilft. Ein Nukleotid ist eine Baueinheit (Kettenglied), darin sind eine in vier Typen (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin, die sog. Gen-Buchstaben A, C, D und T) vorkommende Base, ein Zucker und eine Phosphorsäure miteinander verbunden. Das kettenförmige Makromelekül DNS gehört seiner Struktur nach zur Gruppe der Polyester – wie die bekannten Synthesefasern Diolen, Trevira und Mylar. In der Doppelhelix sind zwei Stränge der DNA durch Basenpaare miteinander verbunden. Die Bindung kann gelöst werden, z.B. durch Wärme, in der Zelle durch eine besondere Maschine. Jeder DNS-Strang ist charakterisiert durch die Abfolge der Basen (Buchstaben der sog. Gensprache). Nur ein Strang, Æmacht Sinn“. Je drei Nukleotide (Triplett) sind zu einem Schriftzeichen (Codon) zusammengefasst. Mehrere davon bilden (durch Stoppzeichen voneinander abgesetze) Sätze. Jedes Codon ist einer Aminosäure in der Kette eines Proteinmoleküls, z.B. eines Enzyms, zugeordnet, Æso dass die Reihenfolge der Nukleotide in der DNS-Kette die Reihenfolge der Aminosäuren in den Eiweiß- oder Proteinmolekülen und diese schließlich die hochspezifiasche Wirkung der Proteine als Enzyme bestimmt.“ (Vollmert) Die Enzyme steuern das gesamt physiologische Geschehen in der Zelle, so dass letztlich die Nukleotidreihenfolge des DNS-Moleküls den zentralen Informationsspeicher eines Lebewesens bildet. In Form der Doppelspirale und auf Chromosomen verteilt liegt dieses Molekül in allen Zellen des Organismus vor.

Ein Nukleotid enthält ca. 30 Atome. Das Genom der menschlichen Zelle enthält etwa 3 Milliarden Nukleotide, insgesamt sind das ca. 10 hoch 11 Atome, relativ wenig im Vergleich zu den 100 Millionen mal mehr Molekülen in einem Eimer Wasser. Auf Grund der Variabilität der Genome sind die Genome der Lebewesen (falls sie keine Klone repräsentieren) von einander unterschieden. Die Organismen, meint W. Wieser, können daher Æals singuläre Lösungen eines kosmischen Problems“ (der Suche nach der jeweils perfekten, d.h. den Umweltanforderungen bestangepaßten) angesehen werden.

2. Zu präbiotischen Evolution. (Zum Problem der Entstehung des Lebens.)

Leben entsteht aus Leben, oder: Lebewesen stammen von Vorfahren ab (auch durch Teilung). Woher stammt das Leben? Gibt es einen Anfang für Leben – im Weltall, auf der Erde? Man kann davon ausgehen, dass zunächst, vor vielleicht 13 Milliarden Jahren beim Urknall oder dann auch in den Frühzeiten der später, vor ca. 3,5 Milliarden Jahren entstandenen Erde, keine für Leben, wie wir es kennen (aus Eiweißbasis) geeignete Umweltbedingungen herrschten. Erst ca. 300 Millionen Jahre nach der Erdplaneten-Entstehung, nachdem sich die Erdkruste auf unter 100° C abgekühlt hatte, könnten auf der Erde solche Verhältnisse bestanden haben, die zumindest die für Lebewesen (Pflanzen, Tiere) typischen und unerlässlichen Makromoleküle der DNA und der Proteine haben entstehen lassen können. In einer Methan, Wasser und Amoniak enthaltenden sog. Uratmosphäre könnten unter Einwirkung von Blitzen und energiereicher Strahlung Aminosäuren und andere für den Aufbau lebender Organismen unerlässlichen Stoffe entstanden sein. Sie hätten sich in kleinen Seen (Ursuppen) sammeln und dort unter katalytischer Wirkung von Schwermetallsalzen besagte Makromoleküle entstehen lassen können.

Diese Verhältnisse (für eine präbiotische oder molekulare Evolution) wurden in dem Ursuppenexperiment von Urey und Miller 1953 nachgestellt. Angeblich haben diese Versuche die mögliche Entstehung des Lebens Æ von selbst“ gezeigt.

Bruno Vollmert meint: eine Bildung (Polymerisation) von Kettenmolekülen wie DNA und Proteinen ist in einer Ursuppe, d.h.unter jenen genannten Bedingungen, nicht möglich. (Vgl. Bruno Vollmert: ?Was Darwin nicht wissen konnte und Darwinisten nicht wissen wollen.? Südwestfunk, 2.Programm, 6. und 13. 9. 1983)

Bei Urey/Millers Experiment entstanden in der wässrigen Ursuppe überwiegend monofunktionelle (sie können nur an einem Ende andocken, lassen also eine Kette enden), nicht zur Kettenbildung geeignete Stoffe wie Ameisen- oder Essigsäure, neben den bifunktionellen Aminosäuren, den Bausteine der Proteine. Elemente der DNA, Nukleotide, wurden nicht gefunden. Wegen der überwiegenden monofunktionellen Kettenbauteilen konnte es nicht zur Kettenbildung kommen. Ketten könnten sich bilden, wenn man unter Wasserausschluss Bauelemente durch Polykondensation herstellt und die monofunktionellen Stücke aussortiert. In wässriger Lösung geht die ?Evolution? in Richtung kürzerer Ketten. Mit steigender Kettenlänge nimmt die Kettenspaltungsgeschwindigkeit durch Hydrolyse nämlich zu.

Natürlich lässt sich eine Polymerisation erreichen- wenn das ein Chemiker mit ausgeklügelten Synthesestrategien macht, den es aber (als intelligentes Lebewesen) in Ursuppenzeiten noch nicht gab. – Crick verlagert das Problem der Makromolekül- bzw. Lebenentstehung kurzerhand auf andere Weltkörper, von denen das Leben dann – etwa durch ?Außerirdisches? wie Meteoriten oder Asteroiden – auf die Erde transportiert wurde.

Vollmert: ÆSelbst wenn historische Rahmenbedingungen denkbar wären, die bei den gegebenen Polykondensationsgesetzen eine Kettenbildung zugelassen hätten, wäre für die Von-selbst-Enstehung einer lebenden Zelle nicht viel gewonnen, denn die eigentlichen Probleme fangen ja erst an mit der Frage nach der Reihenfolge der Nukleotide in den RNA/DNA-Ketten und der Aminosäuren in den Proteinen, also mit der Frage der Entstehung des genetischen Code und der Trankriptions- und Translationsorgane der Zelle.“

Anmerkung 2 zur Genetik.

Das Problem der Entstehung von Leben auf das der Entstehung von DNS zu verkürzen hat seinen

Grund darin, dass die DNS bei allem Lebendigen zu finden ist und dort für den Aufbau und die

Fortpflanzung des Organismus verantwortlich ist. Die DNS leistet hauptsächlich zweierlei: Sie kann

sich selbst replizieren und sie kann sich in eine RNS kopieren, welche Ælineare Aminosäuresequenzen zu

Proteinen, den Arbreitspferden der lebenden Zelle“ (Goodwin, a.a.O. S.26), verknüpfen.

Beides aber nur in einer Zelle. Ohne Zelle evolviert, wie Spiegelman 1967 zeigte, ein sich

replizierendes Molekülsystem wie die DNS in Richtung größerer Einfachheit (Goodwin, a.a.O. S.70).

Die Gesamtheit der Chromosome (die Gene) mit ihren Befehlen reicht nicht aus, um z.B. die zeitliche

Abfolge und die Einzelheiten der Bildung eines Organs festzulegen. Der Bauplan eines Organismus kann

nicht allein durch die Wirkung seiner Gene erklärt werden. Ludger Honnefelder (?Was wissen wir, wenn

wir das menschliche Genom kennen“?, Information Philosophie, Oktober 2001, Heft 4, S. 7 ff)

schreibt: ÆWir wissen, dass die Abfolge der vier Basen im Genom eine entscheidende Grundlage der

gesamten Lebensvorgänge darstellt, dass aber noch sehr viel umfangreichere und detailliertere

Untersuchungen notwendig sein werden, um die spezifische Funktion zu erfassen, die dem Genom in

Wechselwirkung mit dem Proteom, d.h. den durch das Genom bestimmten Eiweißstoffen, und den

anderen Faktoren im Gesamten von Zelle und Organismus zukommt… Fast 99% unserer Gensequenzen

haben wir vermutlich mit dem Schimpansen gemeinsam. Aber warum aus den nahezu gleichen

Sequenzen im einen Fall ein Schimpanse wird und im anderen Fall ein Mensch, wissen wir bislang

nicht. Offensichtlich bestimmen die 30 000 bis 40 000 Gene vieles in Form einer Wechselwirkung

miteinander.“ Die wirkliche Revolution der Zellbiologie wird die Beobachtung der Genaktivitäten und

Wechselwirkungen innerhalb der Sequenzen der Erbsubstanz DNS sein.

