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Die großen Fragen der Wissenschaft | Petra Schwille

Was ist Leben?

05.11.2026

Irgendwie glauben wir intuitiv zu wissen, was Leben ist. Aber es zu erklären, ist gar nicht so einfach. Was macht aus einer Ansammlung von Molekülen plötzlich etwas, das wächst, sich vermehrt und vielleicht sogar denkt und fühlt? Und was bedeutet es überhaupt, lebendig zu sein?

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Was macht Leben aus?

Was unterscheidet einen Stein von einem Baum, und wann wird aus Chemie eigentlich Leben? Zwar können wir Lebewesen erkennen, wenn wir ihnen begegnen. Aber genau zu sagen, was sie lebendig macht, ist deutlich schwieriger. Leben bedeutet Stoffwechsel, Wachstum und Fortpflanzung. Aber: Wo beginnt und endet die Grenze zwischen lebendig und nicht lebendig? Schon bei Viren wird es kompliziert: Sie können sich vermehren, sind dafür aber auf andere Zellen angewiesen.

Prof. Dr. Petra Schwille, Direktorin am MPI für Biochemie

Foto: MPI für Biochemie

Mit diesen Fragen beschäftigt sich Petra Schwille — Direktorin am Max-Planck-Institut für Biochemie und eine der weltweit führenden Forscherinnen auf dem Gebiet der Synthetischen Biologie. Sie versucht herauszufinden, wie eine minimale Form von Leben aussehen könnte. Im Labor versucht sie, die grundlegenden Bestandteile einer Zelle zusammenzubringen und so eine möglichst einfache künstliche Zelle zu bauen. Erste Modelle können bereits eine Membran bilden und sich unter bestimmten Bedingungen teilen. Was ihnen noch fehlt, ist unter anderem ein eigener Stoffwechsel, der sie mit Energie versorgt.

Können wir Leben selbst bauen?

Die Forschung macht damit sichtbar, wie viele Prozesse zusammenspielen müssen, damit aus Molekülen ein lebendes System wird. Gleichzeitig führt sie zu einer noch größeren Frage: Wenn wir die grundlegenden Bausteine des Lebens verstehen, können wir dann irgendwann selbst Leben herstellen?

In dieser Folge „Die großen Fragen der Wissenschaft“ sprechen Katharina Menne und Carsten Könneker von Spektrum der Wissenschaft mit Petra Schwille über Zellen, Evolution und die Entstehung des Lebens, und auch darüber, was es bedeuten würde, wenn wir die Grenze zwischen Verstehen und Erschaffen tatsächlich überschreiten.

Transkript

Unterstützt durch KI

Definition von Leben

Gemeinhin gilt ja Leben als so ein digitales Ding, ja, Null oder eins. Also entweder lebt es oder es lebt nicht. Aber nach vielen Jahren der Beschäftigung mit lebenden und fast lebenden Systemen bin ich mir gar nicht so sicher, ob diese Definition oder diese Ansicht wirklich korrekt ist. Leben ist ein Prozess, auf jeden Fall. Ein sich immer ändernder nie versiegender Prozess, der lernen kann. Der im Wesentlichen das ist, was wir lernen nennen. Das ist lernende Materie.

Ich möchte wissen, wie Leben funktioniert und muss die Zelle denn so kompliziert sein? Also braucht die Zelle zum Beispiel ein Immunsystem? Braucht die überhaupt ein Abwehrmechanismus gegen irgendwas? Weil Leben an sich ist ja viel einfacher. Was wir machen, ist wir versuchen, die Natur zu verstehen, indem wir sie nachbauen und verändern. Da kann Gott nur lachen drüber.

Vorstellung der Podcaster

Hallo, ich bin Katharina Menne, Wissenschaftsjournalistin und Redakteurin für Physical Sciences bei Spektrum der Wissenschaft. Und ich bin Carsten Königer, Redaktionsleiter für Psychologie und Social Sciences bei Spektrum der Wissenschaft. In diesem Podcast stellen wir die ganz großen Fragen der Wissenschaft und sprechen darüber jeweils mit einer renommierten Expertin oder einem renommierten Experten. Diesmal geht es um die große Frage: Was ist Leben?

Die großen Fragen der Wissenschaft. Ein Podcast von Spektrum der Wissenschaft und detektor.fm. Was unterscheidet einen Stein von einem Baum? Was macht aus einer Ansammlung von Molekülen plötzlich etwas, das wächst, sich vermehrt, vielleicht sogar denkt und fühlt? Irgendwie glauben wir ja alle intuitiv zu wissen, was Leben ist, bis wir versuchen sollen, es zu erklären. Ist es nur Chemie oder steckt mehr dahinter? Was bedeutet es, lebendig zu sein?

Lebewesen unter extremen Bedingungen

Wir kennen heute Organismen, die unter extremen Umständen leben, in kochend heißem Wasser, ohne Sauerstoff oder bei Minusgraden. Es gibt Lebewesen mit Schnäbeln und Federn, mit Haaren und Beinen, mit Blättern und Rinde. Oder solche, die eine Schleimspur hinter sich herziehen. Was also ist Leben?

Unsere heutige Gästin versucht, das Leben von Grund auf zu verstehen, indem sie es Schritt für Schritt im Labor nachbaut. Petra Schwille ist Direktorin am Max-Planck-Institut für Biochemie und eine der weltweit führenden Forscherinnen auf dem Gebiet der synthetischen Biologie. Sie versucht herauszufinden, wie eine minimale Form von Leben aussehen könnte. Herzlich willkommen in unserem Podcast, Frau Schwille. Vielen Dank.

Kindheitsfrage nach dem Sinn des Lebens

Frau Schwille, wann wussten Sie, ich möchte verstehen, was Leben ist? Ganz früh. Das war tatsächlich meine Kindheitsfrage. Ich wollte vor allem mich selbst verstehen und habe mich immer darüber gewundert oder mir immer die Frage gestellt, was eigentlich unser Sinn unser Zweck als Menschen auf der Welt ist. Ich komme da eher von einer philosophischen Frage und hatte das Gefühl, irgendwie ist unser menschliches Gehirn oder unsere Art, die Welt zu betrachten, irgendwie schon so etwas wie die Krone der Schöpfung, weil es das Ganze von vorneher begreifen möchte.

Wir sind sozusagen ein Werkzeug zum Selbstverständnis der Welt, wenn man so will. Und was wir eigentlich sind, das hat mich tatsächlich sehr interessiert. Ich habe relativ früh verstanden oder begriffen, dass die Frage, die das menschliche Gehirn angeht, was ja eigentlich auch wissenschaftlich wahnsinnig spannend ist, wie funktioniert unser Gehirn, dass das nicht die Art von Forschung ist, die ich gern machen möchte.

Interesse an primitiveren Lebensformen

Und habe dann festgestellt, eigentlich interessiert mich Leben schon in einer viel primitiveren Form als in der menschlichen Form, denn irgendwie führt ja alles zu diesem menschlichen Bewusstsein, zu diesem menschlichen Verständnis. Und was ist es denn eigentlich, das darauf hinführt? Was sind das für Systeme? Wie unterscheiden die sich von Steinen oder von Wolken, von denen wir annehmen, dass sie kein Bewusstsein haben? Und das hat mich tatsächlich immer schon seit ich denken kann am allermeisten interessiert.

Sie sind aber ja eigentlich Physikerin und Leben ist eine Frage, wo man klassischerweise denken würde, dass die Biologie die beantwortet. Wie passt das zusammen? Ja, das ist im Grunde der Schule geschuldet. Die Lehre in der Biologie, vielleicht ist es auch das Fach selber. Ich habe tatsächlich als Kind immer alles, was lebt, besonders interessant gefunden.

