Archiv der Kategorie: Mikroben

DIE HERRSCHER DER WELT – BESPRECHUNG DES BUCHES VON B.KEGEL – Teil 2

Bakterien, Cyanobakterien, Mikroben, Mikroorganismen, Sauerstoff O2

Kegel, V., Die Herrsher der Welt. Wie Mikroben unser Leben bestimmen, Köln: DuMont Buchverlag, 2015

Storch, V., Welsch, U., Wink, M. Evolutionsbiologie, 3.rev. Afl., Berlin-Heidelberg: Springer Spektrum, 2013 (abgekürzt: EB)

  1. Dieser Besprechung ging ein Teil 1 voraus, in dem ein erster Eindruck vermittelt wird über die Zeiträume, die von Mikroben betroffen sind (ca. 4 Mrd Jahre (10^9)), außerdem von der unfassbaren Anzahl von Mikroben, die sich überall finden (z.B im menschlichen Körper schätzt man 100 Billionen (10^12), dazu nochmals ca. 224 Milliarden (10^9) auf der Haut). Dazu muss man sich klar machen, dass unsere menschlichen Körper letztlich ein Zellverband darstellt mit ca. 37.2 Billionen (10^12) Körperzellen.
  2. Im nachfolgenden Kapitel wurde dann deutlich, dass die ungeheuren Zahlen an Bakterien und Körperzellen mit dem Begriff Verband nur ungenügend beschrieben sind. Es ist eine hochkomplexe Lebensgemeinschaft mit raffinierten Mechanismen der Kommunikation und der Kooperation, herausgebildet über viele Millionen, wenn nicht hunderte Millionen von Jahren. Dazu benutzte der Autor Kegel das Wort Holobiont (was sich in einem Standardlehrbuch wie EB nicht findet).

VON DER URERDE ZUR SAUERSTOFFWELT (SS.91 – 124)

  1. Im dritten Kapitel greift Kegel die historische Dimension der Mikrobenentstehung nochmals auf und schildert etwas ausführlicher die vermuteten Rahmenbedingungen der Erde, bei der Entstehung der Mikroben und deren frühen Entwicklung (siehe Schaubild; von Autor cagent ergänzt mit Daten aus EB).

    2. Zeitlicher Rahmen für die entstehung und die Entwicklung der Mikroben als Bausteine des Lebens
    Zeitlicher Rahmen für die entstehung und die Entwicklung der Mikroben als Bausteine des Lebens

  2. Wie genau die Entstehung der ersten Mikroben zu denken ist, das weiß man bis heute nicht exakt (vgl. S.103f); es gibt allerdings theoretische Modelle, die mögliche Entstehungen skizzieren. Klar ist nur, dass es neben der Fähigkeit der Reproduktion primär um die Fähigkeit geht, Energie aus der Umgebung zu entziehen und diese dann für verschiedene chemische Prozesse zu nutzen. Und hier gibt es die bis zum Auftreten der Menschen nur zwei Strategien: (i) ohne Sauerstoff und (ii) mit Sauerstoff.
  3. Sauerstoff (O2) gab es zwar auch schon vor der Sauerstoffwelt, allerdings gebunden. (vgl. S.99) Erst die Erfindung der Umwandlung von Lichtenergie in Zucker und Sauerstoff durch die Cyanobakterien (irgendwann so ab ca. -2.5 Mrd Jahren) machte Sauerstoff O2 frei verfügbar. Und es war ein erdgeschichtliches Ereignis ohne gleichen, da bis heute die Cyanobakterien die einzigen sind, die dies können. (vgl. S.105) Bis diese Erfindung aber in Form neuer Lebewesen (Zellen, Pflanzen und Tiere) wirksam wurde, die auf der Erdoberfläche mit Sauerstoff leben, verging eine sehr, sehr lange Zeit.
  4. Der produzierte Sauerstoff oxidierte ca. 100-200 Mio Jahre mit allerlei Materialien im Meer, bis er es vor ca. -2.4/-2.3 Mrd Jahren schaffte in die Atmosphäre einzutreten. Die Mengen waren noch gering (0.1%), doch reichten diese Mengen aus, durch Reaktion mit Methan in der Atmosphäre Kohlendioxyd CO2 zu bilden. Dies wiederum reichte aus, um zu einer Abkühlung zu führen, die 300-400 Mio Jahre gedauert hat (Huronische Eiszeit).(S.106) Zugleich baute sich aber weiterhin Sauerstoff weiter in der Atmosphäre auf und führte langfristig damit zur Ausbildung einer Ozonschicht, die die UV-Strahlen daran hinderten, das Wasser der Meere in seine Bestandteile zu zerlegen. (S.113)
  5. Ab ca. -1.8/-1.45 MRD Jahren treten komplexe eukaryontische Zellen auf, die nach der zur Zeit am meisten akzeptierten Hypothese aus methanogenen Archaeen als Wirt und Bakterien als Symbionten hervorgegangen sind. (S.115) Dies ist ein Fall von Endosymbiose, ein höchst komplexes Ineinander von Genom des Wirtes und DNA in den Symbionten, durch die die chemischen Prozesse gesteuert werden. (119)
  6. Erst ca. -1.0 MRD (EB 236) bzw. -0.8 MRD (Kegel S.124) finden wir dann vielzellige Lebewesen, die sich dann in der Folgezeit zu unvorstellbar komplexen Systemen weiter entwickeln.
  7. Der heutige Sauerstoffpegel wird etwa um -0.35 MRD Jahre erreicht.

