Die meisten von uns müssen wahrscheinlich nicht allzu sehr nachdenken, um lebende Dinge von den „nichtlebenden“ zu unterscheiden. Ein Mensch ist lebendig; ein Stein ist es nicht. Ganz einfach!
Wissenschaftler und Philosophen sehen die Dinge nicht ganz so klar. Sie haben Jahrtausende damit verbracht, darüber nachzudenken, was es ist, das etwas lebendig macht. Große Geister von Aristoteles bis Carl Sagan haben darüber nachgedacht – und sind noch immer nicht auf eine Definition gekommen, die allen gefällt. Im wahrsten Sinne des Wortes haben wir noch keinen „Sinn“ für das Leben.
Wenn überhaupt, ist das Problem, Leben zu definieren, in den letzten 100 Jahren noch schwieriger geworden. Bis zum 19. Jahrhundert war die Vorstellung vorherrschend, dass das Leben durch das Vorhandensein einer nicht greifbaren Seele oder eines „Lebensfunkens“ besonders ist. Diese Idee ist heute in wissenschaftlichen Kreisen in Ungnade gefallen. Sie ist inzwischen von wissenschaftlicheren Ansätzen abgelöst worden. Die Nasa zum Beispiel beschreibt Leben als „ein sich selbst erhaltendes chemisches System, das zur darwinistischen Evolution fähig ist“.
Die Nasa-Definition ist aber nur einer von vielen Versuchen, alles Leben mit einer einfachen Beschreibung festzulegen. Tatsächlich sind über 100 Definitionen von Leben vorgeschlagen worden, wobei sich die meisten auf eine Handvoll Schlüsseleigenschaften wie Replikation und Stoffwechsel konzentrieren.
Zu allem Überfluss haben verschiedene Arten von Wissenschaftlern unterschiedliche Vorstellungen darüber, was wirklich notwendig ist, um etwas als lebendig zu definieren. Während ein Chemiker vielleicht sagt, dass Leben auf bestimmte Moleküle hinausläuft, möchte ein Physiker vielleicht über Thermodynamik diskutieren.
Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, warum Leben so schwer zu definieren ist, wollen wir einige der Wissenschaftler kennenlernen, die an der Grenze arbeiten, die Lebewesen von allem anderen trennt.
Viologen: Erforschen die Grauzone am Rande des Lebens, wie wir es kennen
Haben Sie MRS GREN in der Schule kennengelernt? Mit dieser praktischen Eselsbrücke können sich Kinder an die sieben Prozesse erinnern, die angeblich das Leben definieren: Bewegung, Atmung, Sensibilität, Wachstum, Fortpflanzung, Ausscheidung und Ernährung.
Über 100 Definitionen des Lebens wurden vorgeschlagen
Dies ist zwar ein nützlicher Ausgangspunkt für die Definition des Lebens, aber nicht endgültig. Es gibt viele Dinge, die wir traditionell nicht als lebendig einstufen würden, die aber diese Kriterien erfüllen können. Einige Kristalle, infektiöse Proteine, Prionen genannt, und sogar bestimmte Computerprogramme sind laut MRS GREN „lebendig“.
Der klassische Grenzfall sind Viren. „Sie sind keine Zellen, sie haben keinen Stoffwechsel und sie sind träge, solange sie nicht auf eine Zelle treffen, daher schließen viele Menschen (einschließlich vieler Wissenschaftler), dass Viren nicht lebendig sind“, sagt Patrick Forterre, ein Mikrobiologe am Institut Pasteur in Paris, Frankreich.
Forterre hält Viren für lebendig, räumt aber ein, dass die Entscheidung davon abhängt, wo man die Grenze zieht.
Während Viren praktisch alles fehlt, was wir für die Mitgliedschaft im Lebensclub für notwendig halten, besitzen sie Informationen, die in DNA oder RNA codiert sind. Dieser Bauplan für das Leben, den sie mit allen Lebewesen auf dem Planeten teilen, bedeutet, dass Viren sich entwickeln und vermehren können – wenn auch nur, indem sie die Maschinerie lebender Zellen kapern.
Die Tatsache, dass Viren – wie alles Leben, wie wir es kennen – DNA oder RNA tragen, hat einige dazu veranlasst, zu behaupten, dass Viren in unseren Lebensbaum gehören müssen. Andere haben sogar behauptet, dass Viren Hinweise darauf enthalten, wie das Leben überhaupt entstanden ist. Wenn dies der Fall ist, beginnt das Leben weniger wie eine schwarz-weiße Entität auszusehen, sondern eher wie eine nebulöse Größe mit verwirrenden nicht ganz lebendigen, nicht ganz toten Grenzen.