Wie ist die Entstehung neuer Gene möglich?

Das DNS-Molekül hat die Fähigkeit, sich mit Hilfe von speziellen Polymerasen-Enzymen so zu

verdoppeln, dass die Nukleotidreihenfolge der Tochterstränge dieselbe ist wie die der Matrix-Stränge.

Es kann zu Kopierfehlern kommen: Mutationen. Das ist der molekuare Mechnismus der Darwinschen

Erbgutänderungen. Durch Mutation, Selektion und Isolierung (Restabilisierung) sollen sich (der von

Darwin begründeten Evolutionstheorie zufolge) immer wieder neue Arten gebildet haben

(Makroevolution) und innerhalb der Arten Anpassungen, adaptive Veränderungen. Vollmert: ÆDie

Entstehung neuer Arten setzt die Entstehung neuer Gene voraus. Neue Gene sind neue Kettenstücke

des Makromoleküls DNS. Ihre Entstehung, ihr Einbau, ist eine Polykondensation genannt

Synthesereaktion. Kann sie durch Mutation erfolgen? – Antwort (von Bruno Vollmert): Nein.

Materialien 2 zur Vorlesung Philosophie des Lebens

Fortsetzung der Anm. 2 zur Genetik

Der letzte Absatz von Materialien 1 ÆWie ist die Entstehung neuer Gene möglich?“ kann gestrichen

werden. Die Frage wird erst in Materialien 3 behandelt.

In ihrem Buch The DNA-Mystique meinen Dorothy Nelkin und Susan Lindee, die DNA habe eine ähnliche

kulturelle Bedeutung erreicht wie die biblische Seele, sie sei sozusagen die Æmolekulare Innerlichkeit“

des Menschen. Während man früher von einem schlechten Menschen sagte, er habe eine schlechte

Seele, heißt es heute, er hätte schlechte Gene. – Gene gelten als biologische Determinanten für

Eigenschaften und Verhalten. (Der dänische Biologe Johannsen benannte 1909 mit dem Wort Gen Ædie

partikulären Elemente der Vererbung, deren Existenz man durch die nach Gregor Mendel benannten

Erbregeln voraussetzen konnte.“) Aber eigentlich gibt es sie gar nicht, d.h. sie sind nicht, sie werden

nur! Es sind keine Dinge, die Gewicht oder Größe haben, keine genau bestimmten DNA-Stücke,

vielmehr unscharfe Größen (fuzzy entities). ÆEs gibt keine Zellstruktur, die sich passend dazu

identifizieren lässt. Und es gibt überlappende und wiederholte Sequenzen, von denen nicht klar ist, zu

welchem Gen sie gehören und zu welchem nicht. Es gibt springende Gene und vielerlei genetische

Umgruppierungen. Ein Gen ist nicht einmal eine feste Funktion – zu viele von so genannten

Pseudo-Genen lassen sich im Zellkern nachweisen. Ein Gen ist zudem nicht fest abgegrenzt – es gibt

flankierende Sequenzen, die ihm zugerechnet werden können, und es gibt weit entfernt liegende

regulierende Sequenzen, die ihm zugerechnet werden müssen.“ (Zitate aus

www.netdoktor.de/feature/gene)

3. Weiteres zur präbiotischen Evolution (Das Problem der Zelle)

meinem Word-Programm automatisch zu DANN korrigiert wird.>

Schrödinger hatte zwei Antworten auf die Frage ÆWas ist Leben?“ gegeben. Erstens

die, dass Lebewesen Inseln der Ordnung sind, zweitens, dass sie von einem

aperiodischen Kristall bestimmt sind, der DNS. Der zweiten Antwort sind wir

zunächst nachgegangen – mit Wolfg. Wieser, der diese Antwort für die wichtigere

hielt. Er sah die Grundfunktion von Leben in der Fähigkeit zur Replikation. Und

diese Fähigkeit hat die DNS, bzw. sie enthält die Botschaft zu dieser

Grundfunktion – vergleichbar dem ÆLogos“ zu Anfang des Johannesevangeliums:

ÆIm Anfang war das Wort“, d.h. das Nukleinsäure-Skript oder die Buchstaben

ACGT der DNS. Aber, wie jetzt zu erörtern ist: Vorher muss es die Zelle gegeben

haben, die dieses ÆWort“ hören bzw. aufnehmen und nutzbar machen konnte.

(Darauf weist Steven Rose in seinem Buch Darwins gefährliche Erben, S.267 und

287 hin.)

Eine Evolution der RNS-Synthese (die RNS ist einzelsträngig und weniger aufwendig

zu synthetisieren als die DNS, welche sich in die RNS überschreibt) kann erst in

Zellstrukturen vonstatten gegangen sein. Das Wesentliche an der Zelle ist die

Membran als Abgrenzung eines Innenraums von der (flüssigen) Umgebung. Man

hat Spuren solcher Membranen bei Einschlüssen in Marsmeteoriten gefunden. Es

könnten Zeichen von Leben sein. – Die vorhandene Abrenzung (Zellmembran) und

nicht die Replikation markiert den entscheidenden Schritt zum Entstehen von

Leben aus Nichtleben.

Damit sind wir bei Schrödingers erster Antwort: Ein Organsimen, Lebendiges, bildet

eine Insel der Ordnung, schottet gegen seine Umgebung sich als ein Subsystem

thermodynamisch ab, um dem Sturz ins thermodynamische Gleichgewicht

(Gleichverteilung, Unordnung), d.h. dem Tod, zu entgehen. Die Abschottung im

wässrigen Milieu erfolgt durch eine nicht wässrige Barriere, allerdings mit freier

Diffusion (durch eine semipermeable Wand). ÆLeben …zeigt sich als Muster

chemischer Konservierung in einem Universum mit der Neigung zu Wärmeverlust

und Desintegration.“ (Margulis / Sagan, a.a.O. S.67)

Solche Membranen lassen sich abiotisch schaffen (meint Steven Rose, a.a.O. S.280).

Fallen Öl- oder Lipidtropfen (lipos= griech. Fett) ins Wasser, bildet sich ein Film

oder kleine Tropfen, indem sich Lipidmoleküle genauso ausrichten, wie sie es in

der Außenmembran einer Zelle ebenfalls tun. (Ob es in der ?Ursuppe? Lipide gab,

weiß ich nicht. Bei Millers Experiment entstanden Essigsäure, Ameisensäure,

Propionsäure (pion heißt auch Fett), Aminosäure. Fette sind ansonsten

Stoffwechselprodukte von Tieren und Pflanzen.)

Auch der nächste Evolutionsschritt, die Stabilisierung der möglichen chemischen

Reaktionen in der Protozelle zu einem Gleichgewicht (= Homöostase) erfolgte

womöglich noch abiotisch (durch abiotische Prozesse, die sich automatisch, von

selbst, in der Zelle ergeben). Man hat dafür ein Computermodell entwickelt.

Aber wie es zur Dreieinigkeit von DNS, RNS und Proteinen in der Zelle gekommen

sein könnte (also zum Replikationsmechanismus), darüber weiß man nichts. Erst

mit diesem Mechanismus vermehren sich die Zellen. Sie (die ersten Lebensformen

= Protoctista, die einzelligen von ihnen heißen Protista, z.B. Bakterien) konnten

damit die Welt erobern. ÆSchon die einfachste lebende Zelle ist so komplex, dass

selbst Supercomputer ihr Verhalten wohl nie perfekt simulieren können“, heißt es

im Artikel Simulierte Zellen in der November-Ausgabe von Spektrum.