Faszination für lebende Systeme

Also ich war jetzt keine Physikerin von der Sorte, die sich besonders für den Kosmos oder für Atome interessiert. Ich fand das schon auch spannend, aber das waren jetzt für mich nicht die größten, sozusagen die Tollsten, sondern es waren immer lebende Systeme. Als Kind natürlich Tiere, Tiere aller Art. Ich wusste alles über alle Tiere. Aber die Biologie in der Schule hat mir relativ schnell gezeigt, dass das nicht mein Fach ist, weil die Details um die es da geht, also man muss wahnsinnig viele Details wissen, und die haben mich einfach überhaupt gar nicht interessiert.

Und ich habe muss auch sagen, kein besonders gutes Gedächtnis für Details. Also das war noch nie meine Stärke, dass ich mir Details merken kann. Und die Biologie ist eine sehr detailversessene Wissenschaft. Das merkt man schon. Das ist auch okay. Also ich finde es gar nicht schlimm, nur ich bin da nicht gemacht dafür. Ich habe dagegen in der Schule immer sehr viel Spaß an Mathematik gehabt und Physik, eben weil es Mathematik benutzt.

Der Weg zur Physik

Und der Grund, warum ich Physik studiert habe, war tatsächlich, weil ich gehofft habe, dass ich da mit besonders wenig Detailfragen belästigt werde und besonders viel prinzipielles Wissen sozusagen mir erarbeiten kann. Und das war tatsächlich auch so. Das hat auch so funktioniert. Ich kann das total gut nachempfinden. Also ich glaube, wir alle drei hier im Podcast haben alle irgendwie Physik studiert.

Und bei mir war es auch die Kombination mit Philosophie. Aber anders als bei Ihnen hat mich Leben eigentlich, also im Studium oder als junger Mensch nicht so interessiert. Mich hat eher diese Kombination Physik-Philosophie interessiert. So Schicksal des Kausalgesetzes in der Quantenmechanik. Das ist auch eine andere große Frage. Das machen wir in einem anderen Podcast.

Definition von Leben

Aber Stichwort Leben: Nach all dem, was Sie schon erfahren haben, was Sie selbst erforscht haben, was ist für Sie persönlich denn die beste Definition von Leben? Oje, also die Beste. Was ist die Beste? Eigentlich wäre die Beste die Einfachste. Und aus physikalischer Sicht wäre die beste Definition eigentlich eine, die man messen könnte. Ja, also das müsste eigentlich oder das ist, wenn man es genau nimmt, mein Ziel, das ich nicht erreichen werde.

Irgendwann ein System so sozusagen messbar zu machen, dass man die Lebendigkeit dieses Systems irgendwie charakterisieren kann. Oder dass man die irgendwie quantifizieren kann. Also gemeinhin gilt ja Leben als so ein digitales Ding. Ja, 0 oder 1. Also entweder lebt es oder es lebt nicht. Aber nach vielen Jahren der Beschäftigung mit lebenden und fast lebenden Systemen bin ich mir gar nicht so sicher, ob diese Definition oder diese Ansicht wirklich korrekt ist.

Grad der Lebendigkeit

Was könnte denn dazwischen existieren? Also wenn es nicht 0 oder 1 ist? Naja, es könnte, wie gesagt, das ist jetzt rein spekulativ, ist durch nichts gedeckt, aber es entspricht meinem Gefühl. Das Gefühl kommt aus vielen Jahren Beschäftigung mit molekularen Systemen. Ein Grad der Lebendigkeit könnte dazwischen sein. Also es ist wirklich graduell.

Es und Karsten hat ja gerade schon gesagt, wir haben irgendwie alle so ein bisschen Physik studiert. Und wiederum anders als Karsten bin ich total auf ihrer Seite. Und ich finde die Frage danach, was Leben ist, super spannend. Für mich ist es tatsächlich eine der wirklich allergrößten Fragen, mit der man ja fast täglich konfrontiert ist, wenn man sich in dieser Welt bewegt und feststellt, es gibt da irgendwie tote Materie und lebendige Materie.

Definition von lebenden Organismen

Und ich habe deswegen vor einer Weile mal ein spannendes Buch zu dem Thema gelesen. Und das hat der Nobelpreisträger Paul Nurse geschrieben. Und der hat wiederum seine ganz eigene Definition. Und er nennt lebende Organismen in seinem Sachbuch komplizierte, aber letztlich verständliche chemische und physikalische Maschinen, die Informationen verarbeiten und danach handeln. Klingt ein bisschen technisch, aber würden Sie dem zustimmen?

Ich würde fast allem zustimmen, was es an sinnvollen Definitionen gibt. Mir gefällt die Definition der NASA sehr gut. Die kenne ich auswendig, aber da spielt die Darwinische Evolution eine große Rolle. Ich denke, das wirklich Spannende am Leben und das, was mich, wenn ich im Rückblick meinen Einstieg in diese Thematik noch mal vergegenwärtige, was ich als das wirklich Tollste am Leben finde, ist die Fähigkeit zu lernen. Leben lernt permanent.

Evolution und Lernen

Das ist das, was wir Evolution nennen. Es lernt aus seinen Fehlern. Das ist natürlich jetzt sehr menschlich aufgewertet. Aber letzten Endes sind es Systeme, die sich permanent verändern. Das ist sehr wichtig von physikalischer Seite, jenseits wirklich fern des thermodynamischen Gleichgewichts operieren. Und die die Fähigkeit haben, sich permanent zu verbessern. Wobei man jetzt natürlich nicht genau weiß, in welcher Hinsicht denn verbessern. Denn auch verbessern müsste man ja quantifizieren.

Was ist denn besser? Ist ein Mensch ein besseres lebendes System als eine Kaulquappe oder ein Frosch? Das ist fast eine Frage für die Philosophie. Aber ich würde jetzt erst mal vorsichtig sagen, nein. Denn irgendwie ist ja Leben immer gleich faszinierend. Nicht unbedingt. Also ich denke, die Möglichkeiten eines lebenden Systems, auch die Fähigkeiten zu lernen, sind nicht gleich faszinierend.

Faszination des Lebens

Also da sind wir Menschen bei aller Bescheidenheit schon mit die spannendsten lebenden Systeme. Wobei natürlich jedes lebende System spannend ist, wenn man es genau anguckt. Aber das Potenzial der Handlungen, der Entwicklung eines Systems von A nach B ist bei Menschen natürlich unfassbar groß. Und das ist eigentlich das, was letzten Endes ja im lebenden System an sich schon angelegt ist. Die Evolution hat es dahin gebracht, wo wir heute sind.

Wie weit es dann in Zukunft noch bringt, weiß ich nicht. Wir sind ja im Begriff, uns durch Geräte zu ersetzen und vieles unserer faszinierenden Eigenschaften sozusagen an die KI auszulagern. Sehr spannend. Aber die Fähigkeit, sich zu verändern, die Evolution, die ist eben in jedem, auch noch so kleinen, lebenden System drin. Und ich denke, dass das tatsächlich das ist, was wir uns vornehmen müssen, das zu verstehen.

Physikalische Parameter des Lebens

Was sind denn die physikalischen Parameter, die es erlauben, dass ein System evolviert? Jetzt haben Sie gerade eben schon das Stichwort Thermodynamik genannt. Und Sie sind ja nicht die erste Physikerin, die sich mit der Frage „Was ist Leben?“ beschäftigt. Es gibt ein gleichnamiges Buch von Erwin Schrödinger. Der hat diese Frage nämlich auch gestellt. Und er kam mit dem Begriff der negativen Entropie um die Ecke.

