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Der Biologe Andreas Wagner erklärt, ob das Huhn oder das Ei zuerst da war – und warum er Gott allenfalls in der Mathematik suchen würde.
Andreas Wagner, Österreicher mit US-Pass, ist Professor für Evolutionäre Biologie an der Universität Zürich. Gerade ist die deutsche Fassung seines im Fachmagazin «Nature» gelobten Buchs erschienen: «Arrival of the Fittest – Wie das Neue in die Welt kommt».
Beobachter: Der Katalogtext zu Ihrem Buch «Arrival of the Fittest» behauptet, Sie hätten das letzte Rätsel der Evolution gelöst. Können Sie also beantworten, ob das Huhn oder das Ei zuerst da war?
Andreas Wagner: Diese Frage ist kein Rätsel mehr. Alle Wirbeltiere stammen von Süsswasserfischen ab, die ihre Eier als Laich ablegten – ohne Schale. Als sie das Land eroberten, wurde das aber gefährlich, weil die Embryos leicht vertrocknen konnten. Dagegen waren Wirbeltiere, die Eier mit Schale legen konnten, unabhängig vom Wasser und konnten neue Lebensräume erobern.
Beobachter: Trotzdem stellt sich doch die Frage, ob beim ersten Vogel das Ei zuerst da war oder das Weibchen, das dieses legte.
Wagner: Möglicherweise legte ein Vorfahre Eier mit einer dünnen Haut, daraus wurde dann im Laufe vieler Generationen der Evolution eine Schale. Das bedeutet, dass einst ein Tier, das noch gar kein Vogel war, eine Art Ei legte – aber aus ihm entwickelte sich der erste Vogel.
Beobachter: Das verlegt das Problem zurück ins Wasser. Also: Wer war zuerst da, der Fisch oder der Fischlaich?
Wagner: Ein Vorfahr des Fisches, der den ersten Fischlaich legte. Bei der Befruchtung einer Eizelle entsteht eine neue Kombination von Genen, daraus kann eine neue Art hervorgehen. So kann man den Weg des Lebens von Vorfahre zu Vorfahre zurückgehen, bis zu seinem Anfang. Dort stellt sich dann allerdings das wahre «Huhn-Ei»-Problem des ersten Lebewesens. Was war zuerst da: das genetische Material oder der Stoffwechsel?
Beobachter: Was denken Sie?
Wagner: Meiner Ansicht nach muss der Stoffwechsel zuerst da gewesen sein, denn wenn man sich die Bausteine der Erbsubstanz anschaut, sind das bereits sehr komplizierte Moleküle. Klar, man hat gezeigt, dass sie zufällig entstehen können. Aber sobald das Leben sich selbst vermehrt, braucht es viele dieser Moleküle. Wenn kein Stoffwechsel vorhanden ist, hat das Leben auch keine Bausteine, um zu wachsen, und dann kann die Evolution nicht wirken.
Beobachter: Wo soll dieser erste Stoffwechsel stattgefunden haben?
Wagner: Vieles deutet darauf hin, dass es in der Tiefsee war – in den porösen Wänden der «Black Smokers», Schlote, durch die vulkanisch erhitztes Wasser aus der Erdkruste aufsteigt. Dort kommen viele wichtige Substanzen vor, und in den Poren konnten sie sich auf engem Raum anreichern. Ein Urstoffwechsel konnte sich mit dem genetischen Material zusammenschliessen.
«Es gibt eine geheime Architektur des Lebendigen, die eine überirdische Schönheit hat.»
Andreas Wagner, Professor für Evolutionäre Biologie an der Universität Zürich
Beobachter: Für viele ist Evolution nur schlecht vorstellbar, weil die Natur so komplexe Dinge hervorgebracht hat. Selbst Darwin fand absurd, dass etwas so Kompliziertes wie das menschliche Auge durch die Evolution entstehen konnte.
Wagner: Er hatte keine Vorstellung davon, woraus Augen bestehen. Aber heute würde er sehen, dass Augen, die mit dem gleichen Prinzip funktionieren, in der Evolution mehrmals unabhängig voneinander entstanden sind. So haben etwa Wirbeltiere und Würfelquallen jeweils ein ganz ähnlich funktionierendes Auge entwickelt – aber aus ganz unterschiedlichen Linsenmaterialien. Ausserdem gibt es Entwicklungsstufen, die zeigen, dass sich verschiedene Augentypen auseinanderentwickelt haben. Alles Belege für die Evolution. Und diese vielen Innovationen der Natur – von denen manche geradezu gespenstisch vollkommen sind – schreien nach natürlichen Gesetzmässigkeiten, die die Innovationsfähigkeit des Lebens erklären.
Beobachter: Was sind diese Prinzipien?
Wagner: Aus unseren bisherigen Befunden können wir ablesen, dass hinter der Evolution viel mehr steckt, als es auf den ersten Blick den Anschein hat. Es gibt eine geheime Architektur des Lebendigen, die eine überirdische Schönheit hat.
Beobachter: Sehr poetisch, aber wie soll diese Architektur aussehen?
Wagner: In meiner Arbeitsgruppe verwenden wir gern die Metapher der Bibliothek. Die Bibliotheken der Natur unterscheiden sich allerdings stark von unseren Bibliotheken. Wie sie organisiert sind, kann man eigentlich nur mit mathematischen Werkzeugen verstehen.
Beobachter: Können Sie es in einfachen Worten erklären?
