Wissenschaft und Mensch

Wissenschaftsgeschichte

Ernst Peter Fischer

• Verlag: Komplett-Media Verlag
• Jahr: 2011
• ISBN:
  9783831255993
• Thema: Politik & Internationale Beziehungen
• Thema: Staatsbürgerkunde & Bürgerrechte

Gebildete Menschen verstehen, dass die Wissenschaft in Ihnen steckt. Sie leben bewusst in einer Kultur, deren Gegenwart vom Wissen geprüft ist.Wir fragen uns oft, was neu und zu wenig, was gut ist. Die gefährliche Idee des Fortschritts kam mit Descartes, Kepler und Galilei in die Welt.Ob Atom, Energie, Entropie, Gene oder Raumzeit. Ernst Peter Fischer stellt 10 Kernthemen aus Physik und Biologie vor.WELCHE NATURWISSENSCHAFT BRAUCHT DER GEBILDETE MENSCH?Die Antwort hängt davon ab, was man unter Bildung versteht. Wenn Bildung die Form ist, die Kultur in einem Individuum annimmt, lautet die nächste Frage, in welcher Kultur wir leben. Die Antwort ist einfach. Wir leben in einer Kultur, deren Gegenwart von der Wissenschaft und ihren Auswirkungen geprägt wird.ALS DAS NEUE NOCH NEU WARJeder Fortschritt wurde dabei als menschlicher Fortschritt angesehen. Dieser Gedanke war vor vierhundert Jahren neu und wichtig. Er ist inzwischen alt und riskant.Wer zum Beispiel heute noch in der Wirtschaft Innovation und Wachstum verknüpft, wie aktuell geschieht, ist ein Selbstmord-Attentäter.GROSSE IDEEN DER WISSENSCHAFTDie genannten Ideen werden auf ebenso prägnante wie elegante Weise vorgestellt, wobei deutlich wird, dass die Naturwissenschaften zugleich grandios sind, aber auch geheimnisvoll bleiben. ? Das Atom ? Das Quantum ? Die Energie ? Die Entropie ? Die Evolution ? Die Gene ? Die Zelle ? Die Information ? Die Raumzeit ? Komplementarität

GROSSE IDEEN DER WISSENSCHAFT

Teil 2

Die überragende Qualität der Wissenschaft von der Natur besteht darin, ihr Wissen in grundlegende Begriffe verpakken zu können, von denen einige sehr berühmt sind und die viele Menschen beschäftigen.

Die genannten Ideen werden auf ebenso prägnante wie elegante Weise vorgestellt, wobei deutlich wird, dass die Naturwissenschaften zugleich grandios sind, aber auch geheimnisvoll bleiben.

DIE GENE Gene sind in der Lage, die Ordnung eines Lebens weitergeben – vererben – zu können, und sie schaffen es, Leben heranwachsen zu lassen. Wie bilden sie das Leben und wie werden sie selbst gebildet?

DIE ZELLE Leben besteht aus Zellen. Damit sind die Grundelemente der Körper benannt, die sich unentwegt teilen und verteilen müssen, um Augen, Ohren und andere Organe entstehen zu lassen. Wir können darüber nur staunen.

DIE INFORMATION Heutige Biologen wollen wissen, wie das Leben all die Informationen sammelt, die es zu seinem Werden benötigt. Information kann am besten als das verstanden werden, was Information erzeugt. Vielleicht hat sie am Anfang des Lebens und der Welt gestanden.

DIE RAUMZEIT Wir erwerben und verteilen Informationen in einem Kosmos, den Albert Einstein als Raumzeit verstanden und so für uns lebenswert gemacht hat. Die Raumzeit ist nämlich endlich und unbegrenzt zugleich –genau so, wie wir Menschen dies wollen.

DIE KOMPLEMENTARITÄT Wir allen wissen, dass es Dinge gibt, die einem etwas bedeuten, und Dinge, über die man sich einigen kann. Diese Dualität verträgt sich mit der Beobachtung der Wissenschaft, dass sich Wahrheiten über Dinge wie Licht und Atome nur in doppelter Form ausdrücken lassen – als Welle und Teilchen zum Beispiel. Wenn man beide Ansichten zusammenfügt – wenn man die Wahrheit mit der Münze der Komplementarität kauft -, entsteht eine Sicht der Welt, die Freude macht, weil sie die Wahrheit so erfasst, dass ihr Geheimnis bewahrt bleibt.