Also Entropie. Eigentlich strebt das Universum einer immer größer werdenden Unordnung zu. Aber Leben scheint das Gegenteil zu tun. Es ist hoch organisiert und in der Lage, komplexe Moleküle in einzelne Bestandteile zu zerlegen. Machen wir täglich, wenn wir essen. Was halten Sie von seiner Theorie? Die ist großartig. Also Schrödinger hat mich tatsächlich sehr inspiriert.

Musterbildung und Selbstorganisation

Ich habe das Buch sehr spät erst gelesen, also nicht in meinem Studium, sondern erst als ich schon eigene Vorlesungen vorbereitet habe. Und ich halte diese Definition für, und da sieht man wieder die Qualität von Physikern, wirklich das auf das absolute Prinzip runterzubrechen. Denn tatsächlich, Leben ist Musterbildung. Leben ist die Selbstorganisation. Aber natürlich nicht nur Musterbildung und Selbstorganisation.

Gibt es, wie wir wissen, auch in der nichtbelebten Natur. Aber sie ist die absolute Minimalbedingung für alles, was lebt. Und nun wissen wir ja, und das hat Schrödinger ja sehr schön erkannt, Musterbildung, Selbstorganisation heißt ja die Schaffung von Ordnungsstrukturen. Und alle wissen ja aus der Schule, das zweite Hauptsatz der Thermodynamik, eigentlich strebt jedes abgeschlossene System, das sind wir natürlich nicht, aber im Grunde, wenn man die Welt als Ganzes begreift, würde sie eigentlich zu einer größeren Unordnung hin streben.

Ordnung in lebenden Systemen

Und Leben macht das natürlich genau nicht. Leben ist in der Lage, um fünf Jahre auf unserem Schreibtisch oder auch in der Weltpolitik durchaus unterschiedliche Erfahrungen zu machen. Trotzdem sind lebende Systeme die hochgeordnetsten Systeme, die es gibt. Und die nicht nur einmal geordnet sind wie ein Kristall, sondern die permanent diese Ordnung immer wieder neu hervorbringen.

Das ist ja das wirklich Spannende in einer Zelle. Das habe ich vorher vergessen zu sagen, was die Definition angeht. Ich finde die Definition der Biologen oder der Lebenswissenschaftler, dass alles Leben zellulär ist, die ist aus dem 19. Jahrhundert eine sehr alte Definition, finde ich immer noch sehr tragfähig. Hat in der Zeit der Corona-Pandemie mit dem Coronavirus, dass ein Virus nicht als Zelle und nicht als lebensfähig, ein bisschen gelitten, weil die Leute jetzt meinen, da müssen wir doch was dran ändern.

Viren und Lebensdefinition

Natürlich ist ein Coronavirus ein lebendes System. Nein, ist das nicht. Per Definition ist das kleinste lebende System immer eine Zelle. Und diese Zelle macht tatsächlich andauernd Ordnung. Die schafft andauernd Ordnung. Wenn sie das nicht mehr kann, dann bringt sie sich selbst um. Das klingt so, als würde Zielgerichtetheit notwendig zum Leben dazugehören. Ist das so?

Ich sehe das so. Da begeben wir uns natürlich in philosophischen Graubereich oder naturphilosophischen Graubereich. Zielgerichtetheit ist sehr schwer zu definieren. Was ganz sicher der Fall ist, ist dass es einen Zeitpfeil hat. Also Evolution kehrt sich ja nicht einfach um. Es geht immer sozusagen in eine bestimmte Richtung. Und das ist natürlich eine Erfahrung.

Energieumsetzung und Evolution

Also diese Eigenschaft ist natürlich durch den zweiten Hauptsatz oder überhaupt durch die Thermodynamik sehr gut beschrieben. Die Frage ist nur, wie kommt es eigentlich, dass es hier auf Erden und vielleicht auch irgendwo anders im Weltall, wir wissen das ja nicht, Systeme gibt, die permanent Energie so umsetzen, dass sie dieser entropischen Maximierung entgegenwirkt. Warum? Was für ein Parameter, wenn man es physikalisch nehmen müsste, müsste man jetzt einen Parameter definieren, der durch diese Art der Existenz maximiert wird.

Also ganz analog zur Entropie, die sozusagen beschreibt, wie ein System seine Freiheitsgrade maximiert oder seine Unordnung maximiert, müsste es eigentlich einen übergeordneten, meiner Meinung nach, ich bin leider keine Theoretikerin, deswegen habe ich weder die Zeit noch die Möglichkeiten, mich da dran zu setzen und das zu überlegen. Aber eigentlich finde ich, müsste es einen übergeordneten physikalischen Parameter geben, der durch die Existenz und auch die Evolution des Lebens maximiert wird. Und ein Postulat, das erklärt, warum.

Zielgerichtetheit in der Wissenschaft

Gibt es denn eigentlich auch Kollegen, die dem widersprechen würden mit der Zielgerichtetheit? Ach, sicherlich, es gibt für alles Kollegen. Ich meine, Zielgerichtetheit klingt halt, es klingt ein bisschen blumig. Also es ist natürlich überhaupt nicht scharf definiert und das wird vielen nicht gefallen und mir gefällt es auch nicht. Ich würde jetzt auch keinen Kaper schreiten darüber.

Es ist nur, ich beobachte es und das ist sozusagen die Art, wie ich das, was ich vorfinde, wenn ich an lebenden Systemen oder an dem, was ich denke, mal lebende Systeme werden sollen. Und dann, wenn ich daran forsche, bemerke ich etwas, das ich nur als Zielgerichtetheit beschreiben kann, mit dem mir eigenen, sagen wir, meinen Kategorien, meinen Denkkategorien.

Viren und ihre Eigenschaften

Ich habe noch eine schnelle Nachfrage, weil Sie das vorhin so, ich sage mal, en passant gesagt haben, dass ein Virus kein Lebewesen ist, zumindest nicht nach unserer Definition. Und vielleicht wissen einige unserer Hörerinnen und Hörer jetzt nicht auf Anhieb, warum ein Virus kein Lebewesen ist. Können Sie das vielleicht nochmal erklären? Welche Merkmale, welche Kennzeichen treffen da nicht zu? Sehr gerne mache ich das.

Also die Zelle ist, wie gesagt, das ist eigentlich ein Erbe des 19. Jahrhunderts, zu sagen, Leben ist zellulär. Dazu kommt noch gleich, jede Zelle entsteht aus einer anderen Zelle. Also die Idee, dass eine Zelle erstmals neu in die Existenz tritt, ist damit nicht möglich. Das war von Pasteur und seinen Zeitgenossen die Antwort auf eine jahrhundertelange, ja, tausende lange Idee, dass Leben durch einen göttlichen Funken in irgendwelche Materie entsteht.

Kriterien des Lebens

Also dass es im Grunde so eine Beseelung gibt von Materie und dass das dann Leben hervorruft. Und das wurde dann abgeräumt von den damaligen Naturwissenschaftlern, zu sagen, wenn irgendwo aus dem Schlamm oder sonst wo Leben rauskommt, dann war das da auch drin. Und zwar in der Form von Zellen. Dieses Charakteristikum einer Zelle, es gibt viele, wenn Sie in Wikipedia oder irgendwo nachschauen, was alles Kriterien des Lebens sind, mittlerweile eine lange Latte von Kriterien. Jeder packt so sein Lieblingskriterium dazu.

