1998-2 | Wort & Wissen(schaft) |
Treffend und aktuell für "Schöpfung" argumentieren, 9. Folge
Harald Binder und Reinhard Junker
Es dürfte kaum ein Teilgebiet der Evolutionsforschung geben, in dem die Einschätzungen der Fachleute und die von ihnen publizierte Primärliteratur auf der einen Seite und populäre Darstellungen in Schulbüchern, Museen und Fernsehen auf der anderen Seite so weit auseinanderklaffen wie in der Frage nach der Entstehung von Leben aus nichtlebenden Stoffen (= Abiogenese). So kann man etwa im renommierten Oberstufenlehrbuch Biologie Linder über die angenommene Abiogenese lesen:| Abiogenese: (Erstmalige) Entstehung von Leben aus toten Stoffen |
"Nachprüfbare Hinweise auf die Entstehung von Lebewesen stammen vor allem aus Ex-perimenten unter Bedingungen der Uratmosphäre, Erkenntnis-sen der Molekularbiologie, Erkenntnissen über Strukturen und Stoffwechsel von Bakterien, Archaebakterien und Blaualgen. Alle diese aus ganz verschiede-nen Gebieten stammenden Hinweise machen eine abiotische Entstehung der Lebewesen wahrscheinlich."
Dieses Zitat erweckt den Eindruck, daß die Frage nach der Entstehung des Lebens naturwissenschaftlich im Wesentlichen gelöst sei. Die abiogenetische Entstehung des Lebens - und das heißt eine Entstehung ohne Schöpfung - wird als "wahrscheinlich" bezeichnet.
Demgegenüber kommt Klaus Dose, Professor für organische Chemie an der Universität Mainz, ein Wissenschaftler, der sich schon lange intensiv mit der Frage nach der abiogenetischen Lebensentstehung befaßt, zu einer ganz anderen Einschätzung: "1986, also über dreißig Jahre nach dem zunächst verheißungsvollen Beginn der Ära der Simulationsexperimente, kann man zum eigentlichen Mechanismus der Lebensentstehung kaum mehr Fakten angeben als Ernst Haeckel schon vor 120 Jahren. Man muß leider erkennen, daß ein Großteil der Reaktionsprodukte der Simulationsexperimente dem Leben nicht nähersteht als die Inhaltsstoffe des Steinkohlenteers" (Naturwissenschaftliche Rundschau 40, 1987, S. 63-64).
Zum Verständnis für Nichtbiologen sei angemerkt, daß man zur Zeit Haeckels faktisch gar nichts über die Lebensentstehung wußte. Seit den achtziger Jahren macht sich allenthalben in der Fachwelt zunehmende Ernüchterung breit. Bisher beschrittene Wege der Aufklärung möglicher Mechanismen zur Entstehung des Lebens gelten als gescheitert. Dem Zitat von Klaus Dose könnten viele ähnlich lautende Feststellungen angefügt werden. Ein ganz aktuelles Zitat mag als Beleg dienen: "Unsere Unkenntnis über die Bedingungen auf der präbiotischen Erde ist immer noch enorm ... Wenn wir nicht von einer speziellen Schöpfung ausgehen, müssen wir annehmen, daß die lokalen Bedingungen dort, wo das Leben begann, so waren, daß das Konzentrationsproblem überwunden werden konnte" (C. de Duve, 1997).
Das Konzentrationsproblem bedeutet: eine (von vielen anderen) Bedingungen für die Entstehung des Lebens besteht darin, daß die dafür benötigten Bestandteile (die aber an sich noch nicht "Leben" ausmachen) in passenden Konzentrationen zusammengefügt werden müssen. Wie das vor sich gehen kann, ist vollkommen unklar. Die Hoffnung, Leben abiogenetisch erklären zu können, wird freilich nicht aufgegeben.