DISKUSSION

  1. Der Text von Kegel kommt leicht erzählend rüber und liest sich gut. Sobald man sich auf die Inhalte einlässt, stellen sich aber viele weitere Fragen, die sich dann durch die lockere Anordnung der Ideen nicht mehr so leicht beantworten lassen. So vermisse ich systematische Überblicke, in denen die einzelnen Aspekte ein wenig im Zusammenhang erscheinen.
  2. Bei dem Versuch, mir aus den Einzelfakten solch einen Überblick zu rekonstruieren, bin ich auf viele offene Fragen gestoßen, die ich schließlich nur mit Hilfe weitere Bücher – insbesondere des Buches EB! – sowie einzelner Beiträge aus der englischen Wikipedia ansatzweise beantworten konnte.
  3. Insgesamt werden die Umrisse eines imposanten Gemäldes sichtbar, das die großen Linien der Entstehung des Lebens auf dieser Erde aufscheinen lässt, wobei der Kontext selbst, unsere Erde, nicht weniger wild, dynamisch und großartig daherkommt.
  4. Speziell aber auch der Blick in die Feinstrukturen des Biologischen, in die unfassbar komplexen Ablauf- und Steuerungsprozesse, das Ineinandergreifen von so vielen Prozessen, die Vielfalt der Informationen, deren Speicherung und Nutzung, ist geradezu Schwindelerregend. Was hier die Biologie mit all ihren Spezialdisziplinen bislang geleistet hat, ist fantastisch. Dennoch, gerade weil immer mehr sichtbar wird, stellen sich auch immer mehr neue, tiefgreifende Fragen. Mehr oder weniger ungelöst erscheinen mir die übergreifenden theoretischen Fragen, nach welchen Kriterien, Gesetzen sich diese komplexen Strukturen ausbilden konnten. Und dann, nachdem es Archaeen, Bakterien und Eukaryonten gab, wie es die Vielzeller mit ihren Milliarden bis Billionen Zellen geschafft haben, in all diesen geradezu galaktischen Strukturen Kommunikation und Kooperation für eine systemstabilisierende Ordnung aufzubauen und zu halten.
  5. Eine Fortsetzung der Besprechung ist unklar, da ich (nach Abschluss der Lektüre) so viele spannende weiterführende Gedanken bekommen habe, dass ich möglicherweise direkt da weiter mache. Mal sehen.

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DIE HERRSCHER DER WELT: MIKROBEN – BESPRECHUNG DES BUCHES VON B.KEGEL – Teil 1

Bakterien, Holobiont, Mikroben, Mikroorganismen

Bernhard Kegel, (2015), Die Herrscher der Welt, Wie Mikroben unser Leben bestimmen, Köln: Dumont

1. Der Autor dieser Besprechung muss zunächst bekennen, dass er von der Materie des Buches vor der Lektüre kaum etwas gewusst hatte. Das kann gegen ihn sprechen (wie kann er dann so ein Buch besprechen), das kann aber gerade auch ein guter Maßstab sein, die kommunikative Qualität des Buches zu messen. Denn in der heutigen Welt explodierender Einzelwissenschaften ist das wechselseitige Verstehen der vielen Disziplinen durch die Spezialisierungen und Menge der neuen Publikationen eher schwierig geworden.
2. Und das muss man dem Buch gleich vorweg zugestehen: es ist gut lesbar geschrieben, es schildert nicht nur einzelne Fakten sondern stellt Zusammenhänge her; mehr noch, es bettet die Ergebnisse auch in die Schilderung der Forschungsprozesse selbst ein. Man kann buchstäblich miterleben, wie junge Forscher und Forscherinnen sich im Forschungsalltag jenseits der Banalitäten an aufregende Sachverhalte heranarbeiten, wie viele Jahre, ja Jahrzehnte notwendig sind, um einzelne Aspekte zu klären, abzusichern, verständlich zu machen. Und wen es interessiert, den führen die zahlreichen Anmerkungen zu der einschlägigen Fachliteratur.
3. Das dies alles so wunderbar ineinandergreift ist dem Umstand geschuldet, dass der Autor – obgleich sehr sachkundig –, nicht primär als Einzelwissenschaftler schreibt, sondern als Vermittler zwischen vielen Forschungsgruppen, als jemand, der die vielen neuen Ergebnisse zusammenfasst, in einen Gesamtrahmen einfügt, bisweilen versuchsweise, noch nicht als letzte feste Theorie, und dies eingebettet in einen sehr lesbaren Schreibstil. Das einzige, was man als Kritik äußern könnte, wenn man kritisieren wollte, wäre aus meiner Sicht, dass ein paar zusätzliche Übersichtstafeln hilfreich sein könnten, um die Vielfalt im Zusammenhang noch besser sichtbar zu machen.