4. Zur biotischen (biologischen) Evolution (vom Einzeller zum Mehrzeller)

Meine Darstellung folgt Wolfg. Wieser, a.a.O. S.220.- Die primitivsten lebenden Wesen waren

bakterienähnlich, und zwar Einzeller ohne Kern (= griech. Káryon), sog. Prokayo(n)ten, die sich durch

vegetative Teilung vermehrten. Es gibt sie heute noch – trotz Evolution. Das Nukleinsäure-Skript für

einen prokarionten Einzeller, z.B. das Darmbakterium Escherichia coli, enthält ca. 4 000 Gene mit

jeweils 1 000 Nukleotiden, macht 4 000 000 Nukleotiden in 4 Arten (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin).

Das Genom ist also eins aus 4 hoch 4 000 000 möglichen.

Bei der Teilung können Kopierfehler entstehen: Mutationen. (Es gibt aber auch eine Selbstkorrektur

der fehlerhaft kopierten DNS durch die RNA, in welcher die DNS überschrieben wird. Es gibt auch

adaptive, auf Umwelt reagierende, Anpassung erzielende Veränderung (Mutation) der DNS, also so

etwas wie vererbbare erworbene Eigenschaften – bei Einzellern.

Das evolutionäre Potential der Einzeller erwies sich als begrenzt: Sie sind nicht zur Differenzierung

ihrer Funktionen im Stande. Größere Organismen konnten durch sie nicht aufgebaut werden. Das

ökologische Potential war allerdings gewaltig: sie bevölkerten, und tun es noch heute, alsbald auch

die extremsten Biotope der Erde (heiße Quellen, Salzlösungen).

Individuen sind die Einzeller nicht, meint Wieser. Auch Identität spricht er ihnen ab, weil bei der

Teilung in zwei Tochterzellen zwei identische Zellen entstehen und einen Klon aufbauen. Der nächste

Schritt hin zur ÆErfindung der Individualität“ (die Nicht-Erblichkeit des Soma, seine Trennung von der

Keimbahn und somit sein Tod, macht die Identität des individuellen Organismus aus, schreibt Wieser

a.a.O. 223) war die eukaryonte Zelle: der Einzeller mit Zellkern. Zwei verschiedene primitive Zelltypen

verschmolzen zu einem neuen Organismus. Den Kern bildet eine innere Membran, darin sind die DNS

bzw. die Chromosomen. Außerdem enthält die eukaryonte Zelle Organellen, Maschinen zur

Energiegewinnung und zur Betreibung des Kopierverfahrens bzw. der Proteinsynthesen.

Organellen wie die in großer Zahl (über hundert) in der eukaryonten Zelle vorkommenden

Mitochondrien sind aus eingeschleusten Bakterien entstanden, die Symbionten wurden. Sie haben

denn auch eine eigene DNS und vermehren sich im Zytoplasma unabhängig von der Zellteilung.

Dazu zwei Anmerkungen.

Der amerikanische Biologe Ivan Wallin (1883-1969) hielt die Bakterien, speziell die Mitochondrien, für

die grundlegende Ursache des Ursprungs der Arten (sein Buch Symbionticism and the Origin of Species

erschien 1927). Er meinte: Neue Arten bildeten sich durch ständigen Erwerb symbiontischer Bakterien.

Tier, Pilze und Pflanzen haben sich aus Protoctisten (Eukaryonten) entwickelt, die ihrerseits aus

symbiontischen Bakteriengesellschaften hervorgingen. Wallin züchtete Mitochondrien außerhalb ihrer

Wirtszelle. Er wurde Ævon seine Kollegen öffentlich niedergebrüllt“ (Margulis / Sagan, Leben, S.107)

und gab schließlich seine Vorstellung vom bakteriellen Ursprung der Mitochondrien auf. Heute ist er

rehabilitiert, weil man 1963 die Mitochondrien DNS entdeckte.

Spektrum, Oktober 1997, Seite 70, berichtet über die Mitochondrien-DNS.

Die menschliche Mitochondrien-DNS ist seit Anfang der 89er Jahre entziffert. Sie enthält die

Bauanleitung für wichtige Moleküle: Proteine und auch spezielle RNSs. Mutationen können sich

schädlich auf diese auswirken und dadurch Krankheiten verursachen. Fehler der Mitochondrien DNS

sind oft vererbt, werden aber nicht nach den gleichen Prinzipien weitergegeben wie gewöhnliche

Erbkrankheiten. Die Mitochondrien-DNS wird ausschließlich über die Mitochondrien der Eizelle, also

durch die Mutter vererbt. Die Samenzelle leistet dazu keinen dauerhaften Beitrag, weil deren

Organellen nach der Befruchtung abgebaut werden.

Jedes der (mehrere hundert zählenden) Mitochondrien beherbergt mehrere DNS-Ringe (von jeweils ca.

16 000 Basenpaaren), die sich durch simple Querteilung vermehren. Bevor eine Zelle sich teilt, haben

sich die Mitochondrien ungefähr verdoppelt. Falls einige Mitochondrien Mutationen aufweisen, so

bleibt dem Zufall überlassen, wie sie bei der Zellteilung auf die zwei Zellen verteilt werden.

Die Mitochondrien-DNS ist haltbarer als die des Kerns. Sogar in Neandertaler-Knochen sind

Mitochondrien-DNS-Stücke gefunden worden. Zar Nik.II wurde nach seiner Exhumierung 1991 durch

seine Mitochondrien-DNS (durch Ähnlichkeit mit der seiner Verwandten) identifiziert.

Anhand der Mitochondrien-DNS hat man auch Aufschlüsse über die Evolution des anatomisch

modernen Menschen gewonnen. Denn (so Spektrum 1997): ÆDie weltweiten Wanderungen lassen sich

durch die Analyse der Mitochondrien-DNS nachzeichnen, weil sich darin im Zuge der Zeit ungefährliche

Mutationen (alle 2 bis 3000 Jahre eine bleibende Mutation) ansammeln, die in der Population jeweils

über die Mutter vererbt werden. Wandert eine Gruppe mit Frauen ab, so werden bei ihr schließlich

andere Mutationen hinzukommen als bei der verbliebenen Gruppe. Das sich die Populationen nicht

mehr vermischen konnten, unterscheiden sich entsprechende DNS-Sequenzen auf den einzelnen

Kontinenten in charakteristischer Weise.“ So lassen sich die Verwandtschaftsverhältnisse zwischen

Frauen aus verschiedenen Teilen der Welt ermitteln.

Da größere Sequenzenvielfalt in der Population ein Zeichen für höheres Alter ist, lässt sich ablesen,

dass die afrikanische Bevölkerungsgruppe die älteste ist, und auch, durch Vergleich mit der

Mitochondrien DNS heutiger Menschen, dass wir nicht von Neandertalern abstammen (obwohl wir

doch so nahe an Düsseldorf wohnen).

Materialien 3 zur Vorlesung

5. Weiteres zur biologischen Evolution, a) über die Entstehung neuer Gene, b) über die Entstehung

eines Bakterien-Motors.

a) W.Wieser (a.a.O., S.222) schreibt: Die zunehmende Differenzierung und Strukturierung von

Zellfunktionen (über die Einführung eines inneren Membransystems und Organellen bei Eukarioten)

ermöglichte größere Zellen und den Aufbau vielzelliger Organismen. (Wenigzellige gibt?s

merkwürdigerweise nicht, keine Zwei-, Drei- oder Zehnzeller!)

ÆDie Zunahme der Körpergröße und die konsequente Verwirklichung des Prinzips der Differenzierung

und Arbeitsteilung erlaubte die Evolution einer Mannigfaltigkeit von Lebewesen, deren Repertoire an

physiologischen Leistungen und Verhaltensweisen um ein Vielfaches reicher war als das der bis dahin

herrschenden Bewohner der Biossphäre.“

Unsere Frage nun: Andersartige Wesen haben andere Gene. Wie ist die Entstehung neuer Gene

möglich?

Das DNS-Molekül hat die Fähigkeit, sich mit Hilfe von speziellen Polymerasen-Enzymen so zu

verdoppeln, dass die Nukleotidreihenfolge der Tochterstränge dieselbe ist wie die der Matrix-Stränge.