Nun ist es angesichts der eher theoretischen und unanschaulichen Materie der präbiotischen Chemie (die sich mit der Frage nach der abiogenetischen Entstehung des Lebens befaßt) natürlich nicht möglich, in einem kurzen Beitrag detailliert zu begründen, weshalb - entgegen anderslautender Behauptungen - die Entstehung des Lebens naturwissenschaftlich unverstanden ist. Daher kann die Problematik im folgenden nur beispielhaft dargestellt werden. Den interessierten Leser verweisen wir auf das in Kürze erscheinende Buch "Evolution - ein kritisches Lehrbuch" (von R. Junker und S. Scherer), in welchem sich ein Kapitel ausführlich mit dieser Thematik befaßt.
Dennoch kann das Problem der Lebensentstehung eingegrenzt werden, da man angeben kann, welche Bestandteile oder Eigenschaften minimal zu der uns bekannten Form von Leben gehören, etwa die Erbsubstanz (meistens DNS, selten RNS), Stoffwechsel- und Bauproteine (Eiweiße), Zucker und Lipide (Fettverbindungen). Es ist auch klar, daß Leben ohne Abgrenzung nach außen (Zellmembran) schlechterdings unmöglich ist. Aus diesen Beobachtungen können Minimalbedingungen des Lebens zusammengestellt werden, ohne die Leben in der uns bekannten Form nicht möglich ist. Und diese (oben beispielhaft genannten) Voraussetzungen erlauben konkrete Prüfmöglichkeiten bezüglich ihrer Entstehung. Denn die Frage, wie bestimmte organische Moleküle abiogenetisch entstehen könnten, ist viel klarer formulierbar und daher leichter prüfbar als die Frage, wie "Leben" entstanden ist.
| abiotisch: ohne Voraussetzung von Leben |
| Präbiotische Chemie: Zweig der Chemie, der sich der Frage nach der (abiotischen) Entstehung von Lebewesen widmet |
In diesem Sinne kann dann auch "für Schöpfung" argumentiert werden: Sollten nämlich die Bemühungen scheitern, eine Entstehung des Lebens ohne die Annahme von Schöpfung verständlich zu machen, wäre dies ein starkes Indiz (aber kein Beweis) für Schöpfung. Der Schöpfungsvorgang selber läßt sich dagegen naturwissenschaftlich nicht prüfen, denn dieses Geschehen entzieht sich direkter Erfahrung. In der Frage der Lebensentstehung kann die Schöpfungsforschung prinzipiell keine eigenen Modelle entwickeln, sondern nur evolutionstheoretische Auffassungen hinterfragen.
| Der Vorgang der Schöpfung kann naturwissenschaftlich nicht überprüft werden |
Bis heute sind Versuche dieser Art unter vielfacher Variation der Gaszusammensetzung und -konzentrationen sowie der Energiequellen wiederholt worden. Im folgenden werden die Resultate und die Bedeutung solcher Ursuppen-Simulationsexperimente besprochen.
| Viele Reaktionsprodukte wären für heutige Lebewesen Giftstoffe |
Bei den einzelnen Ansätzen werden je nach Versuchsbedingungen (Gaszusammensetzung, Reaktionszeit etc.) von den 20 proteinogenen Aminosäuren nur ein Teil,
| proteinogen: in Eiweißen (Proteinen) der Lebewesen vorkommend |
Abb.1: Typische Versuchsapparatur (ca. 60 cm hoch), wie sie erstmals von Miller im Jahre 1953 eingesetzt wurde. Mit ihr konnte die Bildung organischer Verbindungen aus anorganischen Stoffen unter "Uratmosphären"-Bedingungen nachgewiesen werden. Die Zusammensetzung der gebildeten Stoffe unterscheidet sich aber sehr von den Inhaltsstoffen lebender Zellen.
Tab. 1:
Vergleich: Aminosäuren in Miller-Versuchen und in Lebewesen |
|---|
| In Lebewesen kommen 20 Aminosäuren vor, in Miller-Versuchen sehr viel mehr. In Miller-Versuchen wurden die basischen proteinogenen Aminosäuren nicht gebildet. |
| Je Versuchsansatz wurden meist nur wenige, maximal 13 verschiedene proteinogene Aminosäuren gebildet. |
| Die Zusammensetzung der Verbindungen in Miller-Versuchen unterscheidet sich deutlich von der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe lebender Zellen. |
| Für die erforderliche Kettenbildung sind schädliche monofunktionelle Verbindungen im Überschuß vorhanden. |
Ohne spezielle Maßnahmen können daher keine Ketten gebildet werden, denn das überschüssige Wasser, das zusätzlich bei der Kettenbildung entsteht, bewirkt eine Spaltung eventuell entstandener kurzer Ketten, und zwar in viel stärkerem Maß, als Aminosäuren zusammengefügt werden. Die Anwesenheit von Wasser verhindert folglich die unerläßiche Kettenbildung.