MIKROBEN ÜBERALL (SS.1-48)

Zeitrahmen für Entstehung der Mikroben
Zeitrahmen für Entstehung der Mikroben

4. Zeitlich verortet die Wissenschaft den Beginn von ersten Mikroben ungefähr bei -4 Milliarden Jahren, also in einer Zeit, in der die Erde noch immer ungemütlich war. Bis zum Auftreten erster Tiere auf dem Land vor ca. -700 bis -800 Mio Jahren beherrschten die Mikroben die Erde und, wie man seit ungefähr 10 Jahren immer mehr entdecken kann, sind sie auch heute allgegenwärtig.
5. Man findet sie im Meeresschlamm wie in den Böden (1 Teelöffel enthält ca. 20.000 Arten mit einer Überdeckung von nur 0.1% (vgl. S.22)). In den Meeren leben ungefähr 1 Mio verschiedene Arten mit einem Anteil von 50-90% der Biomasse der Meere. (vgl. S.21f) Im Gestein Kilometertief unter dem Meeresboden vermutet man 2/3 der Biomasse der Erde. (vgl. s.21) Man findet sie ferner unter dem Eis der Antarktis wie auch in der Atmosphäre und Troposphäre.
6. Diese fantastische Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umgebungen wird ergänzt durch eine nicht weniger fantastische Kooperationsfähigkeit untereinander und mit Wirtssystemen.

 

Korallenriff als Beispiel der Kooperation zwischen Wirt und Symbionten
Korallenriff als Beispiel der Kooperation zwischen Wirt und Symbionten

 

7. Nach neuen Modellrechnungen umfasst der menschliche Körper ca. 37.2 Billionen (10^12) Körperzellen, die miteinander kooperieren (vgl. S.35). Es soll aber etwa 3x soviel Mikroben im menschlichen Körper geben (c. 100 Billionen). (vgl.S.34) Diese Mikroben im Körper erzeugen etwas 1/3 der Stoffwechselverbindungen im Blut, ws beinhaltet, dass Mikroben über solche Stoffwechselverbindungen das Gehirn beeinflusse können. (vgl. S.17) Neben den Mikroben im Körper kommen dann nochmals ca. 224 Milliarden (10^9) Mikroben auf der Haut. Also zum Kontrast: 1 cm^2 menschliche Haut beherbergt etwa 10 Mio verschiedene Arten von Mikroben, 1 cm^3 Darminhalt aber bis zu 1 Billion (10^12).(vgl. S.34) Zusätzlich hat man entdeckt, dass die Verteilung der Arten sehr kleinräumig ausdifferenziert ist und dass die Überdeckung mit gleichen Arten zwischen den Regionen gering ist.(vgl. S.30) Z.B. weisen rechte und linke Hand nur eine Übereinstimmung von ca. 17% auf. (vgl. S.39) Oder, von den 4700 Arten, die auf den Händen von 51 Studierenden gefunden worden waren, gab es nur 5 (!), die sich auf allen Händen fanden. (vgl.S.39) Im Buch selbst finden sich zahllose weitere beeindruckende Befunde.
8. Was hier so abstrakt theoretisch klingen mag, birgt ein riesiges Potential an möglichen praktischen Nutzanwendungen, da diese ungeheure Vielfalt eine unfassbar große Zahl an neuen Proteinen, Antibiotika und Enzymen beinhaltet, die sich der Mensch für spezielle Aufgaben nutzbar machen könnte. (vgl. S.24)

KORALLEN ALS HOLOBIONTEN (SS.49-90)

 

Kooperation der Mikroben am Beispiel der Korallenriffe
Kooperation der Mikroben am Beispiel der Korallenriffe

 