Es kann zu Kopierfehlern kommen: Mutationen. Das ist der molekulare Mechanismus der Darwinschen

Erbgutänderungen. Durch Mutation, Selektion und Isolierung (Restabilisierung) sollen sich (der von

Darwin begründeten Evolutionstheorie zufolge) immer wieder neue Arten gebildet haben

(Makroevolution) und innerhalb der Arten Anpassungen, adaptive Veränderungen. Die Entstehung

neuer Arten setzt die Entstehung neuer Gene voraus. Neue Gene sind neue Kettenstücke des

Makromoleküls DNS. Ihre Entstehung, ihr Einbau, ist eine Polykondensation genannte

Synthesereaktion. Kann sie durch Mutation erfolgen? – Dazu wieder Bruno Vollmert, die Fortsetzung

seines bereits oben zitierten Radiovortrages ?Was Darwin nicht wissen konnte und Darwinisten nicht

wissen wollen?. Seine Antwort ist ?Nein?. Im folgenden die Begründung.

Da nach Ansicht der Darwinisten die DNS ein Lebewesen vollständig bestimmt, kann man die

Entwicklung eines Lebewesens von einem bestimmten Urbakterium zu einem bestimmten Säugetier,

wie lange es auch gedauert haben mag, mit der Synthese seiner DNS im Laufe dieser Zeit

gleichsetzen, einer statistischen (von selbst, ohne äußere Eingriffe und Steuerungen wie im Labor

oder in der Fabrik durch den Chemiker verlaufenden) Polykondensation. Wir fragen nach der

Wahrscheinlichkeit für einer statistische, d.h. ?von-selbst?-Synthese.

Die Frage nach der historischen Entstehung neuer Lebewesenklassen ist damit zur Frage nach der

Entstehung eines Makromoleküls geworden.

Die Länge der DNS (verteilt auf Chromosomen) hat im Laufe der Zeit zugenommen: beim Bakterium

(und wie man annehmen kann wohl auch beim Urbakterium) beträgt sie ca. 1mm, beim Säugetier ca. 1

m, Zunahme 1:1000 in drei bis vier Milliarden Jahren. Die Menge der Gene stieg von wenigen Tausend

auf 50 Tausend (das ist die Zahl der im Säugetier vorkommenden verschiedenen Proteine, die ja von

der DNS codiert werden).

Neue Klassen von Lebewesen konnten nicht durch Mutation, also durch Veränderung der Sequenz

vorhandener DNS-Ketten entstehen, sondern nur durch Polykondensation, d.h. durch Anwachsen

zahlreicher neuer Gene an die DNS-Kette.

Mutationen ändern die Sequenz der Nukleotide in der DNS. (Sie Verlängern die Kette nicht.) Nicht alle

Mutationen machen sich im Phänotyp (im Eigenschaftsbild) des Lebewesens bemerkbar, die

allermeisten bringen Defekte mit sich. Es kann aber auch eine günstige Eigenschaftsveränderung sein,

d.h. eine solche, die einen Fortpflanzungsvorteil (bei der Teilungsrate oder der Nachkommenzahl bei

sexueller Vermehrung) bilden. Dann greift die Selektion: die eine Sorte stirbt allmählich aus, die andere

lebt weiter.

Mutationen finden im Rahmen des vorhandenen Genoms statt. Neue Sequenzen sind stets nur

veränderte Vorhandene (ausgetauschte Vorhandene), keine zusätzlichen, das Genom erweiternden.

Wie sich die DNS-Kette verlängerte, darauf kommt es nicht an, sondern nur darauf, dass neue

Information, neue Nukleotidsequenzen in Genlänge (ca. 1500 Nukleotide in den vier Arten ATCG)

entstanden bzw. eingebaut wurden.

Wie oben betont: Es geht um die Entstehung des DNS-Makromoleküls mit schließlich 50000 Genen

(wie beim Säugetier) im Ausgang von einem DNS-Molekül mit nur ca. 1000 Genen (wie bei Bakterien).

Statt mit dem historischen Nacheinander stets komplexerer Lebewesen in der Evolution haben wir es

jetzt mit dem gleichbedeutenden sukzessiven Aufbau des DNS-Makromoleküls zu tun.

Die Reihenfolge des Wirksamwerdens der ca. 50000 Gene des Säugetiers ist zu bedenken: Ein Gen

bzw. das ihm entsprechende Enzym, dass beim Säugetier für das Wachstum des Fingernagels nützlich

ist, ist im Entwicklungsstadium (auf der Evolutionsstufe) des Wurmes wenig hilfreich. Dessen Gene

müssen vor denen des Säugetiers entstehen. Allgemein gilt: Ein neues Gen muss mit den bereits

vorhandenen kooperieren, um die Funktionsfähigkeit des Organismus zu gewährleisten. Von den 50

Tausend Säugetier-Genen war in einer gegebenen Evolutionssituation immer nur eine Sequenz

brauchbar. Die Wahrscheinlichkeit der Entstehung ist dann 1:50000. Allerdings gibt es ca. 10 hoch

700 mögliche Nukleotidsequenzen in Genlänge (also 10 hoch 700 mögliche Gene statt der nur 50000

tatsächlichen). Wir lassen das aber jetzt außer Betracht. Es reicht die (Un)Wahrscheinlichkeit von

1:50000.

Durchweg bewirkt ein einziges neues Gen in einer Zelle nichts. Für die Synthese eines physiologisch

wirksamen Stoffes sind meist ca. 10 Enzyme nötig, d.h. ca. 10 Gene. Eigenschaftsveränderungen

bedürfen meist der Zuschaltung von 30 bis 50 Enzymen bzw. Genen. (Mutationen, die vorhandene

Gene verändern, wirken meist drastisch schon bei der Veränderung nur eines Gens.) Eine Selektion

kann also bei der Polykondensation (beim Anfügen noch nicht im Betrieb befindlicher, erst im Verbund

mit vielen anderen neuen Genen wirksamer Gene)

nicht greifen, weil ein neues, zusätzliches Gen sich durchweg nicht im Eigenschaftsbild (d.h. hier: als

Fortpflanzungsvorteil oder Nachteil) bemerkbar macht. Das Leben geht (anders als bei der Mutation

eines vorhandenen Genes) ungestört weiter. Es gibt keine Testmöglichkeit für das neue Gen. Nur neue

Phänotyp-Eigenschaften sind testbar.

In der Industrie macht man von Optimierungsprozessen durch zufällige Systemvariationen Gebrauch

(sog. Evolutions-Experimente). Das entspricht dem Testen von Mutationen. In der Natur geschieht

das auch. Aber nur im Sinne der Optimierung (besserer Anpassung) einer bereits vorhandenen

Konstruktion. Das führt nicht zu Entstehung neuer Arten (zu neuen Gen-Komplexen in der DNS). Baut

man ein Auto in ein Flugzeug um, kann man die einzelnen Konstruktions- und Montageschritte ebenso

wenig testen, wie es bei der Addition neuer Gene in der Natur möglich ist.

Die Addition eines passenden Gens hat die Wahrscheinlichkeit 1:50000, die von ca. 20 Genen, die

zusammen z.B. die Glykocholsäure synthetisieren, 1:10 hoch 100. Geht man von eine 5-stufigen

Evolution aus (1. Ursuppe bis Zelle, 2. Zelle bis Wirbellose, 3. Wirbellose bis Fische, 4. Fische bis

Reptilien, 5. Reptilien bis Säuger), so bedeutet jede Stufe einen Längenzuwachs der DNS von ca.

10000 Genen. Die Wahrscheinlichkeit des Übergangs durch zufälliges Kettenwachstum ist dann gleich

ca. 1: 10 hoch 40000. Hätte jede Stufe 20 Mittelglieder, bestünde für jeden der Schritte noch die

(Un)Wahrscheinlichkeit 1 durch 10 hoch 2000.

Man schätzt die Zahl der Atome im gesamten Universum auf 10 hoch 80. Wenn dann das ganze

Universum aus Nukleinsäuremolekülen bestände, wäre die Chance, darin auch nur eine zufällig

entstandene DNS-Kette mit 4 oder 5 Hundert mit einander (im Sinne der Bildung von Enzymketten)

kooperierenden) Genen zu finden (d.h. dass eine solche dabei wäre), immer noch unvorstellbar gering.

Oder anders: Es müsste 10 hoch 2000 Reptilien gegeben haben (mehr als Atome im Universum), damit

unter ihnen eines das erste von 20 lebensfähigen Urvogel-Zwischenstufen hätte sein können.