Genetik

Wenn es ein Wort aus der Wissenschaft gibt, das heute nicht nur in aller Munde ist, sondern in allen Zeitungen steht und die Leute aufregt, dann ist dies das hübsche, kleine Wort „Gen“. 1909 ist es zum ersten Mal von einem dänischen Biologen – Wilhelm Ludvig Johannsen –vorgeschlagen worden, der auf Deutsch geschrieben hat, „Elemente der exakten Erblichkeitslehre“. Er wollte die Erbelemente, die ein Mönch namens Gregor Mendel im 19. Jahrhundert zum ersten Mal beobachtet hat, netter formulieren. Er wollte ein schönes Wort dafür finden. Das sollte natürlich wieder griechisch sein, rührt von „genus“ her, vom Geschlecht oder von der Generation, vom Erzeugenden her. Erbelemente, wie Mendel es benutzt hatte, gefiel ihm überhaupt nicht. Deshalb hat er vorgeschlagen, das kleine Wort „Gen“ dafür zu benutzen.

Johannsen war übrigens sicher, dass das Gen eine neue Einheit einer neuen exakten Wissenschaft ist, die man niemals messen könne, wo man nicht sagen könne, ein Gen ist so und so viel Nanometer groß, oder wiegt so und so viel Gramm. Das hielt Johannsen für ausgeschlossen, das hielten alle Genetiker der Zeit für ausgeschlossen. Man dachte nur, dass es eine Art Buchungseinheit ist, mit der das Erbverhalten notiert werden kann, gewissermaßen die Einheit der Vererbung. Das sollte das Gen sein und Johannsen hat ein möglichst kurzes Wort ausgewählt, weil er der Hoffnung war, dass man das schön kombinieren kann.

Dafür bedanken sich heute auch viele Unternehmen, die mit Genen Geld verdienen, Genentech oder Amgen. Sie haben das Wort benutzt und wir haben natürlich inzwischen auch Genforschung, Genmanipulation – mit dem hübschen kleinen Wort können wir viel machen.

Aber Johannsen hat auch noch etwas gemacht, das uns bis heute leiden lässt. Er hat nämlich gesagt, dass das Wort „Gen“ so schön kurz ist, damit wir es immer für eine Eigenschaft benutzen können. Gen für die Eigenschaft, blaue Augen zu haben, Gen für die Eigenschaft, ein Mann zu sein, Gen für die Eigenschaft, untreu zu sein. Das hat man ausgenutzt, sodass heute alle Leute, egal wie dumm sie sind, davon reden, dass es Gene für etwas gibt. Es gibt Gene für das Böse, Gene für das Blöde. Vielleicht erinnern sich einige noch daran, dass irgendwann ein Hauptkommissar Derrick in Pension gegangen ist und der Produzent wurde gefragt, warum man denn nicht den Assistenten von Derrick zum Nachfolger von ihm machen könne. Da hat der Produzent ganz ernsthaft geantwortet, der Assistent von Derrick hätte das „Assistenz-Gen“ in sich, deshalb könne er keinesfalls der Hauptkommissar werden.

Das Gen – eine physikalische Einheit

So blöde denkt man über das Gen, aber was ist es denn nun wirklich?

Es ist zunächst einmal von den Wissenschaftlern untersucht worden, es ist als ein Ort entdeckt worden, der auf Elementen zu finden ist, die bei der Zellteilung eine große Rolle spielen und die man Chromosomen genannt hat. Auf den Chromosomen lagen dann die Gene wie Perlen an einer Kette hintereinander gereiht. Ich sage manchmal auch, Gene sind auf den Chromosomen so wie Smarties auf den Schokoladenkuchen, die es beim Kindergeburtstag gibt. Also eins nach dem anderen. Die Gene waren sozusagen feste Elemente, die man finden konnte, ganz partikuläre Strukturen, wobei im Übrigen dadurch die eigentliche Entdeckung der Mendelschen Erbgesetze durch Gregor Mendel ausgedrückt wird.