Einige Wissenschaftler haben sich diese Idee zu eigen gemacht. Sie charakterisieren Viren als „an der Grenze zwischen Chemie und Leben“ existierend. Und das wirft eine interessante Frage auf: Wann wird Chemie mehr als die Summe ihrer Teile?
Chemiker: Auf der Suche nach dem Rezept des Lebens
„Leben, wie wir es kennen, basiert auf kohlenstoffbasierten Polymeren“, sagt Jeffrey Bada von der Scripps Institution of Oceanography in San Diego, Kalifornien. Aus diesen Polymeren – nämlich Nukleinsäuren (den Bausteinen der DNA), Proteinen und Polysacchariden – ist praktisch die gesamte Vielfalt des Lebens aufgebaut.
Bada war ein Schüler von Stanley Miller, einer Hälfte des Duos hinter dem Miller-Urey-Experiment in den 1950er Jahren – eines der ersten Experimente, das die Idee erforschte, dass Leben aus nicht-lebenden Chemikalien entstanden ist. Seitdem ist er zu diesem berühmten Experiment zurückgekehrt und hat gezeigt, dass eine noch größere Bandbreite biologisch relevanter Moleküle entsteht, wenn man Elektrizität durch eine Mischung von Chemikalien schießt, von denen man annimmt, dass sie schon auf der Urerde existierten.
Leben, wie wir es kennen, mag DNA oder RNA erfordern, aber was ist mit Leben, wie wir es nicht kennen?
Aber diese Chemikalien sind nicht lebendig. Erst wenn sie anfangen, bestimmte interessante Dinge zu tun, wie zum Beispiel auszuscheiden und sich gegenseitig zu töten, geben wir ihnen diese Ehre. Was ist also nötig, damit Chemikalien den Sprung zum Leben schaffen? Badas Antwort ist überraschend.
„Die unvollkommene Replikation von Informationsmolekülen hätte sowohl den Ursprung des Lebens als auch der Evolution und damit den Übergang von der unbelebten Chemie zur Biochemie markiert“, sagt Bada. Der Beginn der Replikation, und zwar der fehlerhaften Replikation, führt zur Entstehung von „Nachkommen“ mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Diese molekularen Nachkommen können dann miteinander um das Überleben konkurrieren.
„Das ist im Grunde die darwinistische Evolution auf molekularer Ebene“, sagt Bada.
Für viele Chemiker ist es also die Replikation – der Prozess, den Viren nur mit der Hilfe von biologischen Zellen durchführen können -, der wirklich hilft, das Leben zu definieren. Die Tatsache, dass Informationsmoleküle – DNA und RNA – die Replikation ermöglichen, legt nahe, dass sie auch ein wesentliches Merkmal des Lebens sind.
Aber die Charakterisierung des Lebens durch diese spezifischen Chemikalien verkennt das Gesamtbild. Das Leben, wie wir es kennen, mag DNA oder RNA benötigen, aber was ist mit dem Leben, wie wir es nicht kennen?
Astrobiologen: Auf der Jagd nach seltsamen Außerirdischen
Die Frage nach außerirdischem Leben ist eine heikle Angelegenheit. Viele Forscher, darunter Charles Cockell und seine Kollegen vom britischen Zentrum für Astrobiologie an der Universität von Edinburgh, verwenden Mikroorganismen, die in extremen Umgebungen überleben können, als Stellvertreter für außerirdisches Leben. Sie schlussfolgern, dass das Leben anderswo vielleicht ganz andere Bedingungen bewohnt, aber wahrscheinlich immer noch die Hauptmerkmale des Lebens beibehält, wie wir es auf der Erde erkennen würden.
Sagan bezeichnete eine kohlenstoffzentrierte Sichtweise auf außerirdisches Leben als „Kohlenstoff-Chauvinismus“
„Wir müssen offen bleiben für die Möglichkeit, etwas zu finden, das außerhalb dieser Definition liegt“, sagt Cockell.