| In einer "Ursuppe" wären mehr schädliche als nützliche Verbindungen |
Abb. 2: Zur Veranschaulichung der Entstehung von Makromolekülen durch Polykondensation kann ein Kugelmodell mit Druckknöpfen ("Positiv" und "Negativ") dienen, wie es von B. Vollmert entworfen wurde. In A und B sind zwei verschiedene Möglichkeiten der Entstehung von Kettenmolekülen durch Polykondensation dargestellt. Die DNS (entsprechend A) und Proteine (entsprechend B) sind Kettenmoleküle, die auf diese Weise (Polykondensation bifunktioneller Moleküle; d. h. zwei "Druckknöpfe") entstehen. Unter Ursuppenbedingungen sind ein großer Teil der Verbindungen monofunktionelle Moleküle (C; ein "Druckknopf"). Außerdem liegen die verschiedenen Molekülsorten nicht in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander vor.
Beide Umstände verhindern jeweils für sich alleine genommen das Entstehen von längeren Molekülketten. In Ursuppen können daher die für Lebewesen erforderlichen Makromoleküle nicht entstehen, da dort keine Mechanismen erwartet werden können, durch welche ein Kettenabbruch verhindert wird.
Die Miller-Versuche könnten als erster Schritt in Richtung
| Die Miller-Versuche führen in eine Sackgasse |
Die Bildung dieser drei Bestandteile der Nukleinsäuren unter präbiotischen Bedingungen ist ungeklärt. Dies sei für die Stickstoffbasen kurz erläutert: Als geeigneter Ausgangsstoff für die Synthese von Stickstoffbasen kann Cyanwasserstoff (HCN, Blausäure) angesehen werden. Aus fünf Molekülen HCN kann die Stickstoffbase Adenin aufgebaut werden. Die chemische Synthese ergibt allerdings nur eine sehr geringe Ausbeute. Für die anderen Basen sind zusätzliche Ausgangsstoffe und komplexere Reaktionsbedingungen erforderlich, so daß deren Synthese unter unspezifischen präbiotischen Bedingungen entsprechend noch unwahrscheinlicher ist.
Für die Synthese müßten gleichzeitig alle äußeren Randbedingungen wie Temperatur, Druck, Konzentration, pH-Wert usw. exakt abgestimmt sein, um überhaupt ein gewünschtes Produkt zu erhalten. Dies ist auf einer frühen Erde äußerst unwahrscheinlich.
Die entstandenen Stickstoffbasen müßten von einem großen Anteil von Verunreinigungen (z. T. sehr ähnlichen, aber für die Nukleinsäuren unbrauchbaren Stickstoffverbindungen) abgetrennt werden. Ein natürlicher Prozeß hierfür ist unbekannt.
Ähnliche Probleme treten bei der Synthese der anderen DNS-Bestandteile sowie bei deren Zusammenfügung auf, so daß die abiogenetische Entstehung der Erbsubstanz DNS ungeklärt ist.[ 1 ]
| Es kann nicht einmal erklärt werden, wie die Bestandteile der Nukleinsäuren entstanden wären |
Ein weiterer ganz entscheidender Aspekt soll nur noch angedeutet werden: die DNS als Informationsträger. Das Molekül als solches beinhaltet noch keine sinnvolle Information. Woher die auf der DNS niedergelegte Information stammt, und wie sie in diesen chemischen Strukturen ursprünglich codiert wurde, ist Gegenstand umfangreicher Diskussionen und Spekulationen, wobei hier der Bereich experimenteller naturwissenschaftlicher Methoden überschritten wird. Die DNS als Informationsspeicher stellt hohe Anforderungen hinsichtlich Vervielfältigung (Replikation) und entsprechender Reparaturmechanismen, um zu gewährleisten, daß vorhandene Information nicht wieder verlorengeht.