Mendel hat als Erster im 19. Jahrhundert erkannt, dass Vererbung partikulär vor sich geht. Es muss Erbteilchen, eben Gene geben, Erbelemente. Gen ist nicht Vererbung in dem Sinne, dass etwas gemischt wird wie Blut oder andere Flüssigkeiten, sondern da müssen ganz konkrete lokale, durch irgendeine Struktur gegebene Elemente zu finden sein.

Diese wurden im Laufe der 30er und 40er Jahre des 20. Jahrhunderts immer besser erkundet und zwar vor allem dadurch, dass damals die Physiker anfingen, sich um diese Wissenschaft zu kümmern. Tatsächlich hat in den 1930er Jahren allmählich eine Art „Invasion“ von Physikern in die Genetik mit dem Ergebnis stattgefunden, dass man das Gen zum Schluss wie ein Atom in der Biologie gefasst und ihm eine molekulare Struktur gegeben hat, so wie man Atomen bestimmte Strukturen gegeben hat.

Die Doppelhelix

Das ist tatsächlich der Fall. Das Gen ist die physikalische Einheit, die man dann identifizieren konnte. In den Kriegsjahren wurde der Stoff entdeckt, der dazugehörte, die berühmte Desoxyribonukleinsäure, oft als DNS oder DNA abgekürzt. Der Stoff, aus dem die Gene sind, war also den 1940er Jahren bekannt und in den 1950er Jahren hat man noch die Struktur des Stoffes, aus dem die Gene sind, identifiziert. Das ist die berühmte Doppelhelix aus DNS.

Seitdem wusste man: Ein Gen ist ein Molekül, das die Form einer Doppelhelix besitzt und aus Desoxyribonukleinsäure besteht.

Das ist natürlich sehr hilfreich, wenn man verstehen will, wie daraus blaue Augen entstehen. Irgendwann tauchte die Idee auf, dass das Wesentliche an der Doppelhelix der DNS die Reihenfolge der Bausteine, die im Innern dieser Struktur zu finden sind, ist. Das nannte man zuerst die Spezifizität dieses Erbmoleküls oder dieser Erbanlage und später dann die biologische Information, die in diesem Gen steckt. Seitdem sagt man, das Gen ist eine Einheit, welche eine biologische Information enthält, die von der Zelle umgesetzt werden kann, um ein anderes Molekül zu erzeugen, das dann die chemischen Reaktionen in Gang setzt, die zum Leben gehören.

Ein Gen enthält die Information für ein Protein, und das Protein ist in der Zelle katalytisch aktiv, sorgt dafür, dass Zellen sich teilen, sorgt dafür, dass Blut fließt, sorgt dafür, dass Haare wachsen, sorgt für alle Stoffwechselelemente, die in unserem Leben sind und eigentlich ist auf diese Weise ganz leicht zu verstehen, was das Gen ist. Das hatte man in den 60er Jahren dann auch gedacht.

Ein Gen ist ein Stück DNS, das dafür sorgt, dass andere Moleküle entstehen, die dann die Lebensfunktionen übernehmen.

Dann kam Ende der 1960er, Anfang der 1970er Jahre die merkwürdige Entdeckung der Gentechnik. Das ist eine Methode, um Gene von einer Zelle in eine andere zu übertragen, also man rekombiniert die Gene neu. Wenn man Gene rekombinieren kann, kann man sie auch so herstellen, dass sie in großen Mengen verfügbar sind. Plötzlich war nicht nur ein Exemplar von einem Gen, das normalerweise in einer Zelle ist, verfügbar, sondern sehr viele.

Wenn man sehr viele hat, kann man sie chemisch oder biochemisch analysieren und dabei stellte sich etwas Merkwürdiges heraus. Es stellte sich nämlich heraus, dass das, was man sich als Einheit vorgestellt hatte, tatsächlich gar keine Einheit ist. Wenn ich sage, dass ein Gen ein Protein macht, das dann die Reaktion in der Zelle auslöst und ich finde das Protein als Einheit in der Zelle, dann denke ich natürlich auch, dass das Gen eine Einheit auf dem Chromosom ist.

