1. Dublin, 1943–2012

»Was ist Leben?« Nur drei einfache Worte, und doch wirft jedes davon ein ganzes Universum von Fragen auf, die alles andere als einfach sind. Was genau trennt eigentlich das Belebte vom Unbelebten? Welches sind die Grundzutaten des Lebens? Wo regte sich das Leben zum ersten Mal? Wie entwickelten sich die ersten Lebewesen? Gibt es überall Leben? Wie weit ist Leben im Kosmos verbreitet? Angenommen, auf fernen Planeten existieren andere Lebensformen: Sind sie so intelligent wie wir oder sogar noch intelligenter?

Bis heute sind diese Fragen nach Wesen und Ursprung des Lebens die größten und am hitzigsten diskutierten in der ganzen Biologie. Auf ihnen ruht das Fachgebiet, und auch wenn wir nach wie vor nicht alle Antworten kennen, haben wir in den letzten Jahrzehnten bei ihrer Untersuchung große Fortschritte gemacht. Wir haben die Suche in einer Zeit, an die heutige Menschen sich noch erinnern, weiter vorangebracht als die rund 10000 Generationen, seit moderne Menschen über unseren Planeten wandeln.[2] Heute sind wir in das »digitale Zeitalter der Biologie« eingetreten, wie ich es nenne: Die ehemals getrennten Domänen der Computerprogramme und der Programmierung des Lebendigen wachsen zusammen, und daraus entstehen neue Synergien, welche die Evolution in radikal neue Richtungen lenken werden.

Sollte ich einen Zeitpunkt benennen, in dem nach meiner Einschätzung die moderne biologische Wissenschaft geboren wurde, so würde ich mich für den Februar 1943 entscheiden. Es geschah in Dublin, wo der österreichische Physiker Erwin Schrödinger (1887–1961) sich mit der zentralen Frage der gesamten Biologie beschäftigte. Dublin war seit 1939 Schrödingers Heimat – einerseits war er dadurch den Nazis entkommen, andererseits stand die Stadt aber auch seinem unkonventionellen Familienleben tolerant gegenüber (er lebte in einer Dreierbeziehung und suchte zur Inspiration nach »stürmischen sexuellen Abenteuern«);[3] außerdem hatte Éamon de Valera, der damalige Taoiseach (Gälisch für Premierminister) Irlands, die Initiative ergriffen und ihn eingeladen, in dem Land zu arbeiten.

Schrödinger hatte 1933 den Nobelpreis für seine Bemühungen zur Entwicklung einer Gleichung für Quantenwellen erhalten, mit der er das Verhalten subatomarer Teilchen, das ganze Universum und alles dazwischen erklären wollte. Jetzt, zehn Jahre später, hielt Schrödinger unter der Schirmherrschaft des Dublin Institute for Advanced Sciences, an dessen Gründung er zusammen mit de Valera mitgearbeitet hatte, am Trinity College der irischen Hauptstadt eine Reihe von drei Vorträgen, die noch heute zitiert werden. Die Anregung zu den Veranstaltungen unter der Überschrift »What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell« [»Was ist Leben? Die Sicht des Physikers auf die lebende Zelle«] bezog er zum Teil aus dem Interesse seines Vaters für Biologie, zum Teil auch aus einem 1935 erschienenen Fachartikel,[4] der aus einer früheren Begegnung von Physik und Biologie im Vorkriegsdeutschland erwachsen war. Die deutschen Physiker Karl Zimmer und Max Delbrück hatten damals in Zusammenarbeit mit dem russischen Genetiker Nikolai Timofejew-Ressowkskij eine Schätzung für die Größe eines Gens erarbeitet (»ungefähr 1000 Atome«); die Grundlage bildete die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, Gene von Taufliegen zu schädigen und Mutationen auszulösen.

Schrödinger begann die Vortragsreihe am Freitag, dem 5. Februar um 16 Uhr 30; vor ihm im Publikum saß der Taoiseach. Ein Reporter des Magazins Time war anwesend und berichtete, wie »Menschenmassen vor dem gerappelt vollen Hörsaal abgewiesen wurden. Kabinettsminister, Diplomaten, Wissenschaftler und Angehörige der feinen Gesellschaft applaudierten lautstark einem schmalen, in Wien geborenen Physikprofessor, der über den Ehrgeiz aller anderen Mathematiker hinausgewachsen war.« Am nächsten Tag brachte The Irish Times einen Artikel über »die lebende Zelle und das Atom«, der gleich zu Beginn von Schrödingers Behauptung berichtete, man könne die Vorgänge im Inneren einer lebenden Zelle allein mit Chemie und Physik beschreiben. Der Vortrag war so publikumswirksam, dass die ganze Reihe an den nachfolgenden Montagen wiederholt werden musste.

