Viele von uns müssen nicht zu viel nachdenken, um Lebewesen von nicht lebenden Dingen zu unterscheiden. Ein Mann lebt, ein Stein nicht. So einfach ist das! Wissenschaftler und Philosophen glauben jedoch nicht, dass eine so einfache Unterscheidung eingeschränkt werden kann, entschuldigen Sie das Wortspiel. Sie haben Tausende von Jahren damit verbracht herauszufinden, was uns lebendig macht. Große Köpfe, von Aristoteles bis Carl Sagan, haben ihre Erklärungen abgegeben - und immer noch keine Definition gefunden, die alle zufriedenstellen würde. Im wahrsten Sinne des Wortes haben wir noch keinen "Sinn" im Leben.
Wenn überhaupt, ist das Problem der Definition des Lebens in den letzten 100 Jahren noch schwieriger geworden. Bis zum 19. Jahrhundert war eine der gängigen Ideen, dass das Leben durch den "Funken des Lebens" belebt wird. Jetzt hat diese Idee natürlich im akademischen Bereich an Gewicht verloren. Weitere wissenschaftliche Ansätze haben ihren Platz eingenommen. Die NASA beschreibt das Leben beispielsweise als "ein sich selbst tragendes chemisches System, das zur darwinistischen Evolution fähig ist".
Aber der Versuch der NASA, das Leben mit einer einfachen Beschreibung zu zerschlagen, ist nur einer von vielen. Es wurden über 100 Definitionen des Lebens vorgeschlagen, von denen sich die meisten auf eine Handvoll einfacher Attribute wie Replikation und Stoffwechsel konzentrieren.
Um die Sache noch schlimmer zu machen, haben Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen unterschiedliche Vorstellungen darüber, was erforderlich ist, um etwas Lebendiges zu definieren. Chemiker sagen, dass das Leben auf bestimmte Moleküle reduziert ist; Physiker diskutieren über Thermodynamik.
Um zu verstehen, warum das Leben so schwer zu definieren ist, lassen Sie uns einige der Wissenschaftler treffen, die daran arbeiten, die Grenzen zu definieren, die Lebewesen von nicht lebenden Dingen trennen.
Virologen: Untersuchung der Grauzone an den Grenzen des Lebens, die wir kennen
In Schulen lernen die Kinder, sich an sieben Prozesse zu erinnern, die angeblich das Leben bestimmen: Bewegung, Atmung, Empfindlichkeit, Wachstum, Fortpflanzung, Ausscheidung und Ernährung.
Werbevideo:
Dies ist zwar ein nützlicher Anfang für die Definition des Lebens, hört aber hier nicht auf. Es gibt viele Dinge, die wir in diese Box passen und sie lebendig nennen könnten. Einige Kristalle, infektiöse Proteine - Prionen und sogar bestimmte Computerprogramme werden "lebendig" sein, wenn wir von diesen sieben Prinzipien ausgehen.
Das klassische Grenzbeispiel sind Viren. "Sie sind keine Zellen, sie haben keinen Stoffwechsel und sie bleiben inert, bis sie auf Zellen treffen. So viele Menschen (einschließlich vieler Wissenschaftler) schließen daraus, dass keine Viren leben", sagt Patrick Forter, Mikrobiologe am Pasteur-Institut in Paris, Frankreich.
Forter selbst betrachtet Viren als lebendig, gibt jedoch zu, dass die Entscheidung davon abhängt, wo Sie den Grenzwert festlegen.
Während Viren viele Dinge fehlen, die für den Eintritt in den Club des Lebens erforderlich sind, verfügen sie über Informationen, die in DNA oder RNA kodiert sind. Dies ist ein starker Marker für das Leben, den jedes Lebewesen auf dem Planeten hat und der darauf hinweist, dass sich Viren entwickeln und vermehren können - wenn auch lebende Zellen aufbrechen und in sie eindringen.
Die Tatsache, dass Viren - wie alles Leben, das wir kennen - DNA oder RNA tragen, hat einige zu der Annahme geführt, dass Viren einen Platz in unserem Lebensbaum einnehmen sollten. Andere haben allgemein erklärt, dass Viren die Geheimnisse der Erscheinung des Lebens bewahren. Und dann hört das Leben auf, schwarz und weiß zu wirken und wird eher eine vage Größe mit nicht ganz lebenden und nicht ganz toten Grenzen.
Einige Wissenschaftler haben diese Idee übernommen. Sie charakterisieren Viren als "an der Grenze zwischen Chemie und Leben" existierend. Und das wirft eine interessante Frage auf: Wann wurde die Chemie mehr als die Summe ihrer Teile?
Chemiker: Studieren Sie das Rezept des Lebens
"Das Leben, das wir kennen, basiert auf Polymeren auf Kohlenstoffbasis", sagt Jeffrey Bada vom Scripps Institute of Oceanography in San Diego, Kalifornien. Aus diesen Polymeren - nämlich Nukleinsäuren (die Bausteine der DNA), Proteinen und Polysacchariden - ist buchstäblich die gesamte Vielfalt des Lebens gewachsen.