Ich würde mal sagen, es gibt vier Kriterien, die ich für sehr, sehr wichtig halte. Das eine ist, dass es eine Information enthält, dass es weiß, was es ist. Also das ist etwas, das sich von etwas anderem unterscheidet, und das ist Information. Das zweite ist eine Hülle. Leben ist ein System, das sich von seiner Außenwelt durch eine Hülle abgrenzt, also ein Kompartiment, wenn man es so schön sagt.

Metabolismus und Evolution

Und ganz wichtig, und für viele Chemiker vor allem das Allerwichtigste, ist der Stoffwechsel, der Metabolismus. Das Umsetzen, die permanente Reaktion von Molekülen in andere Moleküle, gesteuert durch Energie. Der ersten Lebensform hatten die Energie wahrscheinlich aus der Sonne oder thermalen Quellen, wir wissen es nicht. Energie ist immer wichtig. Sehr viele unserer heutigen Organismen nehmen diese Energie aus den Molekülen, die sie sozusagen aufnehmen, indem wir essen.

Wir können leider nicht mehr Photosynthese machen, sehr schade. Vielleicht wäre das eine Idee für die Zukunft. Aber diese Energie wird permanent umgesetzt in der Weise, dass Moleküle in andere Moleküle sich verwandeln und auf diese Art und Weise Ordnung schaffen in dem System und das System strukturieren. Und genau dieses Kriterium, Metabolismus, Stoffwechsel, das Umsetzen von Energie, das Umsetzen von Molekülen, diese Riesenzahl von chemischen Reaktionen, die in der Zelle permanent ablaufen, das hat ein Virus nicht.

Viren als gespeicherte Information

Ein Virus ist gespeicherte Information. Diese Information, und das ist das Interessante, also ich habe das vierte Kriterium nicht genannt, Evolution hatten wir ja schon. Evolution ist das ganz, ganz Wichtige. Dieses System bleibt nicht, wie es ist. Es verändert sich, indem es permanent außerhalb des chemischen Gleichgewichts, des thermodynamischen Gleichgewichts permanent Energie umsetzt, seine Moleküle permanent ersetzt, erneuert, verändert. Es sie auch und auf die Art und Weise ist Leben von der allerersten Zelle, von der wir nicht wissen, wie sie ausgesehen hat, zu dem geworden, was uns heute sozusagen auf dem Monitor gegenüber sitzt.

Und das hat ein Virus nicht. Stoffwechsel und Evolution. Also ein Virus hat sehr wesentliche Kriterien. Leider, das haben wir in der Corona-Zeit ja auch sehr schmerzhaft erfahren müssen, dass ein Virus evolviert. Es ist nämlich nicht permanent verändert. Letzten Endes war es gut, denn die neuen Versionen waren weniger tödlich als die ersten. Aber Evolution kann ein Virus allerdings nur, wenn es auf eine Zelle drauf springt.

Abhängigkeit von Wirtszellen

Es braucht sozusagen ein Pferd. Es braucht ein Organismus, irgendwelcher Art, eine Zelle, irgendwelcher Art, damit es diese Information, die in ihm steckt und die auch irgendwie seine Identität ausmacht, entfalten kann. Das, was wir als Zielgerichtetheit an Leben wahrnehmen, das projizieren wir ja tatsächlich in das Virus auch rein. Das war ja das Interessante, das Virus will ja immer irgendwas.

Sie müssen in Zeiten, in denen die Presse da groß geschrieben hat, was das Virus will und wo es hin will und was es macht, wir tun so, als wollte es was. Und vielleicht ist das gar nicht so falsch, denn die Information bedeutet ja etwas und die Evolution dieser Information bedeutet auch etwas. Insofern ist die Sprachform des Wollens eines Virus naturwissenschaftlich vielleicht nicht so richtig korrekt, aber es trifft schon einen wichtigen Kern des Lebens und auch der viralen Existenz.

Laboralltag und synthetische Biologie

Jetzt würde ich gerne aus den philosophischen und sehr grundlegenden Überlegungen mal so ein bisschen in die Niederungen Ihres Laboralltags als experimentelle Biophysikerin reinkommen. Wir haben eingangs gesagt, Sie sind eine Vertreterin der synthetischen Biologie, also die Biologie, die so probiert, mit Legosteinen quasi, bildlich gesprochen, etwas zu bauen. Und Sie versuchen, künstlich im Labor etwas Lebendiges zu bauen. Woran würden Sie denn selbst erkennen, wenn Sie das mal geschafft haben?

Das ist eine sehr, sehr wichtige und spannende Frage, die ich bisher noch nicht beantworten kann, weil es noch nicht mal in der Nähe dessen ist, was leben kann. Also wir sind im Moment noch dran. Wie schon gesagt, ich finde diese Definition, dass jedes lebende System zellulär ist, eigentlich ganz hilfreich, wenn sie auch vielen von meinen Kollegen nicht so gut gefällt, weil eben Evolution wahrscheinlich schon vor der Zelle angefangen hat.

Ziel der Forschung

Wir wollen also eine Zelle bauen. Wir wollen etwas bauen, das sich exakt genau so verhält wie eine Zelle. Natürlich jetzt nicht eine menschliche Immunzelle oder so etwas wirklich Hochentwickeltes, sondern wie die allereinfachste Zelle möglicherweise mal ausgesehen haben könnte, was sie vielleicht getan haben könnte. Und da kommen wir wieder zu diesen Definitionen vom Anfang zurück. Es muss auf jeden Fall ein Metabolismus her.

Eine Definition habe ich nicht gesagt oder ein wichtiges Kriterium, an dem wir tatsächlich arbeiten. Das ist die Replikation. Das habe ich vorhin vergessen. Schande über mich. Die Replikation. Jedes lebende System evolviert, indem es sich selbst nicht nur erneuert, sondern es sozusagen auch materiell erneuert, indem es sich teilt und vervielfältigt.

Zellteilung als Kriterium

Und die Zellteilung ist tatsächlich etwas, das physikalisch sehr schön einsehbar ist. Im Gegensatz zu einem Metabolismus, zu einer Vielfalt von kinetischen Reaktionen können Sie sehr schön unter dem Mikroskop sehen, wann sich eine Zelle teilt. Das ist also etwas, das mit mikroskopischen Methoden, und das waren immer schon meine Lieblingsmethoden im Labor, sehr schön zu sehen.

Und ohne Replikation, ohne Teilung kommen wir natürlich, das ist kein lebendes System. Das heißt, an diesem Kriterium arbeiten wir vorrangig im Moment. Das Kriterium ist natürlich überhaupt nicht hinreichend. Es ist notwendig, aber nicht hinreichend. Das heißt, wenn wir der mal einst, vielleicht ist das gar nicht so lange hin mehr, wir sind schon recht dicht dran, ein System zu haben, das in der Lage ist, also ein abgeschlossenes System, ein Kompartiment, in unserem Fall ein Membranvesikel, denn wir können ja noch gleich zum Membranthema zurückkehren.

Membranstrukturen und ihre Bedeutung

Jede heutige Zelle auf der Erde hat eine Membran um sich herum. Das ist diese Hülle, von der Sie eben sprachen. Genau diese Hülle sind meistens Phospholipide, wie in unserem Fall, manchmal ganz bizarre Dinge, aber es sind immer sogenannte Amphiphile Moleküle. Amphiphile heißt, dass diese Moleküle auf der einen Seite Wasser möchten und auf der anderen Seite kein Wasser, also Öl, irgendwas Unpolares.