Aus seinen Vorträgen machte Schrödinger ein kleines Buch, das im folgenden Jahr erschien, zwei Jahre vor meiner Geburt. Was ist Leben? beeinflusste ganze Biologengenerationen. (50 Jahre nachdem Schrödinger seine bemerkenswerten Vorträge gehalten hatte, feierten Michael P. Murphy und J. O’Neill vom Trinity College den Jahrestag und luden dazu herausragende Wissenschaftler aus verschiedenen Fachgebieten ein; zu der hochkarätigen Gästeliste gehörten Jared Diamond, Stephen Jay Gould, Stuart Kauffman, John Maynard Smith, Roger Penrose, Lewis Wolpert sowie die Nobelpreisträger Christian de Duve und Manfred Eigen. Sie alle sollten voraussagen, was das nächste halbe Jahrhundert bringen könnte.) Ich hatte What Is Life? mindestens fünf Mal gelesen, und jedes Mal hatte es für mich je nach dem Stadium meiner Karriere eine andere Bedeutung und eine neue Wichtigkeit.

Dass Schrödingers schmales Bändchen sich als so einflussreich erwies, hat im Kern einen einfachen Grund: Es setzt sich aus einem kühnen neuen Blickwinkel mit den zentralen Themen der Biologie auseinander – mit der Vererbung und der Frage, wie Lebewesen sich Energie nutzbar machen und damit Ordnung aufrechterhalten. Klar und knapp argumentierte er, Leben müsse den Gesetzen der Physik folgen, und man könne deshalb mit Hilfe der physikalischen Gesetze wichtige Schlussfolgerungen über das Wesen des Lebendigen ziehen. Schrödinger beobachtete, dass Chromosomen »eine Art Code enthalten müssen, der über das gesamte Muster der zukünftigen Entwicklung eines Individuums bestimmt«. Er gelangte zu dem Schluss, dass der Code »eine gut geordnete Verbindung von Atomen enthalten muss, die eine ausreichende Widerstandsfähigkeit besitzt und ihre Ordnung dauerhaft aufrechterhalten kann«; außerdem erklärte er, wie die Zahl der Atome in einem »aperiodischen Kristall« eine für die Vererbung ausreichende Informationsmenge tragen kann. Mit dem Begriff »Kristall« wollte er auf Stabilität hinweisen, und er bezeichnete ihn als »aperiodisch«, das heißt, er konnte im Gegensatz zu einem »periodischen«, sich wiederholenden Muster (das, wie die Irish Times erklärte, »eine gewöhnliche Tapetenbahn im Vergleich zu einem kompliziert gemusterten Wandteppich« ist) einen hohen Informationsgehalt haben. Schrödinger vertrat die Ansicht, dieser Kristall müsse nicht extrem komplex gebaut sein, um eine Riesenzahl an Veränderungen enthalten zu können, sondern er könne so einfach sein wie ein Binärcode, beispielsweise das Morsealphabet. Soweit mir bekannt ist, wurde damit zum ersten Mal die Tatsache erwähnt, dass der genetische Code so einfach wie ein Binärcode sein kann.

Leben hat unter anderem die höchst bemerkenswerte Eigenschaft, dass es Ordnung schaffen kann: Es formt aus dem chemischen Chaos in unserer Umgebung einen kompliziert gebauten, geordneten Körper. Auf den ersten Blick wirkt diese Fähigkeit wie ein Wunder, das dem düsteren Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik widerspricht, der besagt, dass alles zwangsläufig von der Ordnung in die Unordnung abrutschen muss. Aber dieses Gesetz gilt nur für »geschlossene Systeme«, beispielsweise für ein luftdicht verschlossenes Reagenzglas; Lebewesen dagegen sind offen (oder sie sind Teile eines größeren geschlossenen Systems), denn sie sind für Energie und Masse aus ihrer Umgebung durchlässig. Sie verbrauchen große Energiemengen, um Ordnung und Komplexität in Form von Zellen zu schaffen.

Schrödinger beschäftigte sich in einem großen Teil seines Vortrages mit der Thermodynamik des Lebendigen, einem Thema, das im Vergleich zu den Erkenntnissen über Genetik und Molekularbiologie relativ wenig erforscht ist. Er beschrieb die Fähigkeit des Lebendigen, einen »Strom der Ordnung« auf sich selbst zu richten und damit dem Zerfall zu einem atomaren Chaos zu entgehen – und gleichzeitig Ordnung aus einer geeigneten Umwelt zu »trinken«. Außerdem hatte er sich mit der Frage beschäftigt, in welchem Zusammenhang ein »aperiodischer Feststoff« mit dieser kreativen Leistung steht. Das Codeprogramm enthält die Mittel und Wege, um chemische Substanzen aus der Nachbarschaft so anzuordnen, dass sie Wirbel im großen Strom der Entropie nutzen und sie in Form einer Zelle oder eines Organismus lebendig machen können.

Schrödingers Hypothese wurde für eine ganze Reihe von Physikern und Chemikern zur Anregung, ihre Aufmerksamkeit der Biologie zuzuwenden, nachdem der Beitrag ihres Fachgebiets zum Manhattan-Projekt – dem großen Vorhaben, während des Zweiten Weltkrieges die Atombombe zu bauen – sie ernüchtert hatte. Zur Zeit von Schrödingers Vortrag glaubte die wissenschaftliche Welt, nicht DNA, sondern Proteine seien die Grundlage des genetischen...