DIE ZEIT: Ist das Leben nur ein Zufall?
Jack Szostak: Das ist eine sehr
interessante Frage und sie ist schwer zu beantworten. Es gibt Gründe, mit Ja zu
antworten. Aber auch welche, die für Nein sprechen.
ZEIT: Nein wäre die interessantere Antwort.
Szostak: Es wäre ein Nein in dem Sinne, dass die
Entstehung des Lebens den Gesetzen der Physik und Chemie folgte. Bei all diesen
einzelnen Prozessen gibt es nichts Zufälliges. Andererseits: Wenn man am Ende
eine lange Kette von unwahrscheinlichen Ereignissen hat, dann ist die Entstehung
des Lebens in gewissem Sinn doch ein Zufall. Aber selbst das wissen wir nicht,
weil wir nicht wissen, ob Leben etwas ist, das sehr leicht entsteht, also fast
unvermeidlich wäre, oder ob es etwas sehr Seltenes ist.
ZEIT: Fangen wir ganz vorn an. Was ist Leben?
Szostak: Ich mag diese Frage eigentlich nicht besonders,
weil wir das Wort Leben für so viele verschiedene Dinge verwenden. Wenn wir von
Biologie sprechen, ist das Kennzeichen die darwinsche Evolution. Aber es gibt
andere Systeme, selbst Computersysteme, die sich in diesem Sinn entwickeln. Ich
finde es daher interessanter, den Weg, den das Leben bei seiner Entstehung
genommen hat, zu verstehen als zu versuchen, eine wasserdichte Definition für
Leben zu finden. Von der Planetenentstehung über die frühen Umweltbedingungen
bis an den Punkt, wo ein Haufen Chemikalien lebendig wurde, und wie das zu dem Leben
führte, das wir jetzt überall um uns herum sehen – diesen ganzen Weg zu
verstehen, das ist für mich das Interessante. Das Problem: Verschiedene Leute
werden an verschiedenen Stellen auf diesem Weg unterschiedliche Meinungen dazu
haben, ab wann etwas als lebendig gilt.
ZEIT: Kann man sagen: Wenn ich Leben sehe, weiß ich,
dass es Leben ist?
Szostak: Wenn Sie etwas Biologisches sehen, einen Wal,
einen Schmetterling, Kinder, ist es offensichtlich, dass das Leben ist. Aber
wenn Sie einfachere Systeme betrachten, näher am Ursprung des Lebens, dann kommt
man in einen Graubereich.
ZEIT: Ist die Selbstvervielfältigung, die
Replikation, eine der Grundsäulen des Lebens? Wenn ich lebe, bin ich in der
Lage, mich zu replizieren, also Kopien von mir zu machen, oder?
Szostak: Das ist eines dieser klassischen, aber wenig
geeigneten Beispiele. Gegenfrage: Ist ein Maultier lebendig? Es kann sich nicht
fortpflanzen, weil es unfruchtbar ist. Es gibt viele unfruchtbare Tiere. Oder
was ist mit alten Menschen, die sich nicht mehr fortpflanzen können? Das zeigt,
wie schwierig der Versuch ist, das Leben auf eine Definition festzunageln.
ZEIT: Ist ein Virus lebendig?
Szostak: Das ist eine dieser Fragen, die mich wahnsinnig
machen. Ein Virus ist ein Parasit des Lebens. Ein Virus ist abhängig von
lebenden Organismen, um sich vervielfältigen zu können.
ZEIT: Wenn wir herausfinden wollen, wie das Leben
entstanden ist, müssen wir eine Vorstellung davon haben, wohin wir wollen. Was
sind die grundlegenden Ideen?
Szostak: Alles biologische Leben auf unserem Planeten
besteht aus Zellen. Sie haben genetisches Material, das vervielfältigt wird,
damit man Informationen von Generation zu Generation weitergeben kann. Jede
Zelle hat außerdem eine Hülle, eine Zellmembran, die das Innere von der
Umgebung abtrennt. Wir versuchen uns nun zu überlegen: Was ist das einfachste
System dieser Art, das spontan aus der Chemie der frühen Erde entstehen konnte?