9. Im folgenden Kapitel entführt das Buch zu einem ersten Staunen über die sehr differenzierten Kooperationsmuster, die zwischen verschiedenen Mikroben zu beobachten sind. Am Beispiel des Meerwasserpolypen, der als Nebenprodukt riesige Korallenriffe entstehen lässt (und seinem unspektakulär erscheinenden Pendant im Süßwasser Hydra, der allein lebt) wird aufgezeigt, wie dieser Polyp sowohl unterschiedliche Algenarten (kleine Bakterien, die der Fotosynthese fähig sind) und unterschiedliche Bakterien, die Stickstoff synthetisieren können, in sich so aufnehmen kann, dass sie nicht als Nahrung verdaut werden, sondern als Partner fungieren, die die Stoffwechselprozesse des Polypen unterstützen. (vgl.S.83)
10. Damit solche Kooperationsprozesse möglich sind, mussten die Membranen der kooperierenden Zellen chemisch so umgebaut werden, dass hinreichend viele chemische Interaktionen als Kommunikation und Kooperation stattfinden können. Damit werden die Membranen jeweils zu einer Schnittstelle, zu einem Interface der Kooperation.(vgl. S.58) Diese Austauschprozesse sind hochkompliziert und sind labil. Je nach Umgebungsbedingungen, kommen unterschiedliche Mikrobenarten zum Einsatz.(vgl. S.63ff) Allerdings sind typische Verteilung relativ stabil, da sie auch im Genom des Wirtes verankert sind.(vgl. S.87ff)
11. Bedenkt man die chemischen Prozesse, die notwendig sind, damit sich solche komplexen und differenzierten Interaktionsmuster ausbilden können, dann wird klar, dass es viele Mio Jahre braucht, damit sich diese Muster ausbilden können. Rasche, abrupte Veränderungen der Umwelt, wie z.B. die aktuelle Erderwärmung, können von daher dieses komplexe Ökosystem überfordern. Grundsätzlich kann es reagieren, aber möglicherweise nicht schnell genug.

DISKURS

12. Für eine eigentliche Diskussion ist es noch zu früh. Man kann aber schon an dieser Stelle spüren, dass die Sicht auf das Leben unter Berücksichtigung der Welt der Mikroben eine radikal andere ist, als jene, in der die Mikroben nicht explizit berücksichtigt werden. Auch das Konzept einer evolutionären Entwicklung bleibt abstrakt, unwirklich, wenn es diese Vielfalt, diese unfassbare dichten und differenzierten Kooperationsmuster nicht berücksichtigt.
13. Vor allem wirft dies auch ein ganz neues Licht auf das Verständnis des Körpers. Zwar hat die Gehirnforschung mit ihrem Blick auf die 100 Mrd einzelnen Gehirnzellen (mit zusätzlichen diversen Unterstützerzellen) das Nachdenken über Bewusstsein, Geist, Kognition, Wahrnehmung, Gedächtnis usw. schon deutlich neue Impulse verliehen, aber so richtig scheinen mir diese neuen Überlegungen immer noch nicht im ‚Innern des kulturellen Bewusstseins‘ angekommen zu sein. Hier liegt noch ein sehr weiter Weg vor uns und es ist schwer abzuschätzen, wie unser Bild vom Leben, von der Welt, von der Zukunft des Lebens im Universum sich in den kommenden Jahrzehnten weiter entwickeln wird. Die Mikrobiologie wird hier unzweifelhaft eine zentrale Rolle spielen, wenngleich auch sie alleine viele wichtigen Fragen nicht wird beantworten können.
14. Fortsetzung folgt HIER

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STUNDE DER ENTSCHEIDUNG – Ist irgendwie immer, aber manchmal mehr als sonst

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PARIS IST ES NICHT

  1. Dass in dem Augenblick, in dem ich diese Zeilen schreibe, wenige Stunden zuvor wieder einmal Terroranschläge in Paris stattgefunden haben, die vielfach dem sogenannten Islamischen Staat zugerechnet werden (klare Informationen habe ich noch keine), ist eher Zufall. Dennoch gibt es möglicherweise einen Zusammenhang mit dem Thema dieses Blogeintrags. Der Leser möge sein eigenes Urteil bilden.

ENTSCHEIDUNGEN IM GROSSEN

  1. Die Formulierung Stunde der Entscheidung kann pathetisch klingen, je nachdem, wo und wie man solch eine Formulierung benutzt. Meist denkt man wohl an kriegerische Auseinandersetzungen, an Kriege zwischen Völker und Nationen, wenn es für alle Beteiligten um Sein oder Nichtsein ging. Das hatte dann schon etwas von Stunde der Entscheidung.

ENTSCHEIDUNGEN GANZ KLEIN

  1. Wenn man den Blick auf solch eine Sondersituation fokussiert, dann gerät man aber in Gefahr, den Blick für das Ganze zu verlieren. Das Ganze ist der Lebensprozess auf dieser Erde. Wir Menschen – das vergessen wir gerne – sind keine losgelösten Sonderwesen, die alleine auf diesem Planeten leben, die alleine über das Schicksal des Lebens auf diesem Planeten entscheiden. Nein. Nichts falscher als dieses. Wir Menschen, jeder einzelne Menschen, JEDER!, bilden eine Lebensform, die in der Kooperation von ca.37 Billionen (= 10^12) einzelnen Zellen besteht. 37 Billionen! (zum Vergleich, man schätzt, dass die Milchstraße, unsere Heimatgalaxie, ca. 100 Milliarden (= 10^9) Sonnen umfasst). Und das ist noch nicht alles. Man schätzt, dass IN unserem Körper nochmals ca. 100 Milliarden (=10^9) Bakterien leben, und auf unserer Haut ca. 220 Milliarden. Diese alle zusammen bilden eine Lebensgemeinschaft, die dafür sorgt, dass wir Körperfunktionen haben, das wir uns ernähren können, dass wir denken können, dass wir in dieser Welt voller Bakterien überhaupt existenzfähig sind. Ohne diese Bakterien würden wir innerhalb von Stunden zugrunde gehen, elendig, hilflos.