Merkwürdige Gene

Es stellt sich jedoch heraus, dass das gerade einmal in Bakterien gilt. Sobald es sich um komplexere Lebewesen, die aus vielen Zellen bestehen, handelt, also auch bei uns, ist das Gen als einzelnes Element gar nicht mehr vorhanden. Es zeigt sich vielmehr, dass die Gene auf dem Erbmaterial, auf der Substanz, die wir benutzen, um das Erbmaterial zu lagern, also diesen Chromosomen, zerstückelt sind. Man spricht vornehm vom Mosaik-Gen.

Das Gen ist nicht etwa eine Einheit, das Gen gibt es gar nicht am Stück, sondern Gene gibt es nur in Stücken. Gen ist das, was eine Zelle aus den Stücken macht, um damit eine Information zu haben, die sinnvoll eingesetzt werden kann, um die Lebensreaktion durchzuführen.

Man kann das philosophisch formulieren, indem man sagt, Gene sind nicht in der Zelle, sondern Gene werden immer von einer Zelle gemacht. Oder ganz überspitzt formuliert: es gibt gar keine Gene, es gibt immer nur Gen-Herstellungen. Gen ist nie da. Sie finden nie ein Gen in der Zelle, aber sie finden die Stücke, mit denen die Zelle die Information zusammenstellen kann, die sie dann benutzt, um als genetische Information weiter zu wirken. Das ist eine merkwürdige Geschichte. Bei dem, was ein Gen sein soll, ist das meiste gar nicht das Gen, sondern es sind Lücken dazwischen. So ähnlich, als wenn Texte einer Zeitung mit irgendwelchem Unsinn dazwischen gefüllt wären. Dann würden Sie die Zeitung abbestellen. Aber das Leben können Sie nicht abbestellen, das ist halt so.

Sie haben also Platz zwischen den einzelnen Gen-Stücken, die insgesamt die Informationen ausmachen. Dann stellte sich sogar noch heraus, dass zwischen solchen zerstückelten Genen und den nächsten zerstückelten Genen wieder Platz war. Merkwürdigerweise ist die Idee heute, dass das menschliche genetische Material, also das, was wir Genom nennen, nicht nur wenig Gene, sondern fast gar keine hat.

Am Anfang hatte man gedacht, dass das genetische Material, das zu einer Zelle gehört, zu 80% aus Genen besteht, oder zu 60%, oder zu 20%. Tatsächlich sind es weniger als 10%. Eigentlich ist das, was wir Erbanlage, genetisches Material oder Genom nennen, alles Mögliche andere, nur nicht dieser Stoff, den wir Gene nennen.

Daraus folgt im Übrigen nicht, dass Gene unwichtig sind. Es folgt nur, dass wir uns neu überlegen müssen, was wir eigentlich mit einem Gen meinen. Gen ist nicht etwas, das für sich wirkt, Gen ist nicht etwas, das massenhaft vorhanden ist, sondern Gene sind immer Dinge, die neu konstruiert, neu zusammengesetzt werden müssen. Aber sie enthalten natürlich die eigentlichen Forderungen, so wie wir das im Augenblick verstehen, die eigentliche Anleitung zur Errichtung des Lebendigen.

Verstehen wir „Gene“ eigentlich?

Jetzt stellt sich die Frage, verstehen wir eigentlich Gene –nicht nur im Sinne der Struktur, sondern verstehen wir Gene auch in dem Sinne, dass wir wissen, was sie tun?

Mein Verdacht ist, dass wir das nicht wirklich wissen. Also wir wissen, dass Zellen Gene haben. Wir wissen, dass die Gene irgendwelche Aktivitäten entfalten oder mit sich entfalten lassen, sodass die Proteine entstehen, die zur Zellteilung führen, die zur Zelldifferenzierung führen, die das Leben entstehen lässt.