Auch Versuche, unser Wissen über irdisches Leben zu nutzen, um Außerirdische zu entdecken, können zu verwirrenden Ergebnissen führen. Die Nasa zum Beispiel dachte 1976, sie hätte eine gute Arbeitsdefinition für Leben, als die Raumsonde Viking 1 erfolgreich auf dem Mars landete und drei Tests für Leben durchführte. Vor allem ein Test schien zu zeigen, dass es Leben auf dem Mars gab: Der Kohlendioxidgehalt im Marsboden war hoch, was darauf hindeutete, dass auf der Oberfläche des Roten Planeten Mikroben lebten und atmeten.
In Wirklichkeit wird das Kohlendioxid, das die Beobachter freigesetzt sahen, heute fast durchgängig den weit weniger aufregenden Phänomenen nicht-biologischer oxidativer chemischer Reaktionen zugeschrieben.
Astrobiologen lernen aus diesen Erfahrungen und grenzen die Kriterien ein, nach denen sie nach Außerirdischen suchen – doch vorerst bleibt diese Suche erfolglos.
Die Erschaffung von künstlichem Leben ist mittlerweile ein vollwertiger Wissenschaftszweig
Vielleicht sollten Astrobiologen ihre Suchkriterien aber nicht zu weit einschränken. Sagan bezeichnete eine kohlenstoffzentrierte Sichtweise auf außerirdisches Leben als „Kohlenstoff-Chauvinismus“ und deutete an, dass eine solche Sichtweise die Suche nach Außerirdischen behindern könnte.
„Leute haben vorgeschlagen, dass Außerirdische auf Silizium basieren könnten oder auf verschiedenen Lösungsmitteln“, sagt Cockell. „Es gab sogar Diskussionen über außerirdische intelligente Wolkenorganismen.“
Im Jahr 2010 sorgte die Entdeckung von Bakterien mit DNA, die Arsen anstelle des üblichen Phosphors enthielt, für Aufregung bei vielen Astrobiologen. Obwohl diese Funde inzwischen in Frage gestellt wurden, hoffen viele immer noch auf Beweise für Leben, das nicht den herkömmlichen Regeln folgt. Inzwischen arbeiten einige Wissenschaftler an Lebensformen, die überhaupt nicht auf Chemie basieren.
Technologen: Bau von künstlichem Leben
Einst war die Erschaffung von künstlichem Leben der Science-Fiction vorbehalten, heute ist sie ein vollwertiger Zweig der Wissenschaft.
Es wird versucht, einen sehr weiten Blick auf das zu werfen, was Leben ist
Auf einer Ebene kann künstliches Leben bedeuten, dass Biologen im Labor neue Organismen erschaffen, indem sie Teile von zwei oder mehr existierenden Lebensformen zusammennähen. Aber es kann auch etwas abstrakter sein.
Seit den 1990er Jahren, als Thomas Rays Tierra-Computersoftware erschien, um die Synthese und Evolution digitaler „Lebensformen“ zu demonstrieren, haben Forscher versucht, Computerprogramme zu erstellen, die wirklich Leben simulieren. Es gibt sogar Teams, die sich mit der Erschaffung von Robotern mit lebensähnlichen Eigenschaften beschäftigen.
„Die übergreifende Idee ist es, zu versuchen, die wesentlichen Eigenschaften aller lebenden Systeme zu verstehen, nicht nur die der lebenden Systeme, die zufällig auf der Erde zu finden sind“, sagt Mark Bedau, Experte für künstliches Leben am Reed College in Portland, Oregon. „
Viele Forscher des künstlichen Lebens nutzen das, was wir über das Leben auf der Erde wissen, um ihre Studien zu begründen. Bedau sagt, die Forscher verwenden das, was er das „PMC-Modell“ nennt – ein Programm (zum Beispiel die DNA), einen Stoffwechsel und einen Behälter (zum Beispiel die Zellwand). „Es ist wichtig zu beachten, dass dies keine Definition von Leben im Allgemeinen ist, sondern nur eine Definition von minimalem chemischem Leben“, erklärt er.
Vielleicht sind die Dinge, die wir für essentiell halten, in Wirklichkeit nur eine Besonderheit des Lebens auf der Erde
Für die Forscher des künstlichen Lebens, die an nicht-chemischen Lebensformen arbeiten, besteht ihre Aufgabe darin, Software- oder Hardware-Versionen dieser PMC-Komponenten zu schaffen.
„Grundsätzlich glaube ich nicht, dass es eine scharfe Definition gibt, aber wir brauchen etwas, auf das wir hinarbeiten können“, sagt Steen Rasmussen, der an der Universität von Süddänemark in Odense an der Schaffung künstlichen Lebens arbeitet. Teams aus aller Welt haben an einzelnen Komponenten des PMC-Modells gearbeitet und Systeme gebaut, die den einen oder anderen Aspekt des Modells demonstrieren. Bisher hat jedoch noch niemand alle Komponenten zu einer funktionierenden synthetischen Lebensform zusammengefügt.