Bruno Vollmert: Evolution als statistische (ungesteuerte) Polykondensation kann es nicht gegeben

haben. Alternative: gesteuerte Polykondensation! – Durch den göttlichen Chemiker? Also Schöpfung

statt Evolution.

b) Darwin schreibt 1859 in Über die Entstehung der Arten: ÆWenn bewiesen werden könnte, dass

irgendein komplexes Organ existiert, das unmöglich durch viele aufeinanderfolgende kleine

Veränderungen entstanden sein kann, würde meine Theorie vollkommen zusammenbrechen.“ Sie ist

zusammengebrochen. Der Beweis wird im folgenden erbracht für das Organ ?Antriebsmotor? des

Bakterium Escherichia coli.

Ein irreduzibel komplexes Organ ist ein System, dass aus mehreren in Wechselbeziehung zueinander

stehenden Teilen besteht, wobei die Entfernung auch nur eines Teiles die Funktion des ganzen

Systems zerstört – wie bei einer Mausefalle. Solche System können sich unmöglich durch den

Darwinschen Prozess (Mutation, Selektion) entwickeln, weil nur das ganze System funktionsfähig ist

und alle Vorstufen durch Selektion als funktionsunfähig eliminiert werden. (Der Gegensatz zur

irreduziblen Komplexität ist kummulative Komplexität.) In der Natur gibt es viele molekulare Maschinen,

die irreduzible Komplexität besitzen, zum Beispiel der kleine Elektromotor, durch den sich Bakterien im

Wasser fortbewegen können. 35000 solcher Motoren sind gerade mal einen Millimeter lang! – Die

Wahrscheinlichkeit für die Entstehung eines Motors, und sei es auch eine angenommene primitivere

Form als die bestehende, ist, wie im folgenden belegt wird 1:10 hoch 29. Ich beziehe mich auf

Siegfried Scherer / Laurence Loewe, ?Probleme der Erklärung molekularer Maschinen durch Evolution?

in: Paul Weingartner (Hg.), Evolution als Schöpfung. Kohlhammer: Stuttgart Berlin Köln 2001.

Zahlreiche Bakterien können sich aktiv bewegen (Richtung Nährstoffquellen, Ausweichen vor

Gefahrenquellen). Manche verfügen über Rotationsmotoren zur Geißelbewegung. (Abb.1)

Abb. 1: Schemazeichnung einer Bakterienzelle mit Rotationsmotor und Geißel. Das Feld am „Vorderende“ des

Bakteriums bezeichnet

einen Bereich der Cytoplasmamembran, der dicht mit Chemosensoren besetzt ist. Man hat dieses Chemosensorenfeld

auch die „Nase“ des

Bakteriums genannt. Von dort werden Steuersignale (Pfeile) an die Motoren übertragen, die ihrerseits die Flagellen in

Rotation versetzen.

Flagellen erzeugen durch die Rotation den Vortrieb. Nach (Maddock et al. 1993) und (Parkinson et al. 1993), verändert.

Der Motor bei Escherichia coli wird von 40 Proteinen gebildet. Die Steuerung erfolgt durch ca. 10

Proteine. Die zuständigen Gene enthalten 60000 Basenpaare. Ein Motor besteht aus fünf

Funktionselementen: Geißel, Winkelstück, Rotationsachse, Lager, Motorprotein. (Abb.2)

Abb. 2: Schemazeichnung der Hauptstrukturkomponenten eines Bakterienmotors. Die Bestandteile der Geißel, der

Winkelstücks,

der Achse mit den den Lagern, sowie des Antriebskomplexes sind mit den Abkürzungen für die Namen der

entsprechenden Gene versehen.

Der Motor ist mit Gramnegativen Bakterien zwischen äußerer Membran, Zellwand und Cytoplasmamembran lokalisiert.

(Nach (Falke et al. 1995), verändert.

Die Geißel (gewissermaßen die Schiffsschraube), aufgebaut durch das Protein Flagellin, bestehend aus

über 400 Aminosäuren, ist über ein Winkelstück mit der Rotationsachse verbunden, deren Lager von

der Cytoplasma-Membran und Zellwand gehalten wird. Die Gene für (die Proteine für) Achse und Lager

sind bekannt. Auch die Gensequenz für das Rotieren. Aber wie letzteres erfolgt, weiß man nicht. Der

Motor wird elektrisch betrieben, durch die 0,2 Volt Membranpotential, die das Gesamtbakterium (die

Zelle) als Batterie erzeugt. Der Motor verbraucht ca. 1200 Protonen pro Umdrehung mit der

Höchstgeschwindigkeit von 50 mm pro sec (entspricht 450 km/h beim Auto).

Angenommen, es gab einen Evolutionsprozess. Wie konnte ein solches Organ, der Bakterienmotor

(eine dieser Einzeller hat 5 bis 10 solcher Motoren), entstehen? Gab es Zwischenstufen,

funktionierende einfacherer Motoren? Wie könnte der einfachste Motor ausgesehen haben? Wie groß

war die Wahrscheinlichkeit für das Entstehen des angenommen einfachsten Motors? (Abb.3)

Abb. 3: Notwendige Komponenten für einen hypothetischen, „primitiven“ Bakterienrotationsmotor.

Jede Komponente ist notwendig, damit eine erste selektionsfähige Struktur entsteht. Einzelheiten im Text.

Ein einfacherer und bzgl. des Zustandekommens wahrscheinlicherer Motor

müsste auch die 5 Grundelemente gehabt haben. Würde eines fehlen, wäre er nicht funktionsfähig

gewesen. Die entstandene Struktur ohne dies Element wäre lediglich eine Belastung für das Bakterium

gewesen, es hätte im Selektionsprozess nicht bestehen können und wäre ausgestorben. Nehmen wir

an, 5 Proteine reichten für die fünf Elemente (beim tatsächlichen Bakterienmotor sind es 40). Für die

Steuerung nehmen wir dann noch zwei Proteine (statt der tatsächlichen 10). Wir nehmen dann auch

noch an, dass für die neuen Proteine umzubauende Vorläuferproteine bestanden haben und dass sie

so ähnlich waren, dass nur drei Aminosäurepositionen neu besetzt werden mussten. Weiter: dass der

Umbau in Duplikaten von Genen (sagen wir nur sieben bei dem angenommenen Einfachmotor)

stattgefunden hat (so dass der bestehende Organismus funktionsfähig blieb, das er ja nicht Æwegen

Umbau vorübergehend geschlossen“ werden konnte). Auch sollten die präadaptierten Genduplikate

während ihres Umbaus nicht abgeschaltet sein. Die Motormutationen sollten also nicht in

abgeschalteten Genen stattgefunden haben.

Für einen neuen Funktionszustand mit den wenigsten Veränderungen braucht man dann sieben

veränderte Proteine. – Nun können nicht wenige Aminosäuren in einem Protein verändert werden,

ohne nennenswerte Funktionsänderung hervorzurufen. Und es gibt Mutationen, die sehr starke

Änderungen (manchmal sogar Verbesserungen – letztlich hinsichtlich der Vermehrungsrate)

hervorrufen. Nehmen wir an, es reichten drei Veränderungen, um einem Protein von 100 Aminosäuren

eine neue Funktion zu geben.

Die Wahrscheinlichkeit für eine Mutation bei einem Gen von 1000 Basenpaaren beträgt 1:10 hoch 5.

D.h.: unter 100 000 Bakterien trägt eines seiner Gene an einer beliebigen Stelle (tatsächlich müsste

es an einer bestimmten sein) eine Mutation mit der Wahrscheinlichkeit von ca. 0,6. Soll in einer

Generation ein Gen in drei Schritten (Mutationen) zu einem Gen für ein Bakterienmotorprotein

umgebaut werden, so ist dafür die Wahrscheinlichkeit 1:10 hoch 15. Für einen spürbaren

Selektionsvorteil (durch funktionierenden 5-teiligen Motor) brauchen wir je drei Mutationen an sieben

Genen für sieben Proteine (5 Motorproteine, 2 Steuerproteine), macht 21 Mutationen – an 7

Genduplikaten, für die 7 Veränderungen (Duplikationen) nötig sind, macht 28

unabhängigeVeränderungen insgesamt. Ihre Wahrscheinlichkeit beträgt 1:10 hoch 140 pro Generation

pro Zelle.

Zu einem gegebenen Zeitpunkt gibt es auf der Erde höchstens 10 hoch 32 Zellen. Die

Wahrscheinlichkeit für die Entstehung eines Motors in einer Generation auf der ganzen Erde liegt dann

bei 1:10 hoch 108.