Ein Hauptbestandteil von Biomembranen sind Phospholipide, bestehend aus Glyzerin, Phosphorsäure und langkettigen aliphatischen Verbindungen (die mit Glyzerin als Ether oder Ester verknüpft sind). Diese Moleküle weisen wie alle grenzflächenaktiven Substanzen (Tenside) einen hydrophoben (= wassermeidenden) und einen hydrophilen (= wasserverträglichen) Bereich auf. Moleküle mit diesen Strukturmerkmalen können sich spontan zu Aggregaten (z.B. Doppelschichten, Mizellen, Vesikel) zusammenlagern. Synthesemöglichkeiten solcher Substanzen unter präbiotischen Bedingungen sind unbekannt.
Die notwendige Einhüllung und Abgrenzung lebender Zellen gegen die Umgebung würde gleichzeitig deren Ende bedeuten, wenn nicht von Beginn an differenzierte Transportmechanismen durch die Membran gewährleistet sind. Nach bisherigen Kenntnissen müßten also mit der Bildung von Membranen zeitlich sehr eng verknüpft auch erste Transportfunktionen vorhanden sein. Solche Kopplungen sind unter präbiotischen Bedingungen bisher experimentell nicht nachgewiesen worden.
Beim Verrühren von eiweißähnlichen Stoffen (sog. Proteinoide) in Wasser können Gebilde erzeugt werden, die aufgrund ihrer mikroskopischen Erscheinung als Mikrosphären bezeichnet und gelegentlich als einfache Organismen interpretiert wurden. Solche entfernt an Zellen erinnernde Strukturen lassen sich jedoch auch durch Trocknen verschiedener synthetischer Polymerlösungen erhalten und haben nichts mit biologischen Zellen zu tun. Die Mikrosphären spielen in der aktuellen Diskussion von Modellen zur Lebensentstehung keine Rolle mehr.
| Eine präbiotische Bildung der Makromoleküle, die in Lebewesen vorkommen, ist völlig ungeklärt |
| Die Entstehung des Lebens liegt in größerem Dunkel als zu Zeiten Darwins |
Was wäre, wenn es doch gelänge, Leben aus Nichtleben hervorzubringen?
Könnte das Leben aus dem Weltraum auf die Erde gelangt sein?
Die im 19. Jahrhundert von dem Schweden Arrhenius aufgenommene und engagiert vertretene Idee der Panspermie geht davon aus, daß Lebenskeime irgendwo in den Weiten des Universums entstanden sind und daß die Erde dadurch mit Leben infiziert worden ist. Diese Idee verlagert das Problem der Lebensentstehung von der Erde ins Weltall, ohne daß dadurch irgendwelche konstruktiven Lösungen für die oben diskutierten Probleme beigetragen werden.
| Es hilft nichts, das Problem der Lebensentstehung in den Weltraum zu verlagern |
Ein prominenter heutiger Vertreter dieser Idee ist F. Crick, der aufgrund der unübersehbaren Schwierigkeiten der präbiotischen Chemie Zuflucht zu diesem Lösungsvorschlag nimmt. Die Überlebensfähigkeit von Lebenskeimen im Weltraum wurde experimentell an Bakterien untersucht. Experimente zeigen, daß die Zellen durch energiereiche Strahlung stark geschädigt werden. Damit sind einem Aufenthalt im All zeitlich enge Grenzen gesetzt und folglich auch die überwindbaren Entfernungen limitiert.
Ausführliche Informationen und eine systematische Abhandlung zu diesem Thema und vielen weiteren evolutionskritischen Aspekten bietet das voraussichtlich im Juli erscheinende Buch
von R. Junker und S. Scherer
(328 S., ca. 350 Abb., durchgehend vierfarbig, Großformat 19,5 x 26, Festeinband; DM 39,80).
Es kann bei der Studiengemeinschaft Wort und Wissen, Rosenbergweg 29, 72270 Baiersbronn vorbestellt werden.
Dr. Reinhard Junker ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Studiengemeinschaft Wort + Wissen.
Anschrift: Rosenbergweg 29, D-72270 Baiersbronn