Bada war ein Schüler von Stanley Miller, einer Hälfte des Duos, das in den 1950er Jahren hinter dem Miller-Urey-Experiment stand, einem der ersten Experimente, bei denen herausgefunden wurde, wie Leben aus nicht lebenden Chemikalien entstand. Seitdem ist er zu diesem berühmten Experiment zurückgekehrt und hat eine noch größere Auswahl an biologisch geeigneten Molekülen demonstriert, die entstehen, wenn Elektrizität durch eine Mischung von Chemikalien geleitet wird, von denen angenommen wird, dass sie auf der primitiven Erde existieren.
Aber diese Chemikalien leben nicht. Erst wenn sie anfangen, interessante Dinge zu tun, wie sich gegenseitig auszuscheiden oder zu töten, erlauben wir ihnen diese Ehre. Was braucht es, damit Substanzen den Sprung ins Leben schaffen? Bada hat eine ziemlich interessante Antwort.
„Eine unvollständige Replikation von Informationsmolekülen könnte den Ursprung des Lebens und der Evolution ankündigen und so diesen Übergang von der nicht lebenden Chemie zur Biochemie bewirken. Der Beginn der Replikation und insbesondere die Replikation mit Fehlern markierte den Beginn von "Nachkommen" mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Diese molekularen Nachkommen könnten dann beginnen, untereinander um das Überleben zu konkurrieren.
"Dies ist im Wesentlichen die darwinistische Evolution auf molekularer Ebene", sagt Bada.
Für viele Chemiker stellt sich heraus, dass die Replikation - ein Prozess, den Viren nur mit biologischen Zellen durchführen können - dazu beiträgt, das Leben zu definieren. Die Tatsache, dass Informationsmoleküle - DNA und RNA - Replikation liefern, legt nahe, dass sie auch ein wesentliches Merkmal des Lebens sind.
Die Charakterisierung des Lebens für diese spezifischen Chemikalien eröffnet jedoch kein Gesamtbild. Das Leben, das wir kennen, braucht vielleicht DNA oder RNA, aber was ist mit dem Leben, das wir noch nicht kennen?
Astrobiologen: Jagd nach fremden Außerirdischen
Es ist nicht einfach, die Natur des außerirdischen Lebens zu bestimmen. Viele Wissenschaftler, darunter Charles Cockell und Kollegen vom Centre for Astrobiology der University of Edinburgh, verwenden Mikroorganismen, die unter extremen Bedingungen überleben können, als Testproben für außerirdisches Leben. Sie glauben, dass das Leben anderswo unter völlig anderen Bedingungen sein könnte, aber höchstwahrscheinlich Schlüsselmerkmale des Lebens erben wird, wie wir es von der Erde kennen.
"Aber wir müssen unseren Geist offen halten für die Möglichkeit, etwas zu entdecken, das völlig außerhalb dieser Definition liegt", sagt Cockell.
Selbst Versuche, unser Wissen über das irdische Leben zu nutzen, um Außerirdische zu finden, können zu gemischten Ergebnissen führen. Die NASA glaubte beispielsweise, dass sie 1976 das Leben gut definieren würde, als das Raumschiff Viking 1 erfolgreich auf dem Mars landete und mit drei Experimenten fürs Leben ausgestattet war. Insbesondere ein Test zeigte, dass es Leben auf dem Mars gab: Der Kohlendioxidgehalt im Marsboden war hoch, was bedeutet, dass Mikroben darin lebten und atmeten.
Das auf dem Mars beobachtete Kohlendioxid erklärt sich jedoch weitgehend durch das viel weniger aufregende Phänomen nichtbiologischer oxidativer chemischer Reaktionen.
Astrobiologen haben aus diesen Experimenten gelernt und die Kriterien eingegrenzt, nach denen sie Außerirdische finden - aber ihre Suche war bisher erfolglos.
Astrobiologen sollten ihre Suchkriterien jedoch nicht zu stark eingrenzen. Sagan betrachtete die kohlenstoffzentrierte Suche nach Außerirdischen als "Kohlenstoff-Chauvinismus" und glaubte, dass ein solcher Ansatz sehr engstirnig sein würde.
"Die Leute gingen davon aus, dass die Außerirdischen auf Silizium basieren oder andere Lösungsmittel (kein Wasser) verwenden könnten", sagt Cockell. "Sie sprachen sogar über außerirdische intelligente Wolkenorganismen."
Im Jahr 2010 überraschte die Entdeckung von Bakterien mit DNA, die Arsen anstelle von Standardphosphor enthält, viele Astrobiologen. Obwohl dieser Befund seitdem mehr als einmal in Frage gestellt wurde, hoffen viele stillschweigend, dass das Leben nicht den klassischen Regeln folgt. Gleichzeitig arbeiten einige Wissenschaftler an Lebensformen, die überhaupt nicht auf Chemie basieren.
Technologen: Künstliches Leben aufbauen
Es war einmal, dass die Schaffung eines künstlichen Lebens vollständig der Science-Fiction ausgeliefert war. Jetzt ist es ein vollwertiger Zweig der Wissenschaft.