Ein Beweis für die Unmöglichkeit der Makroevolution ist das noch nicht, wohl dafür, dass sie mit den

bisherigen Prinzipien Mutation und Selektion nicht vonstatten gehen konnte. Makroevolution, die

Entstehung neuartiger molekularer Maschinen oder neuartige Baupläne für Organismen (neue Arten!),

konnte bisher experimentell nicht beobachtet werden. Für das Problem ihrer Entstehung gibt es keine

mathematisch exakte begründete Antworten (Scherer / Loewe a.a.O. S. 181). Mikroevolutive

Vorgänge sind meist Optimierungsvorgänge.

Die Darwinsche Evolution erfolgt über Mutation mit anschließender Selektion der Genotypen, welche

die höchste Fortpflanzungsrate unter den gegebenen Umweltbedingungen aufweisen. Die gibt es

natürlich. Aber dabei entstehen keine neuartigen Konstruktionen – wie z.B. ein Bakterienmotor.

WIKIPEDIA 2004

Leben (im engeren Sinn) kann bedeuten:

1.Der Inbegriff des Organischen. Siehe: Leben (Biologie)

2. Das persönliche Leben. Siehe: Lebenslauf, Biographie, Vita: Vita activa/Vita contemplativa, Schicksal

Das Verhältnis dieser beiden Lebensbegriffe lässt sich mit Ludwig Wittgenstein wie folgt charakterisieren:

„Wir fühlen, dass, selbst wenn alle möglichen

wissenschaftlichen Fragen beantwortet sind,

unsere Lebensprobleme noch gar nicht berührt sind.“

Oder auch mit Charlotte Bühler:

„Während es biologisch mit uns bergab geht,

geht es biographisch mit uns bergauf.“

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Leben (Wortfeld)

Auf dieser Seite wird ein Wikipedia-Artikel zu einem besonders beziehungsreichen Begriff um entsprechende Hinweise ergänzt, die vor allem auf die Etymologie und auf Synonyme Bezug nehmen. Ein derart am Wortfeld orientierter Zugang kann der umsichtigeren Bearbeitung eines Themas dienlich sein.

„Das Leben“ ist die Substantivierung des Verbs „leben“.

„Leben“ ist gleicher Herkunft wie „Leib“; beide treffen sich etymologisch mit „bleiben“ im Sinne von klebenbleiben, beharren – daher auch „Lehm“ und „Leim“.

Im Folgenden werden aufgelistet

Synonyme für „Leben“

Die Wortfamilie von „Leben“

Fremdwörter mit „Leben“

Synonyme für „Leben

Bestehen Existenz

Organisches (Organ, Organismus)

Sein (Dasein)

vegetieren

Wirken

Wohnen

Der Gegenbegriff (Antonym) zu „Leben“ ist „Tod“

unbelebt , anorganisch,

Die Wortfamilie von „Leben“

Ableben (Tod)

Arbeitsleben (Beruf)

Berufsleben (Beruf)

Doppelleben

Erlebnis

Ewiges Leben

Familienleben (Familie)

Geistesleben (Geist)

hochleben (Ehrung)

Hundeleben (Elend)

Innenleben

Künstlerleben (Bohème)

kurzlebig

Landleben (Land)

langlebig

Lebemann (Playboy)

lebendgebärend (vivipar)

Lebendgeburt (Geburt)

Lebendgewicht (Metzgerei)

Lebendigkeit (Vitalität)

Lebensabend (Lebensphasen)

Lebensabschnitt (Lebensphasen)

Lebensalter (Lebensphasen)

Lebensangst (Angst)

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Lebensbejahung (Optimismus)

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Lebensbeschreibung (Biographie)

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lebensfeindlich

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Lebensgeister (Vitalität)

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lebenslang

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Lebenslauf

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Lebenslust (Lust)

lebenslustig

Lebensmittel

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Lebensmut (Mut)

lebensnah (Kunst)

Lebensnerv (Nervensystem)

„Lebensnetz“ (Buchtitel von Fritjof Capra)

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lebensprühend (Gesundheit)

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Lebensretter (Rettung)

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Lebensstil (Lebenskunst)

Lebenstüchtigkeit (Vitalität)

Lebensüberdruss (Suizid)

Lebenstraum (Wunsch)

lebensunfähig

Lebensunterhalt (Unterhalt)

Lebensverlängerung

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lebensvoll (Vitalität)

lebenswahr (Wahrheit)

Lebenswahrheit (Lebensweisheit)

Lebenswandel (Lebensführung)

Lebenswasser (Elixier)

Lebensweg (Lebenslauf)

Lebensweise (Vita)

Lebensweisheit

Lebenswelt (Biosphäre)

Lebenswerk (Werk (Begriffsklärung))

lebenswichtig

Lebenswille (Wille)

Lebenswissenschaft (Biologie)

Lebenswelt

Lebenswunsch (Wunsch)

Lebenszeichen (Zeichen)

„Lebenszeit“ („… und Weltzeit“: Buchtitel von Hans Blumenberg)

Lebensziel (Sinn des Lebens)

Lebenszweck (Sinn des Lebens)

Lebewesen

Lebewohl (Gruß)

leblos (Tod)

Lebzeiten (Geschichte (Begriffsklärung))

Liebesleben (Sexualität)

Lotterleben (Lebensführung)

Menschenleben (Mensch)

Nachtleben (Stadt)

Pflanzenleben (Flora)

quicklebendig

Scheinleben (Simulation)

Stadtleben (Stadt)

Stillleben (Kunst)

Tierleben (Fauna)

Traumleben (Traum)

überleben (Überlebenstraining)

unbelebt (Tod)

verleben

Vorleben

Wanderleben (Nomaden)

weiterleben

zeitlebens

Zigeunerleben (Bohème)

Zusammenleben

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Fremdwörter mit „Leben“

 

von griechisch bios (Leben, Lebenszeit, Lebenswandel):

Amphibie

Antibiotikum

Biochemie

Bioenergetik

Biofeedback

Biogas

biogenetisch

Biographie

Bioinformatik

Biokatalysator

Biokybernetik

Biologie

Biomasse

Biomüll

Bionik

Biophysik

Biopolitik

Biorhythmus

Biosophie (Lebensweisheit)

Biosphäre

Biotechnologie

Biotop

Biotronik

Biowaffen (ABC-Waffen)

Makrobiotik

Soziobiologie

Symbiose

von griechisch „psyche“ (Atem, Leben, Seele):

Metempsychose

Panpsychismus

Psychagoge

Psyche

Psychiatrie

Psychoanalyse

Psychodrama

Psychologie

Psychologismus

Psychose

Psychosomatik

Psychotherapie

von griechisch „zoe“ (leben, kräftig sein):

Zoologie

zoophag

von lateinisch „animus“ (Seele, Geist, Lebenskraft):

animalisch (Tier)

Animosität

Animateur

Animation

Animismus

Reanimation

von lateinisch „vita“ (Leben, Lebensweise, Lebensbeschreibung):

Panvitalismus

Vita

Vitalismus

Vitalität

Vitamin

 

Definition des Lebens ( Biologie) aus Wikipedia

—-

“Dieser Artikel befasst sich mit dem Leben aus naturwissenschaftlicher Perspektive;
auf weitere Gesichtspunkte weisen die Begriffsklärungs-Artikel [[Leben (Begriffsklärung)]] hin.“

—-

 

Allgemein ist das Leben als das geordnete, komplizierte Zusammenspiel meist [[Organik|organischer]] chemischer Verbindungen eines [[System|offenen Systems]] mit physikalischen und chemischen Wechselwirkungen mit seiner [[Umwelt]] definiert.

 

Zur Zeit kann die [[Biologie]] zur Definition von Leben nur einen Satz von Merkmalen angeben, die erst in ihrer Gesamtheit ein Lebewesen beschreiben. Einige dieser Merkmale findet man auch bei technischen, physikalischen und chemischen Systemen.