„Das ist ein Bottom-up-Prozess, bei dem Stück für Stück aufgebaut wird“, erklärt er.
Die Forschung im Bereich des künstlichen Lebens könnte schließlich in einem größeren Maßstab funktionieren und Leben schaffen, das unseren Erwartungen völlig fremd ist. Eine solche Forschung könnte helfen, neu zu definieren, was wir unter Leben verstehen. Aber so weit sind die Forscher noch nicht, sagt Bedau. „Sie müssen sich nicht darum kümmern, alle Formen des Lebens zu definieren; vielleicht werden sie bei einem Bier darüber reden, aber sie müssen es nicht in ihre Arbeit einbeziehen“, sagt er.
Philosophen: Versuchen, das Rätsel des Lebens zu lösen
Wenn also selbst diejenigen, die nach neuem Leben suchen – und es bauen -, sich noch keine Gedanken über eine universelle Definition machen, sollten Wissenschaftler dann aufhören, sich Gedanken darüber zu machen, wie sie zu einer solchen kommen? Carol Cleland, eine Philosophin an der University of Colorado in Boulder, denkt so. Zumindest für den Moment.
Der Mensch neigt dazu, in Begriffen des Vertrauten zu definieren. Aber die grundlegenden Wahrheiten sind vielleicht nicht vertraut
„Wenn Sie versuchen, anhand des Zebras über Säugetiere zu verallgemeinern, welches Merkmal werden Sie wählen?“, fragt sie. „Sicherlich nicht ihre Brustdrüsen, denn die hat nur die Hälfte von ihnen. Ihre Streifen scheinen die offensichtliche Wahl zu sein, aber die sind nur ein Zufall. Sie sind nicht das, was Zebras zu Säugetieren macht.“
Und so ist es auch mit dem Leben. Vielleicht sind die Dinge, die wir für essentiell halten, in Wirklichkeit nur eine Besonderheit des Lebens auf der Erde. Schließlich stammt alles, von Bakterien bis zu Löwen, von einem einzigen gemeinsamen Vorfahren ab, was bedeutet, dass wir auf unserer Karte des Lebens im Universum nur einen einzigen Datenpunkt haben.
In den Worten von Sagan: „Der Mensch neigt dazu, in Begriffen des Vertrauten zu definieren. Aber die fundamentalen Wahrheiten sind vielleicht nicht vertraut.“
Solange wir keine alternativen Lebensformen entdeckt und studiert haben, können wir nicht wissen, ob die Merkmale, die wir für essentiell für das Leben halten, tatsächlich universell sind. Die Erschaffung künstlichen Lebens könnte einen Weg bieten, alternative Lebensformen zu erforschen, aber zumindest kurzfristig ist es leicht vorstellbar, wie jede Lebensform, die in einem Computer erdacht wird, von unseren Vorurteilen über lebende Systeme beeinflusst wird.
Die Definition kann die Suche nach neuartigem Leben sogar behindern
Um Leben richtig zu definieren, müssen wir vielleicht ein paar Außerirdische finden.
Die Ironie dabei ist, dass der Versuch, eine Definition von Leben festzulegen, bevor wir diese Außerirdischen entdecken, es vielleicht sogar schwieriger macht, sie zu finden. Was für eine Tragödie wäre es, wenn in den 2020er Jahren der neue Mars-Rover direkt an einem Marsianer vorbei trudelt, nur weil er ihn nicht als lebendig erkennt.
„Die Definition kann die Suche nach neuartigem Leben tatsächlich behindern“, sagt Cleland. „Wir müssen von unserem derzeitigen Konzept wegkommen, damit wir offen sind, Leben zu entdecken, wie wir es nicht kennen.“
Schließen Sie sich den über sechs Millionen BBC Earth-Fans an, indem Sie uns auf Facebook liken oder uns auf Twitter und Instagram folgen.
Wenn Ihnen diese Geschichte gefallen hat, melden Sie sich für den wöchentlichen bbc.com-Features-Newsletter „If You Only Read 6 Things This Week“ an. Eine handverlesene Auswahl von Geschichten aus BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel und Autos, die jeden Freitag in Ihren Posteingang geliefert werden.