(Anmerkung: Alle Informationen zu den Mikroben habe ich dem Buch von Kegel entnommen (s.u.), das ich hier im Blog auch noch ausführlich besprechen werde).

  1. Jede einzelne dieser Zellen ist so komplex, dass ein modernes Lehrbuch über die Zelle 1342 engbedruckte Seiten umfasst, und man nach der Lektüre von diesen 1342 Seiten wissen kann, dass viele wichtige Fragen – vielleicht sogar die wichtigsten? – noch unbeantwortet sind. Klar ist aber, dass jede einzelne Zelle in jedem Moment der Ort von Entscheidungen ist, von vielen Entscheidungen gleichzeitig, die alle darüber entscheiden, wird das Leben in den nächsten Minuten noch stattfinden oder nicht. Also, in jeder Sekunde, nein, in jeder Millisekunde, haben wir 37*10^12 * 100*10^19 * 220*10^9 Zellen und Bakterienorte, in denen jeweils mehr als eine Entscheidung gefällt wird, was als nächstes geschehen wird. Dort, wo diese Entscheidungen geschehen, sind sie unabhängig voneinander, aber in ihrem Effekt zeigen sie, dass sie auf wunderbare Weise aufeinander abgestimmt sind! Wenn wir sagen, dass wir gesund und leistungsfähig sind, dann sind alle diese 37*100* 220* 10^12 * 10^19 *10^9 = 814*10^43 Entscheidungsbereiche so aufeinander abgestimmt, dass wir subjektiv das Gefühl haben, alles ist OK, alles ist perfekt, alles ist gut.
  2. Zum Vergleich, ein Weltkonzern wie Siemens hatte im März 2015 ca. 342.000 Mitarbeiter, also 342 * 10^3 menschliche Entscheidungsbereiche. Wenn man sieht, wie schwer sich solch ein Weltkonzern mit einer Komplexität von 10^3 Entscheidungsbereichen tut, alles miteinander gut laufen zulassen, welcher Aufwand getrieben wird, wie viel Misskommunikation stattfindet, wie viele Pannen, dann kann man – aber nur sehr schwach und dunkel – erahnen, was es bedeutet, dass jeder einzelne Mensch eine Komplexität von 10^43 aufweist; ehrlicherweise entzieht sich dies unser Vorstellungskraft. Die Menge der Gegenstände, die wir mit unserem Gehirn bewusst gleichzeitig denken können, liegt in der Größenordnung von 4-9 Auch bei einem Nobelpreisträger!!!
  3. Laut dem statistischen Bundesamt waren von allen Arbeitnehmern in Deutschland 2014 offiziell 9,5 Tage krank gemeldet . Bezogen auf 365 Tage im Jahr sind dies 2.6% eines Jahres. Also, unser unvorstellbares Gebilde von 814*10^43 Mikroentscheidungsbereichen unseres Körpers hat eine – bezogen auf die Arbeitsfähigkeit – Ausfallrate von 2.6%. Wenn wir bedenken, dass wir bis heute nicht in er Lage sind, auch nur eine einzige Zelle selbst komplett herzustellen (wir benutzen dafür das Knowhow der Zellen, die sich selbst reproduzieren können), geschweige denn verstehen, wie man solch komplexe Gebilde mit einer Komplexität von 814*10^43 herstellen würde (obwohl jede Zeugung eines Menschen mit Geburt und anschließendem Wachstum den Eindruck erweckt, wir sind zumindest am Geschehen beteiligt), dann erleben wir in jedem Augenblick ein Ereignis-Wunderwerk, das sich unserem wissenschaftlichen Verstehen bislang weitestgehend entzieht. Immerhin gewinnen wir immer mehr erste Einblicke, durch die wir überhaupt merken (wer merkt es wirklich?), mit welch ungeheuerlichen Sache wir es hier zu tun haben.