Diese wirklich einfache Art von Zelle nennen wir
Protozelle: Sie besteht aus einer primitiven Zellmembran und wahrscheinlich
sehr kleinen Stückchen genetischer Information, von denen wir annehmen, dass
sie wahrscheinlich aus RNA bestanden. Und dann muss irgendwie – und das ist das
größere Problem – diese Zelle mit ihrer Membran wachsen und sich in
Tochterzellen teilen. Zugleich muss das genetische Material kopiert und jeweils
auf die Tochterzellen verteilt werden – und das alles nur mithilfe von Chemie
und Physik. Denn am Anfang gab es keine Enzyme, also Proteine, die chemische
Reaktionen katalysierten. Wir müssen vorsichtig sein damit, wie man die
einfachsten, frühesten Anfänge des Lebens nennt, und das unterscheiden von
Eigenschaften, die sich dann später entwickelt haben.
ZEIT: Wie sieht Ihre Vorstellung vom Startpunkt aus?
Szostak: Der beste chemische Ausgangspunkt, um letztlich
alle Bausteine der Biologie herzustellen, ist Cyanid, also Blausäure.
ZEIT: Das Leben beginnt mit Gift?
Szostak: Es klingt ein bisschen ironisch und deswegen
mag ich das auch so: Es stimmt, Cyanid
ist nicht gut für uns, aber es ist ein großartiger Weg, um Leben in Gang zu
bringen. Cyanid ist eine Verbindung, die viel Energie in ihrer chemischen Struktur
speichert. Sie ist daher ein guter Ausgangspunkt für eine ganze Reihe
chemischer Reaktionen, die am Ende kompliziertere Moleküle liefern. Mein
Kollege John Sutherland hat Reaktionswege aufgezeichnet, die im Wesentlichen
bei Cyanid beginnen und über viele Schritte hinweg Nukleotide liefern, die
Bausteine von RNA und DNA. Das ist ein großer Teil des Puzzles bei der Suche
nach dem möglichen Startpunkt des Lebens. Der andere Teil ist die Zellmembran: Fettsäuren
sind Moleküle, die primitive Membranen bilden können. Aber das ist ein Bereich,
der noch viel mehr Forschung bedarf.
Auf der frühen Erde gab es Gegenden, wo sich diese
chemischen Verbindungen an der Erdoberfläche konzentrieren konnten. Wenn
dann noch Energie von der Sonne, also ultraviolette Strahlung, hinzukam,
konnten sich RNA und Fettsäuren bilden und man hatte einen guten Ausgangspunkt
für die Evolution komplexerer Systeme.
Hier wollen wir vor allem wissen, wie sich diese
Systeme selbst organisiert haben. Wenn Sie Fettsäuren, wie beispielsweise Ölsäure,
die auch in Olivenöl enthalten ist, einfach in Wasser schütten, das vom pH-Wert
nicht zu sauer, nicht zu basisch ist, dann wird sie sich spontan zu Membranen
zusammenlagern. Das ist wunderschön zu beobachten, das ist einfach Chemie und
Physik. Dasselbe mit RNA: Wir wissen, dass man RNA-Ketten herstellen kann. Wir
wissen im Grunde, wie man sie kopiert, um eine doppelsträngige Helix als
Produkt zu erhalten. Wir haben eine Vorstellung davon, wie die Zyklen beim
Kopierprozess aussehen müssen. Wir sind nahe dran, zumindest ein Grundgerüst
des gesamten Prozesses zu verstehen.
ZEIT: Warum benötigte das Leben eine Membran? Löst
sich sonst alles auf?
Szostak: Genau. Die Membran hält die Moleküle im Inneren
zusammen. Wenn Sie RNA-Moleküle im Inneren der Zelle haben und die sich
replizieren, dann werden die Moleküle, nach der Teilung der Mutterzelle,
jeweils auf die Tochterzellen verteilt. Ohne Membran könnte Replikation zwar
stattfinden, aber alles würde einfach davonschweben und sich vermischen. Die
Membran ist entscheidend für die darwinsche Evolution. Stellen Sie sich vor, es
passiert eine Mutation in der RNA-Sequenz, die etwas Gutes bewirkt, die
vielleicht eine nützliche Reaktion katalysiert, die wiederum ihre eigene
Vervielfältigung fördert. Wenn das in einem Kompartiment passiert, das wachsen
und sich teilen kann, dann kann diese Sequenz davon profitieren, weil sie sich
schneller oder besser vervielfältigt. Ohne Membran würde diese Mutation auch
all den anderen Nachbar-RNA-Molekülen helfen – aber dann gäbe es keine
Selektion und keine Evolution.