 

Kennzeichen	Beispiel Lebewesen	Beispiel Nicht-Lebewesen
Energieaustausch mit der Umgebung:
Aufnahme	[[Pflanze]]n nehmen [[Licht]]energie auf ([[Photosynthese]])	[[Fels]]en nehmen am Tag [[Wärme]]energie auf
Abgabe	[[Säugetier]]e geben Wärmeenergie ab	und geben sie in der Nacht wieder ab
Stoffaustausch mit der Umgebung
Aufnahme	[[Nahrung]]saufnahme	Betanken eines [[Auto]]s mit [[Benzin]]
Abgabe	Tiere geben [[Kohlenstoffdioxid]] ab	[[Abgas]]e des Autos
[[Stoffwechsel]] (chemische Umwandlung von Stoffen)	alle Lebewesen (außer Viren, Viroide und Prionen)	brennende [[Kerze]]
[[Information]]saustausch
Empfangen von Information	Pflanzen bestimmen den Sonnenstand	[[Belichtungsmesser]] des [[Fotoapparat]]es misst Lichtstärke
Senden von Information	[[Warntracht]] der [[Wespen]]	[[Verkehrsampel]]
Reaktion auf Umweltveränderungen
.	Pflanzen richten ihre [[Blatt (Pflanze)|Blätter]] nach dem Sonnenstand aus	Der Sonne nachgeführte [[Solarzelle]]n
Wachstum
Volumenzunahme	Eine [[Hefe]]zelle nimmt nach der [[Zellteilung]] an Volumen zu	Wachstum eines [[Kochsalz]]-[[Kristall]]s
Zellteilung	[[Stammzelle]]n des [[Knochenmark]]es	—
Selbst[[reproduktion]] ([[Fortpflanzung]])
.	Die durch Zellteilung entstandenen Zellen sind ihrer Mutterzelle ähnlich	Bei technischen Systemen noch nicht ausgereift aber theoretisch möglich; sich selbst reporduzierende Computerprogramme sind Praxis.
stoffliche Grundlage
Grundbausteine	Biomoleküle	verschieden
Informationsträger	[[DNS]], [[RNS]]	verschieden

 

Eine weitere Eigenschaft von Lebewesen ist ihre Anpassungsfähigkeit, die in ihrer Fähigkeit, auf äußere und innere Reize zu reagieren, begründet ist.

 

 

Lebewesen haben einen Zeitablauf: Sie werden geboren, sie wachsen, sie verändern sich, sie altern und sterben.

 

 

(Bei vielen Einzellern ist potentielle Unsterblichkeit möglich, da aus einer Mutterzelle ohne Substanzverlust zwei Tochterzellen hervorgehen.

 

Entstehung aus einem anderen Lebewesen,

Wachstum,

Fortpflanzung,

Krankheit,

Altern,

Sterben,

Tod

 

Inhaltsverzeichnis

1 Definition

 

1.1 Aufbau von Lebewesen

1.1.1 Evolution

1.1.2 Grenzfälle biologischen Lebens: Viren

1.2 Andere Lebens-Verständnisse (aus biologischer Sicht)

1.3 Historische Vorstellungen von Leben

1.4 Zitate

1.5 Außerirdisches Leben

1.5.1 Gedanken zum Thema ‚Leben‘

2 Nicht-Biologische Systeme

2.1 Feuer

2.2 Künstliches Leben

2.3 Simulationen von Lebensäußerungen

3 Links und Literatur

4 Siehe auch:

Definition

Auf alle lebenden Organismen (Lebewesen) müssen zumindest auf der Ebene der Zelle alle Kennzeichen zutreffen.

Tote Organismen wiesen in ihrer Vergangenheit alle Kennzeichen auf.

Latentes Leben haben Organismen, die zwar nicht alle Kennzeichen aufweisen, also toten Organsimen oder unbelebten Gegenständen ähnlich sind, jederzeit aber zu lebenden Organsimen werden können. (Beispiele: Sporen von Bakterien oder Pilzen).

Unbelebte Gegenstände zeigen zur Zeit ihrer Existenz nicht alle Kennzeichen.

Aufbau von Lebewesen

Alle Lebewesen (Pflanzen, Tiere, Pilze, Bakterien, Archaebakterien und Protisten) sind aus Zellen aufgebaut. Sowohl die einzelne Zelle als auch die Gesamtheit der Zellen (eines mehrzelligen Organismus) sind strukturiert, das heißt sie bilden ein kompliziert aufgebautes System.

Lebewesen enthalten u.a.

• Nukleinsäuren,
• Eiweiße,
• Kohlenhydrate (Zucker),
• Fette,
• Wasser und
• Mineralien.

 

Biologisches Leben benutzt vorwiegend Wasser und Kohlenstoff. Neben dem Kohlenstoff als Hauptelement im Lebensgrundgerüst kommen noch die Elemente Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Natrium (Na), Kalium (K), Chlor (Cl), Phosphor (P), Schwefel (S), Jod (J), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Selen (Se) und einige andere in Lebewesen vor. Diese Elemente sind insbesondere im Meer in gelöster Form vorhanden, und damit Lebewesen leicht zugänglich.

Die häufig in der Erdkruste vorkommenden Elemente Silizium und Aluminium werden aufgrund ihrer schlechten Wasserlöslichkeit nicht oder nur geringfügig als Bausteine des Lebens benutzt. Edelgase und alle Elemente schwerer als das Selen (Atomgewicht 34) sind keine Bausteine des Lebens oder sind sogar schädigend für Lebewesen.

Evolution

Das Leben auf der Erde nimmt einen historisch einmaligen Verlauf. Auch wenn man die Ausgangsbedingungen wiederherstellen könnte, würde sich vielleicht ein ähnlicher Ablauf ergeben, aber nicht derselbe der bis heute stattgefunden hat. Der Grund dafür ist die Vielzahl von Zufallentscheidungen, die seit dem Beginn des Lebens bis heute erfolgten. Diese Zufallsentscheidungen werden durch Selektions- und Anpassungsprozesse teilweise wieder ausgeglichen, trotzdem ist ein genau identische Entwicklung unter realen Bedingungen nicht vorstellbar.

Die Entwicklung der verschiedenen Arten von Lebewesen wird in der Evolutionstheorie behandelt. Dieser von Charles Darwin begründete Zweig der Biologie erklärt die Vielfalt der Lebensformen durch Variation, Mutation, Vererbung und Selektion.

Die Evolutionstheorie behandelt die Veränderung von Lebensformen im Laufe der Zeit und die Entstehung der ersten Lebensformen. Hierzu gibt es eine Reihe von Konzepten und Hypothesen (z.B. RNS Welt, s.a. Chemische Evolution) gibt. Die ältesten bisher gefundenen fossilen Spuren von Lebewesen sind mikroskopische ‚Fäden‘, die als Überreste von Cyanobakterien gelten. Allerdings werden diese in 3,5 Mrd. Jahren alten Gesteinen gefundenen Ablagerungen nicht allgemein als Spuren von Leben angesehen.

Einige neuere Ansätze zur Evolutionstheorie gehen davon aus, dass einzelne Gene „egoistisch“ (Egoistische Gene) sind. Hiermit soll ausgedrückt werden, dass der Prozess der Evolution nicht die Art, sondern nur die genetischen Information weiterzugeben sucht. Beispielsweise lässt es sich so verstehen, dass bei einigen Arten (Löwen, Schimpansen) die Männchen Jungtiere von anderen Männchen töten, um sich schneller mit der Mutter paaren zu können. Das töten von Jungtieren steht dabei der Erhaltung der Art eindeutig entgegen, es erhöht aber die Wahrscheinlichkeit, dass die Gene des neuen Männchens weitergegeben werden und nicht die des älteren. Selbstverständlich soll die bezeichnung „egoistisch“ nicht wörtlich verstanden werden, es wird den Genen kein Bewusstsein unterstellt, vielmehr handelt es sich um die Klarstellung, dass letztlich nicht die Erhaltung der Art, sondern die der Gene entscheidend ist.

Grenzfälle biologischen Lebens: Viren

Viren sind bei strenger Auslegung der Definition für Leben keine Lebewesen, da sie sich weder selbständig fortpflanzen, noch wachsen, noch einen Stoffwechsel haben. Andererseits sind sie dazu fähig, sich durch Mutation an äußere Einflüsse anzupassen und ihre Erbinformationen weiterzugeben.

Die Existenz der Viren könnte zeigen, dass es in der Lebensentstehung einen Übergang von „noch nicht lebendig“ zu „lebendig“ gegeben haben kann. Allerdings könnten sich die Viren auch aus „echten“ Lebewesen wie den Bakterien entwickelt haben.