PLANET DER MIKROBEN

  1. Würde man jetzt anfangen zu rechnen, wie viele Zellen und Bakterien es auf der Erde gibt, mit dem Wissen, das Bakterien sich sowohl viele Kilometer tief im Boden, im Meer, unterm Meer, in der Luft über uns vorfinden (mit vielen Milliarden pro Gramm Boden), dann kann man irgendwie erahnen, dass es eine ungeheuer große Zahl sein muss. Und es gibt keine Lebensform auf der Erde, weder bei den pflanzlichen noch den tierischen, die zu ihren elementaren Funktionen nicht Bakterien benötigt, und zwar immer sehr, sehr viele. Die Erde ist in erster Linie ein Planet der Bakterien, genauer der Mikroben, da man in der heutigen Wissenschaft neben den Bakterien noch die  Archaea kennt.
  2. Alle komplexeren Lebensformen, jene, die wir mit unseren Sinnesorganen direkt wahrnehmen können, sind letztlich Konstruktionen unter Verwendung der einfachen Strukturen (Eukaryoten, Bakterien, Archaea). Selbst das Gehirn, beim Menschen der Sitz von Wahrnehmung, Gedächtnis, Denken, Sprechen, Bildverstehen, Emotionen, Gefühlen usw. ist nah besehen nichts anderes als eine Ansammlung von ca. 100 Milliarden Gehirnzellen (plus vieler weiterer Hilfszellen), die jede für sich ist. Die einzeln Zelle weiß in gewisser Weise nichts von all den anderen. Und doch kooperieren diese Zellen im Millisekundenbereich miteinander auf eine Weise, die uns, die wir solch ein Gehirn haben, den Eindruck erwecken, als ob wir Objekte im Raum sehen mit Formen, Farben, verschiedenen Positionen, wir hören Laute, wir betasten Gegenstände, wir haben gerade mal keinen Hunger aber vielleicht Durst, … das Gehirn bietet uns einen Raum des Bewusstseins, angefüllt mit Phänomenen. Und dies leisten diese 100 Milliarden einzelne Zellen, die nichts voneinander wissen. Die Neurowissenschaften, die bislang viele wunderbare Eigenschaften über das Gehirn herausgefunden haben, können bislang aber nicht wirklich erklären, woher und wie diese 100 Milliarden Zellen + X weitere Zellen es wissen, was zu tun ist.

WIE IST DAS MÖGLICH?

  1. Wie gesagt, das was wir sind, jeder einzelne von uns, ist so ungeheuerlich, so unfassbar, dass man sich – aktuell, momentan – kaum vorzustellen vermag, wie es möglich ist, dass es uns (und all die anderen unfassbaren Lebensformen) tatsächlich gibt, so gibt, wie wir uns vorfinden.
  2. Wunderbarerweise hat die Wissenschaft seit ca. der Mitte des 19.Jh immer mehr einzelne Fakten entdeckt, gesammelt, in Beziehung gesetzt, so dass wir heute davon ausgehen müssen, dass die Geschichte dieser Mikroben vor etwa 4 Milliarden Jahren begonnen zu haben scheint. Zu Beginn gab es noch keinen Sauerstoff, der heute so allgegenwärtig erscheint und ohne den die meisten Lebensformen nicht existieren könnten. Alle ersten Lebensformen kamen ohne Sauerstoff aus; es waren di Cyanobakterien, die als erste und einzige ein Verfahren zur Fotosynthese ‚erfunden‘ haben, das als Abfallprodukt Sauerstoff freisetzt. Dies begann vor ca. -3 Milliarden bis – 2.7 Milliarden Jahren, und setzte einen Prozess in Gang, der schrittweise, das Meer und die Atmosphäre nachhaltig veränderte. Die neuen Oxidationsprozesse erzeugten massive Treibhausgase, die u.a. zur Totalvereisung der Erde (Huronische Eiszeit) führten, die mehrere hundert Millionen Jahre gedauert hat.
  3. Vor ca. -1.45 bis -1.85 Milliarden kamen dann die eukaryontischen Zellen ins Spiel, die schon auf der Basis von Sauerstoff operierten. Zwischen -0.6 Milliarden und -0.85 Milliarden finden sich dann die ersten Vielzeller. Sehr trockene Fakten für ein kosmologisches Drama der Sonderklasse. Das biologische Leben als Ganzes hat die Qualität einer kosmologischen Singularität (unter anderem gilt: es funktioniert als Entropiekonverter, für den es keine bekannten physikalischen Gesetze gibt; für deren Auftreten es keinen bekannten Grund gibt; der Vorgang besitzt eine implizite anwachsende Komplexität; er ist irreversibel).

