Ist das Leben ein Zufall, Jack Szostak?

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.