Und die lagern sich in diese Doppelschichten zusammen. Das heißt, die unpolaren Schwänze dieser Moleküle, die gehen nach innen und dann gibt es eine Gegenseite, die auch wieder ein unpolares Inneres hat und ein polares, wasserliebendes Äußeres. Und dieses Strickmuster, wenn man so will, Moleküle, die auf beiden Seiten oder Molekülansammlungen, die auf beiden Seiten, auf beiden Oberflächen Wasser haben und innen drin aber kein Wasser wollen, die sind extrem praktisch als Hüllen für alles, für alle chemischen Reaktionen, die sich im Wasser abspielen, um außen von innen abzugrenzen.

Anpassungsfähigkeit der Membranen

Weil die können sehr, sehr dünn sein, sind nur wenige Nanometer dick. Also ein Tausendstel von Mikrometer. Ein Mikrometer ist wie ein Hundertstel von einem Haar. Also sehr, sehr dünne und sehr bewegliche, sehr flexible Strukturen. Das ist auch hilfreich, denn dadurch können sie sich anpassen an ihre Umgebung. Und obwohl sie so dünn sind, können sie wunderbar außen von innen trennen. Also alles, was ein bisschen größer ist als ein Wassermolekül, und selbst Wassermoleküle haben es nicht so leicht, da durchzugehen.

. Also sie können wunderbar eine Barriere bilden und die schließen sich dann auch wie Seifenblasen aussehenden Volumina zusammen. Und das sind wunderschöne experimentelle Systeme, die man als Modellzelle oder manchmal nennt man sie auch Protozelle verwenden kann. Die sind auch recht leicht herzustellen, also braucht man keine teuren Maschinen. Es geht. Einfach indem man diese Lipide, diese Moleküle, die eigentlich Fettmoleküle sind, wenn man die einfach eintrocknet und wieder sozusagen rehydriert, das Wasser wieder zu gibt, bilden die autonom, wenn man es richtig macht, autonom solche Kompartimente.

Und Sie wollen sie dazu bringen, dass sie sich teilen. Genau. Also Sie müssen sich das jetzt vorstellen wie eine Seifenblase, nur eben unter Wasser. Und diese Seifenblase enthält etwas Chemisches, also reaktive chemische Moleküle. Und hier wird es natürlich spannend: Was enthält die denn da? Das ist ja das, was sozusagen das Einzige ist, mit was wir sozusagen funktional arbeiten können. Das sind in unserem Fall Proteine. Kann ich gern auch noch ein bisschen was dazu sagen.

Und das, was sie enthält, diese Moleküle, die sie enthält, die sollen sich durch Energieeintrag selbst organisieren, Muster bilden, sozusagen noch raumzeitlich dieses Kompartiment, diese Seifenblase, strukturieren von innen und sie dazu bringen, sich selbst in zwei Keile zu teilen. Das ist das, was wir experimentell im Moment machen.

Fortschritte in der Forschung

Wie nah sind Sie denn jetzt dem Ziel, eine künstliche Zelle zu bauen, schon gekommen? Also ist das jetzt schon so etwas wie eine Zelle? Also wir sind dem Ziel der autonomen Teilung schon sehr nah. Also was wirklich lange Jahre nicht funktioniert hat, funktioniert jetzt. Nämlich, dass wirklich diese kleinen Seifenblasen wirklich durch die Proteine, die wir in diesem System drin haben, und das sind sehr wenige Proteine, das ist eben der ganz wichtige Unterschied zu allen Zellen, die Sie auf der Erde finden.

Die Teilungsapparate von Zellen von Organismen, egal welcher Art, sind hochkomplex. Das ist eben sozusagen die Kehrseite der Evolution. Seit vier Milliarden Jahren evolvieren Zellen und überlegen sich, wie sie die Teilung noch besser und noch präziser und noch stabiler machen. Und dadurch sind die Teilungsapparate von echten Zellen relativ kompliziert.

Natürlich haben wir angefangen, damit abzugucken: Wie machen es denn einfache Organismen, Bakterien zum Beispiel, die sehr viel einfacher sind als unsere Körperzellen? Und haben dann versucht, ein System oder biologische Systeme von denen abzugucken, sozusagen aus denen rauszunehmen und in unsere Seifenblasen reinzustecken. Und zu gucken, wie viele von diesen funktionalen Proteinen, von diesen Elementen, die in Zellen dafür zuständig sind, dass sie sich teilen, wie viel brauchen wir denn? Geht es auch ganz einfach?

Also können wir wirklich ein ganz, ganz einfaches System mit nur ganz wenigen verschiedenen Molekülen benutzen, um das hinzubekommen? Und das hat lange nicht funktioniert. Also haben wir es natürlich herangetastet. Und mittlerweile haben wir tatsächlich ein System von Molekülen, das in der Lage ist, diese wirklich große Änderung, diese große Volumenänderung, also dass Zellen unter dem Mikroskop wirklich wie ein rundes, ein kugelförmiges kleines, wie sagen wir, Protozellsystem plötzlich anfängt, so eine Handtelform zu bilden.

Und dann, jetzt kommt noch der letzte Schritt, dass es wirklich sich die Handtelformteile voneinander trennen. Das denken wir, ist gar nicht so ganz kompliziert. Aber das ist natürlich schon enorm, das zu sehen, wie das von selbst passiert. Also da machen wir nichts. Also nicht so, dass wir jetzt Licht drauf scheinen oder aufheizen oder schütteln. Man schüttelt natürlich vieles.

Fragen zur Teilung

Nein, nein, die sind wirklich, die liegen da rum. Die sind von uns überhaupt, also wir lassen die komplett in Ruhe. Wir gucken sie nur an. Und plötzlich fangen die an, sich selbst sozusagen von einer Kugelform in eine Handtelform zu verändern. Zwei kurze Nachfragen: Wie lange dauert das zeitlich? Und das Zweite, wenn sich das einmal geteilt hat, werden dann die beiden neu entstandenen Teile vom Volumen her kleiner, nehme ich mal an. Das heißt, also Wachstum ist da noch nicht mit inbegriffen?

Nein, das ist genau das Problem. Wir zerlegen die verschiedenen, also es dauert ungefähr eine Stunde. Also in diesem Maßstab, je nachdem, wie groß das System ist, wie die Umgebungsparameter sind, dauert es ungefähr eine Stunde. Wachstum ist nicht drin. Es ist auch keine Information drin. Wir haben bisher nur die Maschinerie, die diese Teilung für uns macht.

Allerdings, und das ist, finde ich, das Tolle daran, selbst organisiert. Ja, also durch Energie, also genau das, was Schrödinger postuliert hat. Es entstehen hier wirklich Ordnungsstrukturen, raumzeitliche Ordnungsstrukturen, die einen Prozess anstoßen, der sehr geordnet, sehr kontrolliert ist, der immer auf die gleiche Weise abläuft. Und das nur durch die Verfügbarmachung von, in unserem Fall, chemischer Energie.

Energiequelle und Herausforderungen

Und ich wollte gerade fragen, wo kommt die Energie her? Oder wird da Energie freigesetzt? Oder wie, also was passiert da jetzt? Wie wird dieser Prozess angestoßen? Diese Energie ist da, schummeln wir. Also sagen wir mal, jetzt unter dem Gesichtspunkt des Origin of Life würde ich sagen, wir schummeln. Wir nehmen nämlich sowohl die Elemente, die tatsächlich diese Arbeit machen, die Teilung dieses Kompartiments, als auch die Energie.