Wagner: Eine Bibliothek ist eine Sammlung von Texten, und hier ist es eine Sammlung von Texten, die in der Sprache der Chemie geschrieben sind. Proteine, die alle Lebensvorgänge steuern, vom Sehen über die Bewegung bis zum Aufbau des Körpers, sind Ketten von einfacheren Molekülen. Sie werden gebildet aus 20 Bausteinen, den Aminosäuren, dem Alphabet der Bibliothek. Protein-Makromoleküle bestehen aus Hunderten bis Tausenden Aminosäuren. Alle möglichen Proteine bilden zusammen die Bibliothek aller Proteine. Schon um ein Protein aus 100 Aminosäuren zu bilden, gibt es 20130 Möglichkeiten. Das sind viel mehr Möglichkeiten, als die Natur je ausprobieren konnte. Auch in vier Milliarden Jahren nicht.
Beobachter: Wie fand die Natur dennoch die richtigen Proteine, etwa für den Gesichtssinn?
Wagner: Das Wunderbare ist: Sie muss nicht das eine Protein finden. Es gibt Trillionen von Proteinen, die mit ganz unterschiedlichen Abfolgen von Aminosäuren genau das Gleiche tun können. Die Natur sucht die Nadel im Heuhaufen, aber es gibt eine Nadel immer direkt in der Nachbarschaft. Die neue Einsicht ist also, dass man sehr weit weggehen kann in diesen Bibliotheken, denn die Proteine sind miteinander in einem Netzwerk verbunden. Das bedeutet, durch Austausch jeweils einer Aminosäure können sich Organismen im Netzwerk des Lebensfähigen bewegen bis hin zu Proteinen, die kaum noch eine Aminosäure mit dem Ausgangsprotein gemeinsam haben. Das ist wichtig, weil sich nebenan komplett unterschiedliche Proteine befinden, die sonst nicht zugänglich wären.
«Ich bin Agnostiker. Ein Gott muss nicht involviert sein, und ich habe keinerlei Hinweise, dass es ihn gibt.»
Andreas Wagner, Professor für Evolutionäre Biologie an der Universität Zürich
Beobachter: Was heisst nicht zugänglich?
Wagner: Ein Protein mit einer neuen Funktion ist oft mit einer sehr geringen Anzahl von Schritten erreichbar, vielleicht sogar, indem nur eine Aminosäure ausgetauscht wird. Ein Protein dagegen, das 50 Aminosäure-Austausche entfernt ist, wäre nicht in einem Mal erreichbar. Das wäre zu weit weg, die Evolution kann nur kleine Schritte machen.
Beobachter: Und das ist die verborgene Architektur des Lebens?
Wagner: Dass ich sehr weit durch die Bibliothek wandern kann, bedeutet, dass ich Zugang zu viel mehr Proteinen habe und damit zu viel mehr Problemlösungen, als wenn ich auf eine kleine Region der Bibliothek beschränkt wäre. Die Bibliotheken der Regulationsmechanismen und die der Stoffwechselwege sind übrigens genauso organisiert – das ist die gemeinsame, versteckte Architektur des Lebens, geschrieben in der Sprache der Mathematik. Um sie zu ergründen, braucht es höhere Mathematik und das Rechnen in vieldimensionalen Räumen.
Beobachter: Sie schreiben, dass Sie Gott eher in der Mathematik als in der Natur suchen würden – sind Sie gläubig?
Wagner: Einige Physiker sagen: Mathematik ist die Sprache, in der Gott das Universum geschrieben hat. Andere denken, das Universum sei eine zufällige Anhäufung von Partikeln, die ohne Sinn miteinander kollidieren, und dass dieses Aneinanderstossen über 13 Milliarden Jahre die Welt erschaffen hat. Ich bin Agnostiker. Ein Gott muss nicht involviert sein, und ich habe keinerlei Hinweise, dass es ihn gibt.
Beobachter: Sie operieren in Ihrer Forschung mit riesigen Zahlen und in der unvorstellbar grossen Zeitspanne der Evolutionsgeschichte. Deprimiert Sie im Angesicht dessen die kurze Lebenszeit von uns Menschen?
Wagner: Ich und Sie, wir werden zum Genpool unserer Art sehr wahrscheinlich nichts beitragen, das die nächsten 1000 oder gar Millionen Jahre überdauert. Die Chance, dass etwas von uns bleibt, ist nahezu null. Sorry, so ist es leider.
Beobachter: Kommen Sie sich da nicht verloren vor?
Wagner: Doch. Aber anderseits ist es doch ein unglaubliches Privileg, diese Dinge beobachten zu dürfen, die so astronomisch viel grösser sind als irgendetwas, was wir uns vorstellen können. Ich hoffe natürlich, dass ich in der Wissenschaft etwas leiste, das überdauert. Jeder Forscher wünscht sich das, es ist aber nur wenigen vergönnt.
Beobachter: Wie ist das Biotop Schweiz für einen Forscher, der aus den USA zugewandert ist?
Wagner: Im Vergleich zu den USA sind Infrastruktur und Forschungsfinanzierung in der Schweiz unvergleichlich gut. Als ich 2006 nach Zürich kam, beantragte ich Geld für ein sehr theoretisches Thema, sehr rechnergestützt, beim Schweizerischen Nationalfonds. In den USA wäre das damals nicht möglich gewesen. Die Schweiz spielt in einer ganz anderen Liga, wenn es um die Finanzierung von gewagten Projekten etablierter Forscher geht – hohes Risiko, hoher Ertrag.