Je näher man an der Grenze des Lebens kommt, desto unschärfer wird sie. Viren lassen sich beispielsweise kristallisieren. Sie bestehen aus Proteinhülle und Nukleinsäurekern. Es gibt unter geeigneten Versuchsbedingungen die Degeneration von Viren zu Viroiden. Viroide bestehen dann nur noch aus vermehrungsfähiger Nukleinsäure. Man könnte diese Viroide als „nackte“ Viren bezeichnen.

Mischt man solche Viroide und ihre Mutterviren in einem Gefäß, dem man dauernd frische Nukleinsäuren und Aminosäuren hinzufügt, so vermehren sich die Viroide schneller als die echten Viren. Um infektiös zu bleiben, ist die Proteinhülle für sie nicht mehr nötig. Aus dem Virusgenom geht der Teil, der die Hülle kodiert, verloren.

Mittlerweile ist es gelungen die Sequenz des Kinderlähmungsvirus in einem DNS-Syntheseapparat künstlich zu erzeugen. (auf die gleiche weise hat man bereits viele weitere DNS- und RNS-Abschnitte für gentechnische Experimente erzeugt). Den DNS-Strang hat man dann in Zellen eingeschleust und es entstanden komplette, künstliche Polioviren.

Andere Lebens-Verständnisse (aus biologischer Sicht)

Leben und Religion

Unterschiedliche Religionen sehen im Leben eine von unbelebter Materie zu unterscheidende Daseinsform, die nur aufgrund übernatürlicher Intervention entstanden sein kann. Das Leben (oder zumindest das menschliche Leben) wird dann oft als etwas besonderes (Heiliges) angesehen.

Die Naturwissenschaften hingegen versuchen, die Lebensentstehung ohne den Einfluss übernatürlicher Faktoren zu erklären und bieten dazu mehrere Theorien der präbiotischen chemischen Evolution an. Bestimmte Naturwissenschaftler lehnen daher diese Ansicht ab.

Die Vorstellung vieler Religionen vom Ewigen Leben kann aufgrund des unausweichlichen biologischen Todes nicht wissenschaftlich behandelt werden. Auch das gesamte Leben auf der Erde findet durch die ständig ansteigende Temperatur der Sonne sein unausweichliches Ende.

Die Ansicht vieler Religionen, Leben oder menschliches Leben sei heilig und daher prinzipiell erhaltenswürdig, ist nicht in der Biologie begründbar. In der Biologie sind Lebewesen bekannt, die nur so lange überleben, bis sie sich fortgepflanzt haben. Hier scheint die Erhaltung des genetischen Codes einer Art das Hauptziel der Fortpflanzung zu sein. Das einzelne Individuum ist ein Teil dieser Fortpflanzungsstrategie, aber es wird nach Erfüllung seiner biologischen Funktion weniger wichtig. Es altert und stirbt.

Historische Vorstellungen von Leben

Die Komplexität von Lebewesen und insbesondere die vielen im Mikroskopischen verborgenen Vorgänge haben in der Vergangenheit immer zu relativen und relativierbaren Erkenntnissen über das biologische Leben geführt. Diese Relativität kann auch für die Gegenwart nicht ausgeschlossen werden.

In Anlehnung an religiöse Vorstellungen wurde angenommen, dass es ‚belebte‘ und ‚unbelebte‘ Materie gebe. Diese Vorstellung spiegelt sich noch in der Wortwahl „organische Chemie“ und „anorganische Chemie“ wieder. Heute ist jedoch bekannt, dass jede organische Substanz aus anorganischen Bestandteilen hergestellt werden kann (erstmals: Harnstoffsynthese durch Wöhler).

Eine andere historische Vorstellung besagte, dass Leben sich aus Unbelebtem immer wieder neu bildet, z.B. in einem Heu-Wasseraufguss. Louis Pasteur konnte dieses experimentell widerlegen.

Lange Zeit wurde die Auffassung vertreten, dass im Zellsaft, im Protoplasma, eine besondere Lebenskraft stecken würde.

Zitate

„Rücken wir bis an die letzten Grenzen vor, an denen es noch Elemente mit dem Charakter der Totalität oder wenn man will, der Einheit gibt, so bleiben wir bei den Zellen stehen. … Ich kann nicht anders sagen, als dass sie die vitalen Elemente sind, aus denen sich die Gewebe, die Organe, die Systeme, das ganze Individuum zusammensetzen“. Rudolf Virchow

„Leben ist, wenn eine Entität von sich eine Kopie aufgrund von Teilen herstellen kann, die alle sehr viel einfacher sind als sie selbst.“ Carl Woese

Bernard Korzeniewski: „Ein Netzwerk aus unteren negativen Feedbacks, die einem höheren positiven Feedback untergeordnet sind.“ Damit ist ein System beschrieben, das keineswegs einzelne verkörperte Lebewesen als Leben kennzeichnet, sondern ganz allgemein sich so verhält, dass es seine Identität aufrechterhält oder reproduziert.

„Omne vivum e vivo“, Alles Leben stammt von Leben ab. Pasteur. Lebewesen können unter den derzeit herrschenden Bedingungen auf der Erde nicht spontan aus unbelebter Materie entstehen. Die spontane Lebensentstehung auf der Erde unter den Bedingungen der Uratmosphäre wird damit allerdings nicht ausgeschlossen.

Außerirdisches Leben

In Gesteinen vom Planeten Mars wurden Spuren gefunden, die als versteinerte Bakterien gedeutet werden können. Zwar ist es ziemlich strittig, ob diese Bakterien wirklich welche sind, aber man kann davon ausgehen, dass dies von jedem sofort bestätigt werden würde, der nicht weiß, dass der Stein vom Mars stammt. (siehe auch UFO und Exobiologie).

Gedanken zum Thema ‚Leben‘

Leben ist ein offenes dynamisches System und ist in ständiger Interaktion mit der Umwelt.

Vorschlag einer Definition die Viren und Hüpfende Gene (Transposons) mit einschließt: Das Leben ist durch sich selbst reproduzierende Moleküle gekennzeichnet. Auf der Erde sind dies DNS und RNS. Komplexer entwickeltes Leben umfasst Aufbau und Erhaltung einer künstlichen Umgebung zur verbesserten Selbstreproduktion (Zelle). Evolution beruht auf der Konkurrenz der selbstreproduzierenden Moleküle um die Rohstoffe zur Selbstreproduktion.

Es gibt Dauerformen des Lebens, beispielsweise Pilzsporen, die sehr widrige Umwelteinflüsse wie starke Trockenheit, Hitze und Kälte überstehen können.

Leben in seiner vorhandenen komplizierten Form z.B. der Säugetiere ist wahrscheinlich nicht künstlich erzeugbar, da solche Großtiere aus Millionen einzelner Zellen bestehen.

Erfolgreichste Tierart auf der Erde: Antarktischer Krill, Euphausia superba, mit einer Biomasse von wahrscheinlich über 500 Millionen Tonnen.

Nicht-Biologische Systeme

Feuer

Das Feuer es entspricht fast allen Grundkriterien des Lebens:

Es hat einen Stoffwechsel, welcher grundsätzlich der selbe ist wie bei jeder anderen Form des Lebens, die wir kennen, nämlich die Oxidation von Kohlenwasserstoff- Verbindungen zu Kohlendioxid wobei Energie in form von Wärme entsteht.

Es wächst und pflanzt sich fort, solange es genährt wird

Und es reagiert auf äußere Einflüsse.

Und doch ist Feuer kein Lebewesen, da es keinen Körper besitzt.

Künstliches Leben

Die Frage nach künstlichem Leben ist zweiteilig:

• die Herstellung eines bekannten Lebewesens im Labor, und
• die Herstellung neuer Lebensformen.

1. Obwohl man nicht erwartet, mehrzellige Organismen in naher Zukunft zu erzeugen, ist es schon gelungen, den Polio-Virus im Labor herzustellen. Damit ist es zwar gelungen, ein biologisches System zu erzeugen. Es konnte aber dabei nicht einmal auf die Mithilfe von Zellen verzichetet werden. Viren zeigen nicht alle Kenzeichen der Lebewesen, sind damit also per defintionem keine Lebewesen.

2. Es gibt Vorstellungen, dass komplexe Computersysteme künstliche Intelligenz und künstliches Leben zeigen können (siehe KI und KL).

Simulationen von Lebensäußerungen

Conways Game of Life ist ein Beispiel für die Simulation von Populationsentwicklung