Haben wir abgeguckt von echten lebenden Systemen. Die Energie ist ATP. Das ist die Energieeinheit, unsere Energiewährung, wenn man so will, das Benzin unserer Zellen, Adenosintrifosphat. Ich muss mal ein bisschen klugscheißern hier. Ganz genau, übrigens auch ein Bestandteil, also ursprünglich, unsere, also es ist eine Base, ja, das ist ein Bestandteil der DNA. Aber also jetzt nicht ATP, aber sozusagen das Grundelement.

Aber dieses Molekül ist wirklich ein ganz großer Leistungsträger, wenn man so will, in allen lebenden Systemen, weil es nämlich Energie als chemische Energie speichern kann. Und zwar geht es darum, also wenn ein Phosphat sozusagen drankommt an das Molekül, ist es energiereicher. Und wenn es das Phosphat abgibt in ADP, Adenosindiphosphat, dann ist es energieärmer.

Und diese Energie bei der Abgabe des Phosphats kann auf ein anderes Molekül übertragen werden, um dieses andere Molekül zu befähigen, eine Funktion zu übernehmen, wie zum Beispiel eine Membran zu deformieren. Das ist ja, wenn man so will, ein energieintensiver Prozess. Wenn Sie einen Luftballon haben und den zusammendrücken, müssen Sie da Kraft ausüben. Und diese Kraft muss ja irgendwo herkommen, und die kommt tatsächlich aus dem ATP.

Das heißt, wir füttern unser System mit dieser zellulären Energie, und die wird verbraucht dabei. Das heißt, auch wir kommen gar nicht mal nur durch den immer weiter verkleinerten Prozess, weil die neuen Zellen dann halb so groß sind wie die großen, an unser Limit, sondern auch dadurch, dass das ATP aufgebraucht wird. Und das machen ja unsere Zellen kontinuierlich durch Stoffwechsel, produzieren es nach sozusagen. Und das passiert in dieser Zelle aber nicht. Genau.

Zukünftige Herausforderungen

Das heißt, wir haben ein ganz wesentliches Kriterium noch nicht erfüllt, und das ist sozusagen die große Hausaufgabe für die Zukunft. Jetzt nicht nur von uns, sondern von anderen Gruppen. Wir arbeiten da zum Beispiel auch mit einer sehr, sehr guten Gruppe in Holland zusammen. Diesen Metabolismus, also den Stoffwechsel, den muss man natürlich auch einbauen in die künstlichen Zellen, wenn man die dahin bringen will, dass sie so aussehen, als würden sie leben. Und das haben wir überhaupt noch gar nicht versucht.

Da ist nicht so, dass wir daran gescheitert sind. So habe ich es noch nicht mal versucht, weil wir die letzten Jahre eben mit diesem mechanischen Prozess der Teilung beschäftigt waren. Jetzt hört man ja raus, dass es extrem knifflig ist. Woher nehmen Sie Ihre Motivation, da so begeistert dran zu bleiben?

Also einmal finde ich die Frage einfach wahnsinnig spannend. Und zweitens lernt man auch bei gescheiterten Experimenten immer etwas und hat immer Überraschungen. Also es ist natürlich so, 90 Prozent oder noch mehr der Experimente gehen ja schief. Das ist, denke ich mal, in naturwissenschaftlichen Kreisen hinreichend bekannt, dass das meiste eben nicht klappt und vor allem gar nicht so klappt, wie man sich das vorgestellt hat.

Aber das, was man dann sieht, wenn man genau hinguckt, ist auch wieder so spannend, dass man wieder neue Fragen hat. Also ich denke, der Weg ist das Ziel in der Wissenschaft. Und allein die Befassung mit bildgebenden Verfahren ist so befriedigend. Also mikroskopische Verfahren. Ich habe in meiner Doktorarbeit rein spektroskopisch gearbeitet, immer nur beim Spektren aufgenommen.

Und ich habe immer die Leute beneidet, die die bildgebenden Verfahren hatten, die wirklich was angucken konnten. Und ich finde das einfach so schön. Also man ist permanent einfach unterhalten von seiner Forschung. Es ist, was da passiert unter dem Mikroskop, selbst wenn man es nicht versteht, selbst wenn es genau das Gegenteil ist von dem, was man eigentlich erhofft hatte. Selbst dann ist es unterhaltsam.

Grundlagenforschung und Anwendungsnutzen

Zum Thema das Unsichtbare Sichtbarmachen haben wir auch eine Folge für unsere Hörerinnen und Hörer mit Stefan Hell, der ja die Grenzen dessen, was man mit Mikroskopen anschauen kann, sehr, sehr weit nochmal ausgedehnt hat. Ich habe noch eine Frage. Eben sind wir so ein bisschen konkreter geworden. So sieht das so im Labor aus.

Jetzt nochmal geweitet. Was Sie machen, ist Grundlagenforschung, ist ja evident. Man könnte vielleicht sogar sagen, naja, da gibt es eine Theorie von Schrödinger und man hat Kriterien, was ist jetzt Leben überhaupt, was kennzeichnet das. Und Sie machen Experimente, wo Sie Schritt für Schritt aufbauen, quasi auch diese Theorie von Schrödinger und anderen vielleicht auch probieren zu überprüfen. Hat aber vielleicht auch so am Horizont Ihre Forschung auch irgendwie einen Anwendungsnutzen?

Also kann man irgendwie auf medizinische oder neue Materialien oder irgendwelche Erkenntnisse hoffen? Auf jeden Fall. Jede Forschung, alles, was man lernt über die Welt, hat einen Anwendungsnutzen. Ich denke, es ist ganz schwierig zu sagen, was nützt denn wirklich und was nützt nichts.

Also fast jede Anwendung, die Sie heute finden, fast jedes Medikament, das es auf dem Markt gibt, fast jedes Material, das neu geschaffen wird, fast jeder, jedes Enzym, der Katalysator, der sozusagen unser Leben einfacher und schneller und besser macht, war irgendwann mal Grundlagenforschung. Was gar nicht geht, ist das Gras zu ziehen, dass es wächst. Also zu sagen, wir wollen unbedingt das haben und deswegen müsst ihr jetzt ganz doll daran forschen.

Da gibt es ein Großbeispiel, das ist der Kampf gegen Krebs, der Phantastilliarden verschlungen hat und doch auch, muss ich sagen, mittlerweile erstaunlich erfolgreich war, jetzt nach 70 Jahren. Aber jenseits von diesen großen Menschheitsproblemen, die man natürlich lösen will, auch die Energiefragen, natürlich muss man daran forschen, natürlich brauchen wir neue Ideen.

Aber die besten Ideen kann man nicht am Reißbrett entwerfen. Die kommen aus der Grundlagenforschung, aus Fragen, die am Rande von dem sind, was Leute interessiert. Das ist genau das, was wir auch feststellen. Unsere spannendsten Ergebnisse sind die, die wir nicht beabsichtigt haben, die wir nicht vorgehabt haben, wo wir keinen Forschungsplan darüber geschrieben haben. Das sind die spannendsten.

Und das gilt fast für alle Wissenschaftler. Natürlich, wenn das Ergebnis da ist, versucht man natürlich so zu tun, als hätte man immer dieses Ergebnis im Sinn gehabt. Das ist ja ganz menschlich, aber sehr oft ist es eben nicht so.

Forschung zu LUCA

Sie versuchen ja, Sie haben diesen Begriff selbst genannt, so eine Protozelle zu entwickeln im Labor. Man könnte es auch Urzelle nennen. Was wissen wir denn durch Ihre Forschung, durch andere Forschungen heute bereits über die erste Zelle, diesen einen Vorfahr, auf den alle Lebewesen auf diesem Planeten, auf der Erde, zurückgehen? Man nennt ihn ja auch LUCA, Last Universal Common Ancestor.