DNA ALS INFORMATION

  1. Sind alle diese Fakten schon atemberaubend, so erleben wir in unserer Gegenwart, seit ca. 50-60 Jahren einen Prozess, der das Zeug dazu hat, zu einem weiteren Meilenstein der Evolution beitragen zu können.
  2. Bislang in den vier Milliarde Jahren Leben auf dem Planet Erde hat das Leben sich dadurch behauptet und weiter entwickelt, dass es in der Lage war, Moleküle (DNA) dazu zu benutzen, um Bauprozesse und Ablaufprozesse in Form von chemischen Verbindungen zu kodieren und wieder zu dekodieren. Diese revolutionäre Erfindung von Information im Vollsinn (zum Vergleich, der heute vielfach benutzte sogenannte Informationsbegriff von Shannon deckt nur einen Teilbereich von Information ab; Shannon selbst war sich dieses Sachverhalts voll bewusst!) war – im Nachhinein betrachtet – mit Abstand die wichtigste aller Innovationen, die das Leben auf diesem Planeten auszeichnet. Denn nur dadurch konnte Evolution überhaupt stattfinden. Was immer der Selbstreproduktionsmechanismus leistete, nur durch die Einbeziehung einer Informationsstruktur, die aktuelle ‚Anweisungen‘ speicherte, konnten sich die verschieden – weitgehend zufällig erzeugten Änderungen – in der Gesamtheit erfolgreicher Bauteine ‚erhalten‘ und damit sich zu den Bauplänen von Leben entwickeln, die wir heute vorfinden und partiell kennen.
  3. Eine Theorie der Welt, die nur die bekannten physikalischen Gesetze berücksichtigen würde, wäre angesichts der biologischen Phänomene, wesentlich unvollständig (wobei die heutige Physik ja auch in sich selbst unvollständig und widersprüchlich ist und bezogen auf bekannte empirische Phänomene wie ‚dunkler Materie‘ bzw. ‚dunkler Energie‘ nicht einmal die leiseste Idee hat, wie sie damit umgehen soll).

JENSEITS DER DNA

  1. Nimmt man die biologischen Phänomene ernst, nimmt man diesen Selbstreproduktionsmechanismus mit dem vollen Informationsmechanismus im Kern ernst, dann erleben wir mit dem Auftreten von Gehirnen generell und mit dem Auftreten spezieller Technologien seit dem letzten Jahrhundert etwas Besonderes.
  2. Mit dem Auftreten der Gehirne, speziell dem Gehirn des homo sapiens (dazu werden wir gezählt), kommt eine neue Qualität ins Spiel. Während die in der DNA kodierte Information im Prinzip ‚fest‘ ist (obgleich wir heute gelernt haben, dass es ’nicht ganz fest‘ ist, Stichwort Epigenetik), können Gehirne ad hoc lernen, speziell können sie von der Wirklichkeit abstrahieren und in Echtzeit Modelle/ Theorien über mögliche Strukturen und Zusammenhänge der Wirklichkeit bauen. Insbesondere können sie mittlerweile auch die Gehirne selbst bzw. die DNA aller Lebewesen untersuchen, modellieren, simulieren, verändern, und experimentell die Veränderungen ausprobieren. Die aktuellen Lebensformen (und hier wieder speziell und ausschließlich der homo sapiens) können also erstmalig nach vier Milliarden Jahren den bisherigen DNA-gesteuerten Evolutionsprozess erweitern zu einem DNA-Gehirn-Computer-gesteuerten Evolutionsprozess, der die Entwicklung begrenzt beschleunigen kann.

EVOLUTIONSSPRUNG?

  1. Dies ist klar ein strukturelles Ereignis im Evolutionsprozess, das markant ist. Neben der Erfindung der DNA als generischem Informationsträger (vor mehr als 4 Milliarden Jahren) und dem Gehirn als erweiterter adaptiver Meta-Informationsstruktur (seit etwa -0.6 Milliarden Jahren) findet diese Rückanwendung von Gehirnerkenntnissen auf die Trägerstrukturen erst jetzt langsam in der Gegenwart statt (vor ca. 0 Jahren). Wenn man will, kann man darin eine Form von Beschleunigung erkennen.
  2. Was sich jetzt aber anzudeuten beginnt, ist ein Problem, das bislang eher verdeckt war, nun aber nicht mehr weiter unter der Decke gehalten werden kann: die Frage nach dem Wohin!

WOHIN?

  1. Solange das biologische Leben nur mit der DNA als steuernder Information gearbeitet hat, gab es zwei Komponenten: (i) Der Mechanismus des Kopierens und (zufälligen) Variierens im Bereich der informatorischen Kombinationsmöglichkeiten und der physikalisch-chemischen Realisierung; (ii) das Referenzsystem Erde, das nur solche ‚Entwicklungen‘ hat überleben lassen, die zu den jeweils aktuellen Lebensbedingungen der Erde (die sich im Laufe der vier Milliarden Jahre z.T. dramatisch geändert hatten) gepasst haben. D.h. alles, was sich bis heute entwickeln konnte, basiert auf den Erfolgen der Vergangenheit unter den Bedingungen der konkreten Erde.
  2. Im Rahmen unseres neuen Erkennens und Verstehens kann man sich aber – zumindest symbolisch-theoretisch – von den gesetzten Bedingungen der Erde frei machen, und die generelle Frage stellen, was das Ganze überhaupt soll? Geht es nur um Optimierung von Energiegewinnung und -nutzung? Geht es nur um immer bessere Kooperation und Koordinierung und damit um immer mehr Komplexität? Geht es nur um ein Leben auf der Erde (bis zur Ausdehnung der Sonne und dem Anstieg der Temperaturen haben wir ca. 1 Milliarde Jahre noch Zeit) oder auch um weitere Räume? Kann es nicht sogar noch ganz andere Lebensformen geben, auch für uns homo sapiens, für alle Zellen?
  3. Viele neue interessante radikale Fragen, die sich jetzt mit neuer Realität, mit neuer Wucht stellen. Fragen, die uns alle betreffen.

