Überblick

Lebendiges Nichtgleichgewicht

Unter welchen physikalischen Randbedingungen kann Leben entstehen?

  • Christof Mast, Friederike M. Möller und Dieter Braun
  • 10 / 2013 Seite: 29

Leben entwickelt sich durch Replikation und Selek­tion. Um zu verstehen, wie Materie überhaupt leben­dig werden kann, bilden Physiker geologische Nichtgleichgewichte in mikroskopischen Experimenten nach. Wie können sich Nanomaschinen fern vom Gleichgewicht selbst kopieren? Bei welchen Bedingungen setzen sich komplexere Moleküle gegen einfachere durch? Die Suche nach dem Anfang der Evolution birgt allerlei Überraschungen und viel interessante Nichtgleich­gewichtsphysik.

Während noch vor einiger Zeit die Physik als Wissenschaft der unbelebten Materie galt, ist heute die Abgrenzung zu Biologie, Biochemie und Medizin fließend. Die Physik lebender Systeme wird in der Biophysik mit sehr vielfältigen experimentellen und theoretischen Ansätzen untersucht. Diese Kompetenzerweiterung der Physik spiegelt sich auch in einem aufstrebenden Forschungsfeld wider, das ergründen will, wie die Transformation von unbelebter in belebte Materie vor etwa vier Milliarden Jahren möglich war. Physiker können auf diese Frage durch ihre fundamentale Sichtweise in einem sehr interdisziplinärem Umfeld entscheidende Beiträge leisten.

Erstaunlicherweise wurde noch im 19. Jahrhundert kaum über den Ursprung des Lebens geforscht. Denn die Antwort schien klar: Durch spontane Kreation entsteht Leben immerfort aus Humus – so die Theorie. Eine nicht ganz einfach zu widerlegende Hypothese, wenn man bedenkt, wie lebendig zum Beispiel bei Stromausfall der Inhalt eines Kühlschranks werden kann. Erst Pasteur konnte nachweisen, dass Lebewesen nicht permanent neu aus Erde entstehen.

Seither wich die Wissenschaft dieser Frage aus oder konnte bestenfalls einzelne Teilaspekte beschreiben. Die Entwick­lung moderner biologischer Techniken erlaubt es inzwischen, Hypothesen über den Ursprung des Lebens im Experiment detailliert zu untersuchen. Im Folgenden diskutieren wir Nichtgleichgewichtszustände und analysieren Experimente, die letztlich die Kernfrage der synthetischen Biologie betreffen: Können wir Leben im Labor synthetisch entstehen lassen? ...

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