Da weiß man aus meiner Forschung gar nichts. Ich arbeite daran tatsächlich nicht, obwohl ich das total spannend finde. Es ist ja jetzt nicht so, dass LUCA die allererste Zelle auf unserer Welt war, jedenfalls nicht nach den Kriterien, was alles eine Zelle ist. Es war die allererste Zelle, die so funktioniert hat, wie unsere heutigen Zellen, nämlich dass sie eine Nukleinsäureninformation hatte, also DNA.

Dass sie den Apparat hatte, diese Nukleinsäureninformation in Proteine, also in Eiweiße, zu übersetzen. Proteine sind die Leistungsträger in unseren Zellen. Das sind diese Funktionselemente, die alles machen, was irgendwie interessant ist in der Zelle. Wenn ich davon rede, dass es bei uns in unseren Minimalsystemen zu einer Reaktion kommt, die dazu bringt, dass diese sich teilt, dann sind die Elemente, die diese Reaktion ausführen, die den Job machen, das sind Proteine, Eiweiße, sehr komplizierte Eiweiße.

Eiweiße sind natürlich in gewisser Weise eine Möglichkeit, Funktionen zu kodieren, zu absolvieren, aber nicht die einzige Möglichkeit. Was LUCA war, und das ist eigentlich das Superspannende, dass es tatsächlich einen Vorläufer von allem gab, was heute Leben ist, dass diese Abfolge, das sogenannte zentrale Dogma der Biologie, DNA als Information, dann eine Maschinerie, die diese DNA in Funktionsmodulen, nämlich Proteine, übersetzt und diese Proteine dann als die, die tatsächlich den Job machen, die Arbeit machen, die chemischen Reaktionen, die Energieumwandlung, die Veränderung, alles, was eine Zelle spannend macht, das sind die Proteine.

Entstehung von Leben

Glauben Sie denn, dass diese allererste Zelle, LUCA, auf der Erde entstanden ist oder kam die vielleicht aus dem All zu uns? Ich glaube, da gibt es so eine Theorie, die nennt sich Panspermia, also dass das Leben gar nicht auf der Erde entstanden ist, sondern quasi aus dem Weltall zu uns gekommen ist. Also ich glaube das tatsächlich nicht. Es ist aber auch völlig irrelevant.

Also wir wissen über unsere Erde vor 4 Milliarden Jahren ein bisschen mehr als über das Weltall. Aber so richtig viel wissen wir auch nicht. Also wie das da wirklich ausgesehen hat, unter welchen Bedingungen diese allererste Zelle sich jemals gebildet hat, da ist es eigentlich ganz egal, ob das hier auf der Erde war oder im Weltall, weil wir diese Bedingungen ohnehin nicht mehr haben.

Die wichtige Frage ist, unter welchen Bedingungen passiert es denn? Unter welchen Bedingungen kann es denn passieren, dass sich Moleküle zusammenlagern und eine allererste Zelle bilden? Und wo diese Bedingungen genau geherrscht haben, ob bei uns oder draußen, ist wirklich völlig egal.

Bedingungen für die Entstehung

Und welche Bedingungen sind das? Naja, es ist sicherlich so, da hat jeder seine Lieblingsthese, ob im Eis oder in thermalen heißen Quellen auf dem Meeresboden oder unter Beschuss durch Asteroiden oder im Vulkan. Also da gibt es natürlich auch sehr viel wirklich interessante Forschung dazu, unter welchen Bedingungen können sich denn die Moleküle bilden, die Bestandteil von LUCA waren und heute Bestandteil unserer Zellen sind.

Unter welchen Bedingungen kann sich DNA bilden, also Nukleinsäuren zu langen Nukleinsäureketten zusammenlagern? Unter welchen Bedingungen kann eine Aminosäurensequenz entstehen? Das sind alles Fragen, die kann man natürlich mit chemischer Grundlagenforschung lösen.

Das bekannteste Experiment dazu war ja Miller and Urey, sagt Ihnen sicher was. Die der Meinung waren, dass es vor allem Energie aus Blitzen und vermutlich auf der frühen Erde vorhandenen kleinen Molekülen im Grunde zu sowas wie ersten Biomolekülen kommen kann. Und das kann man tatsächlich im Labor ja auch zeigen. Also man kann diese Grundbausteine unserer heutigen Biomoleküle durch bestimmte chemische Umgebungsbedingungen, thermischen Energieeintrag, hinbekommen.

Entstehung von Leben und Naturgesetze

Glauben Sie, dass Leben fast zwangsläufig entsteht, wenn die Bedingungen dafür stimmen und die Naturgesetze funktionieren? Das glaube ich ganz sicher. Ich denke, da steckt ein Gesetz dahinter, ein Naturgesetz, das dazu führt, dass sich so etwas wie ein allererstes Molekül, das dann der Evolution fähig ist, bildet. Das muss natürlich überhaupt gar nicht immer so aussehen wie bei uns.

Die Möglichkeit, dass es eben nicht kohlenstoffbasiert ist oder dass es auf jeden Fall nicht DNA- und proteinbasiert ist, die ist sehr hoch. Also das heißt, Leben im Weltall könnte auch ganz anders aussehen als Leben auf der Erde. Oder vielleicht auch Leben im Labor.

Wenn Sie Leben im Labor nachbauen, das klingt ja auch so ein bisschen nach Science Fiction. Fühlt sich das manchmal auch so an für Sie oder für Ihre Doktoranden? Nein, eigentlich nicht. Wir bleiben noch sehr nah an den Bausteinen, die wirklich in echten lebenden Systemen vorhanden sind.

Das klingt vielleicht ein bisschen wilder, was wir machen, als es tatsächlich ist. Wir arbeiten noch sehr, sehr stark auch mit traditionellen biochemischen und molekularbiologischen Methoden. Und das ist vielleicht eine Antwort auf Ihre andere Frage.

Neue Möglichkeiten durch künstliche Intelligenz

Was wir entdecken an unseren Molekülen, die wir versuchen zusammenzubauen zu einer Minimalzelle, ist teilweise so, dass es sogar für die Biowissenschaften von Interesse sein kann. Was wir jetzt seit Kurzem machen, natürlich wie fast alle, die sich mit Proteinen beschäftigen, wir versuchen natürlich jetzt, diese neuen Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz zu nutzen und Proteine wirklich ganz neu zu designen.

Also gar nicht mehr der Natur sozusagen die abzugucken und aus Bakterien aufzureinigen und zu sagen, okay, die Bakterien machen so, nehmen wir doch das. Wir haben das auch in der Vergangenheit nicht rein wir haben nicht nur kopiert. Wir haben die Moleküle nicht nur aus ihren Organismen genommen und in unsere Seifenblasen reingepackt.

Wir haben die schon auch verändert, vereinfacht, bestimmte Bedingungen, die eben in unseren Systemen besser sind, verändert. Also Proteine verändern, das gibt es ja schon sehr lange. Aber was eben durch die neuen Möglichkeiten jetzt nur der Boden bereitet ist, ist das völlig neue Design, das es gar nicht gibt in der Natur.

Und für uns ist das besonders spannend, weil wir ja, wir haben ja Systeme, die wir sehr gut verstehen. Also ein Protein zu designen für eine menschliche Zelle ist ja eine ganz andere Hausnummer als ein Protein zu designen für eine künstliche Zelle. Denn ein Protein für eine menschliche Zelle darf da auch gar nichts kaputt machen.