WER KANN ANTWORTEN?

  1. Schaut man sich dann Tagesereignisse an, dann erleben wir hier eine bizarre Ungleichzeitigkeit: auf der einen Seite steuert die Evolution durch die Erfolge des homo sapiens real auf einen neuen qualitativen Evolutionssprung zu, auf der anderen Seite erleben wir, wie in vielen Ländern dieser Welt ein Denken neue Macht gewinnt, das weder von der modernen Wissenschaft noch von den kulturellen Entwicklungen der letzten 10.000 Jahren Kenntnis zu haben scheint.
  2. Wenn Mitglieder des IS von sich behaupten, dass sie Muslime sind, dann muss man ernsthaft fragen, was sie überhaupt vom Islam wissen? Mag sein, dass sie Verse aus dem Koran zitieren können (das können heute schon die meisten Roboter), aber daraus folgt nicht, dass sie irgendetwas von dem Islam verstanden haben. Nicht nur hatte der Koran selbst, was man wissen kann, eine eigene dynamische Entstehungsgeschichte, in die unterschiedliche Überlieferungen und Interpretationen mit eingeflossen sind, sondern die Geschichte des Islams ist bunt, reich, vielschichtig und hatte Gesamteuropa in der Zeit 700 – 1400 eine Blütezeit geschenkt, die mit zu dem Größten zählt, was die europäische Kultur damals hervorgebracht hatte. Nicht nur lebte der Islam damals mit allen Religionen friedlich zusammen, sondern der Islam war u.a. die treibende Kraft in den Wissenschaften, und zwar auf allen Gebieten. Die größten Philosophen, Theologen und Wissenschaftler jener Zeit waren Muslime, und es gab für einen Muslim keine größere Ehre, als das Wissen der ganzen Welt zu sammeln, Übersetzungen anfertigen zu lassen, Bibliotheken für alle einzurichten, Schulen für alle, Krankenhäuser, medizinische Forschung und vieles mehr. Zur gleichen Zeit boten die westlichen christlichen Ländern ein Bild des Jammerns, wissenschaftsfeindlich, kein Sinn für das Gemeinwohl, keine Schulen, keine Bibliotheken usw.
  3. So, wie es auch im Christentum zu allen Zeiten unterschiedliche Strömungen gab, und sich nicht unbedingt die durchgesetzt haben, die am meisten christlich waren, so gab und gibt es auch im Islam unterschiedliche Strömungen. Eine sehr starke Strömungen heute, der Wahabismus, nimmt für sich (wie es jede Sekte tut), in Anspruch den wahren Islam zu vertreten. Aber wenn man den Koran und die Geschichte des Islams ernst nimmt, gibt es wenig Grund, warum man diesen Anspruch ernst nehmen sollte, außer, dass Wahabiten alle umbringen, die ihren Anspruch nicht akzeptieren. Eine solche Einstellungen widerspricht allen elementaren Erkenntnissen über den Menschen, über die Welt und widerspricht – soweit ich sehe – den meisten großen islamischen Philosophen und Theologen.
  4. Bedenkt man aber, wie wenig Christen einer Papstkirche widersprechen, wie wenig Juden den orthodoxen Juden in Israel widersprechen, dann sollte es uns auch nicht wundern, dass so wenig Muslime sich gegen den Wahabismus erheben. Eine Religion hat nur drei Wahrheitsquellen: die direkte Begegnung mit Gott, die Liebe zum Leben und die Wissenschaft. Wer eines davon ausschließt (und die Wahabiten schließen – so wie sie sich darstellen – alle drei Quellen aus) kann schwerlich zu einer lebendigen Religion finden, die das Leben von innen heraus liebt und fördert.
  5. Zurück zur Wertefrage: Wohin überhaupt? Die Wissenschaft ist heute an den Punkt gekommen, wo sich mehr und mehr die Wertefrage radikal stellen muss. Die Wissenschaft als solche ist aber nicht auf Ethik und Philosophie oder noch weitergehende Fragen eingestellt. Sie macht ihren Job als Sachklärerin, das macht sie bislang leidlich gut, aber mehr ist nicht drin. Was aber nun? Wenn kann man fragen?
  6. Wir alle sind gefragt.

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QUELLEN

Bernhard Kegel, Die Herrscher der Welt. Wie Mikroben unseer Leben bestimmten, Köln: DuMont, 2015