Wir müssen aber gleichzeitig noch berücksichtigen, dass die Gene etwas sind, was in der Evolution entstanden sein muss. Gene müssen also eine doppelte zeitliche Funktion haben. Sie müssen im Laufe eines individuellen Lebens entstehen können, um überhaupt wirksam zu werden. Man weiß, dass bei bestimmten Zellen im Immunsystem die Gene wirklich jeweils neu geschaffen werden müssen, es vom zellulärem Geschehen her auch wieder Gene geben muss. Das wird dann eine ganz komplizierte Sache. Wir wissen aber auch, dass die Gene, die wir haben, nicht vom Himmel gefallen sind, sondern eine evolutionäre Geschichte haben. Es könnte also sein, dass man das Gen wahrscheinlich am besten dadurch definiert, dass es ein Informationsvorrat ist, mit dem die Evolution so umgehen kann, dass das Individuum die Bewegung, die Evolution darstellt, fortsetzen kann. Das wäre eine einleuchtende Erklärung. Sie hat natürlich nichts mehr mit den Molekülen zu tun, die man dabei eingesetzt hat, aber man hätte so ein Grundgefühl für das ganze dynamische Geschehen, das zur Zelle gehört.

Was machen Gene?

Was machen die Gene eigentlich, wenn sie da sind?

Wenn man das ganz einfach ausdrücken will, kann man sagen, dass Gene – das war auch das erste, das den Physikern aufgefallen ist – etwas Sensationelles zustande bringen. Sie sorgen nämlich dafür, dass eine Ordnung, die existiert, nämlich die Ordnung des Lebewesens, in der nächsten Generation wieder existiert. Gene sind Ordnung erhaltende Wesen.

In der physikalischen Welt verschwindet Ordnung, wenn sie nicht immer durch extra geeignete Einrichtungen oder Gegebenheiten zusammengehalten wird. Aber die Gene sorgen dafür, dass die Ordnung erhalten bleibt. Wie machen die das eigentlich? Das ist die große, grundlegende Frage. Wie erzeugen Gene das Leben, das die Ordnung dann in Form von anderen Genen weitergeben kann? Wie entsteht das Lebendige aus dem Gen? Das Sensationelle ist ja, dass die Gene das können. Die Gene können das Leben kreieren, die Gene können das Leben hervorbringen.

Wie kann man das darstellen? Was ist die kausale Beschreibung des Vorgehens der Gene, die wir in den Zellen haben, wohlgemerkt zerstückelt, wohlgemerkt so, dass sie immer wieder, wahrscheinlich unter eigener Anleitung, neu zusammengesetzt werden müssen. Wie kann man also kausal beschreiben, was passiert, wenn eine Eizelle über einen Embryo zu einem kleinen und dann erwachsenen Menschen wird?

Gene sind keine Kausalfaktoren

Ich glaube, das Problem ist, dass man sich zu wenig Gedanken darüber macht. Die Biologen sind mit Kausalmechanismen beschäftigt. Biologen glauben, sie hätten nur die Kausalitätsfaktoren aufzählen müssen. Diese Kausalitätsfaktoren nennen sie genetische Mutationen. Und dann haben sie alles verstanden und sagen: „Da fehlt das Gen und da fehlt das Gen, dann kann jenes nicht passieren und dann kann das nicht passieren.“

Irgendwann habe ich alle diese Faktoren zusammen, aber dabei entsteht kein Leben. Denn das, was wir erklären wollen, ist nicht ein kausal funktionierender Zellsack oder Zellhaufen, sondern wir müssen die Entstehung eines Lebewesens erklären, das eine Form hat, also z. B. eine Nase, ein Ohrläppchen, einen Rücken oder dass einfach eine Lippe geformt wird. Die Form einer Lippe können sie nicht kausal erklären, jedenfalls ist mir das nicht bekannt. Sie können auch die Form eines Bildes nicht kausal erklären, obwohl da eine Menge Kausalität drinnen ist. Wenn sie das Bild an die Wand hängen, brauchen sie einen Nagel, wenn sie eine Leinwand aufhängen, brauchen sie Kraft dafür. Da ist also eine ...

Inhaltsverzeichnis

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• WELCHE NATURWISSENSCHAFT BRAUCHT DER GEBILDETE MENSCH?
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