Derzeit können neue Organismen im Labor Biologien erzeugen, indem sie einfach Teile von zwei oder mehr bekannten Lebensformen zusammensetzen. Dieser Prozess kann aber auch abstrakter sein.
Seit Thomas Rays Tierra-Computerprogramm in den 1990er Jahren versuchte, die Synthese und Entwicklung digitaler "Lebensformen" zu demonstrieren, haben Wissenschaftler versucht, Computerprogramme zu entwickeln, die das Leben wirklich imitieren. Einige fangen sogar an, Roboter mit lebensechten Eigenschaften zu entwickeln.
"Die allgemeine Idee ist es, die wesentlichen Eigenschaften aller lebenden Systeme zu verstehen, nicht nur der lebenden Systeme, die auf der Erde gefunden wurden", sagt Mark Bedo, Experte für künstliches Leben am Reed College in Portland, Oregon. "Dies ist ein Versuch, eine sehr breite Sicht auf das Leben zu haben, während sich die Biologie auf die realen Formen konzentriert, mit denen wir vertraut sind."
Natürlich verwenden viele Forscher des künstlichen Lebens alles, was wir über das Leben auf der Erde wissen, als Grundlage für ihre Forschung. Laut Bedo verwenden die Forscher ein sogenanntes "PMC-Modell" - Programme (z. B. DNA), Stoffwechsel und einen Behälter (z. B. Zellwände). „Es ist wichtig anzumerken, dass dies keine allgemeine Definition des Lebens ist, sondern nur eine Definition der minimalen chemischen Lebensdauer“, erklärt er.
Wissenschaftler arbeiten an nicht-chemischen Lebensformen und versuchen, Software- oder Hardwareversionen von PMC-Komponenten zu erstellen.
"Grundsätzlich glaube ich nicht, dass das Leben eine klare Definition hat, aber wir müssen nach etwas streben", sagt Steen Rasmussen, der an der Universität von Süddänemark in Odense am künstlichen Leben arbeitet. Gruppen auf der ganzen Welt haben an einzelnen Komponenten des PMC-Modells gearbeitet und Systeme entwickelt, die den einen oder anderen Aspekt demonstrieren. Bisher hat es niemand geschafft, alles zu einer funktionierenden Form des synthetischen Lebens zusammenzufügen.
"Es ist ein Top-Down-Prozess, der Stück für Stück ansteht", erklärt er.
Die Erforschung des künstlichen Lebens kann auch in größerem Maßstab von Vorteil sein und ein Leben schaffen, das uns völlig fremd ist. Solche Forschungen helfen uns, unser Wissen über das Leben zu verfeinern. Es ist jedoch zu früh, um über die Ergebnisse zu sprechen.
Philosophen: versuchen, das Rätsel des Lebens zu lösen
Nun, selbst wenn diejenigen, die nach neuem Leben suchen und versuchen, es zu schaffen, sich keine Sorgen um seine universelle Definition machen, sollten Wissenschaftler aufhören, sich darum zu sorgen, alle Definitionen auf eine zu reduzieren? Carol Cleland, Philosophin an der University of Colorado Boulder, glaubt das. Zumindest für eine Weile.
"Wenn Sie versuchen, Säugetiere mit einem Zebra zu verallgemeinern, welches Merkmal würden Sie wählen?", Fragt sie. „Auf keinen Fall ihre Brüste, da nur die Hälfte sie hat. Ihre Streifen scheinen eine offensichtliche Wahl zu sein, aber sie sind nur ein Zufall. Das macht Zebras nicht zu Säugetieren."
So ist es auch mit dem Leben. Es kann sein, dass die Dinge, die wir für wichtig halten, wirklich nur das Leben auf der Erde sind. Schließlich stammte alles von Bakterien bis zu Löwen von einem gemeinsamen Vorfahren ab, was bedeutet, dass unser Leben im Universum nur ein Punkt in den Daten ist.
Wie Sagan sagte: „Der Mensch neigt dazu, das Vertraute zu definieren. Aber grundlegende Wahrheiten sind vielleicht nicht bekannt."
Bis wir alternative Lebensformen entdeckt und untersucht haben, können wir nicht wissen, welche für unser Leben wichtigen Eigenschaften wirklich universell sind. Künstliches Leben zu schaffen mag eine Möglichkeit bieten, alternative Lebensformen zu erforschen, aber zumindest kurzfristig ist es nicht schwer vorstellbar, wie sich ein auf einem Computer geschaffenes Leben auf unsere Überzeugungen über lebende Systeme auswirken würde.
Um das Leben genauer zu definieren, müssen wir Außerirdische finden.
Die Ironie ist, dass der Versuch, das Leben zu definieren, bevor wir sie finden, es schwieriger machen kann, sie zu finden. Wie tragisch wird es sein, wenn in den 2020er Jahren ein neuer Rover an einem Marsmenschen vorbeikommt, nur weil er ihn nicht als Lebewesen erkennt.
Das Finden einer Definition des Lebens kann das Finden eines neuen Lebens behindern. Wir müssen uns von unserem aktuellen Konzept entfernen und offen dafür sein, das Leben zu entdecken, auch wenn wir es nicht oder nicht wissen.
ILYA KHEL