Ja, also da müssen wir natürlich mit ganz vielen Fragen uns beschäftigen. Wenn uns wirklich etwas gelingt, dann muss man ja erstmal gucken, wie sieht es denn im Gesamtsystem, im natürlichen Gesamtsystem, aus, zum Beispiel Immunantwort. Was macht ein Immunsystem mit so einem neuen Protein? Das kann völlig ausflitten und dann ist es gar nicht gut.

Sicherheit und ethische Überlegungen

In unseren Zellen können wir sagen, gibt es kein Immunsystem. Wir können ein Protein designen, das exakt das macht, nichts anderes, das auch mit nichts anderem interferiert, weil es nichts anderes gibt. Und da ist natürlich für uns im Grunde, also es ist paradiesisch, eigentlich die Möglichkeiten, die wir jetzt heute haben.

Ich habe mich jetzt mal ein bisschen provokant gefragt: Wenn Sie jetzt auch völlig neue Arten von Leben potenziell nachbauen können, spielen Sie dann nicht auch so ein bisschen Gott? Also das ist so eine, das antworte ich eigentlich sehr gut. Ich kann Gott nicht spielen.

Also ich weiß nicht, was Leute umtreibt, die der Meinung sind, man könnte Gott spielen. Man kann die Potentialitäten des menschlichen Denkens, der menschlichen Kreativität ausreizen. Aber wir sind Menschen, wir sind nicht Gott. Wir können auf Gott nicht spielen.

Ich meine, natürlich, wenn jemand seine Atomraketen irgendwo hinschickt, das ist ein anderes Ding von Gott spielen. Aber was wir machen, ist, wir versuchen, die Natur zu verstehen, indem wir sie nachbauen und verändern. Da kann Gott nur lachen drüber. Also ich würde mal sagen, das ist weit weg von Gott spielen.

Zukunftsperspektiven

Aber könnte es dann nicht doch passieren, wenn Ihnen eines fernen Tages gelingt, dass diese künstliche Zelle eben nicht nur in der Lage ist, sich zu teilen, indem Sie ihr die Energie mit eingeben, sondern dass sie diese Energie selber herstellen kann, dass sie plötzlich im wahrsten Wortsinne ein Eigenleben entwickelt, dem Labor entwischt und das bisherige Leben auslöscht?

Also das halte ich für sehr unplausibel, denn bei uns geht alles sofort wieder kaputt, was wir machen. Das ist nämlich der wirkliche Knackpunkt. Der Evolution, die hat Organismen entwickelt, die überlebensfähig sind. Und dafür hat sie vier Milliarden Jahre gebraucht.

Was wir im Labor herstellen, hat diese vier Milliarden Jahre der Adaption auf die Umgebung nicht. Ja, also es ist höchst unwahrscheinlich, dass eine Zelle, die in einem völlig geschützten Labor unter besten Fütterbedingungen von uns zusammengebaut wird, irgendwie konkurrieren kann mit dem Leben da draußen. Das ist, würde ich mal sagen, nach allen Regeln der wissenschaftlichen Logik praktisch unmöglich.

Also Sie haben auch nicht so ein Hochsicherheitslabor, wie man das kennt von so ganz, wenn man mit Ebola-Viren jetzt irgendwie arbeiten würde, dann müsste man hier Stufe vier Labor. Ja, machen Sie haben ein ganz normales Labor in einem ganz normalen Setting. Eine biologische Sicherheit.

Das heißt, wir machen natürlich veränderte Proteine, keine Organismen, veränderte Proteine, die natürlich die Proteine sind in Bakterien, die auch dadurch, dass es andere Proteine sind, auch verändert sind. Aber das ist alles sehr, sehr Standard. Das hat keinerlei Relevanz für irgendwelche gesundheitlichen oder Sicherheitsaspekte.

Ethische Überlegungen in der Forschung

Würden Sie in Bezug auf Ihr eigenes Fach auch Kolleginnen und Kollegen sagen: Na ja, es gibt schon ein paar Dinge, die sollten wir gar nicht erst versuchen? Also ich erinnere mich daran, im Dezember 2024, glaube ich, haben eine Reihe von namhaften Forschenden in Science davor gewarnt, spiegelbildliche Molekülsysteme, also sogenannte Spiegelbakterien, irgendwie im Labor herzustellen.

Vielleicht können Sie das mal kurz ausführen, was da eigentlich so schlimm dran wäre und ob Sie auch sagen würden: Nee, nee, also das wäre so ein Fall, da sollten wir von Anfang an die Finger von lassen. Kann ich gerne. Ich bin sogar Mitautorin auf diesem Studium. Volltreffer.

Weil ich das gar nicht unbedingt wollte. Also ich wollte da eigentlich, weil wir damit nicht arbeiten und weil ich selber, da muss ich ganz ehrlich sein, auch jetzt die ganz große Gefährdung nicht sehe. Allerdings, wir hatten uns eben im Vorfeld zu dieser, zu diesem Paper getroffen und über diese Thematik gesprochen.

Es gibt tatsächlich Kollegen, die der Meinung sind, dass es gefährlich ist, Spiegelorganismen zu bauen, weil diese Spiegelorganismen unsere natürlichen Abwehrsysteme, unsere Immunantwort, eben austricksen. Also natürlich könnten, also es ist ja sehr plausibel, wenn also die Schlüssel-Schloss-Thematik in unseren Immunzellen nicht mehr passt.

Wenn jetzt ein Pathogen, also irgendein Bakterium oder ein Virus, sozusagen gar nicht mehr erkannt werden kann, weil er eine spiegelbildliche Struktur hat, dann sind wir tatsächlich nicht mehr in der Lage, auf solche Pathogene zu reagieren. Und das hieße natürlich, dass wir denen schutzlos ausgeliefert sind.

Was ich immer für mich als Gegenargument sehe, ist, dass die Pathogenität entsteht ja im Grunde daraus, dass sich Pathogene aus unseren Bestandteilen aus unseren körpereigenen Molekülen neu zusammenbauen. Ja, also eine Bakterienzelle, die eine Zelle hält, ist ja deswegen so tödlich für diese Zelle und dann auch für den ganzen Organismus, weil sie die ganze Energie, die ganzen Moleküle der Zelle aufbraucht, um sich selber zu bauen, sodass die Zelle nichts mehr machen kann.

Ja, also dem wird sozusagen, wenn ihre Baustoffe natürlich passieren auch noch Beschädigungen von zellulären Strukturen, aber in allererster Linie bauen die sich ja aus uns, aus unseren Baustoffen selbst neu auf und schädigen dadurch den Organismus. Und ich kann mir eben nicht vorstellen, dass die spiegelbildlichen Organismen in uns so viel Material finden würden, dass sie sich da selber spiegelbildlich aufbauen.

Ja, das müsste ja alles spiegelbildlich laufen. Wir sind ja nun mal in unserer sozusagen Seitenrichtung aufgebaut. Und wenn ein Spiegelorganismus uns befällt, da müsste es schon sehr, sehr schlau anstellen, dass er erstmal alles umdreht. Und dann, also das kann ich mir schlecht vorstellen. Aber natürlich, ich denke, es gibt guten Grund, das mit Skepsis und auch mit Vorsicht zu machen.

Eine Teilfrage war ja auch, wo denn so eine Grenze verläuft, ab der Sie sagen würden, das machen wir in unserem Labor mit unseren Methoden oder auch im Hinblick auf das, was Sie erreichen wollen, auf gar keinen Fall. Wo verläuft da so die Grenze?

Naja, ich möchte auf gar keinen Fall irgendwelchen Menschen Schaden zufügen. Ich möchte auch keinen anderen Organismen Schaden zufügen. Aber das ist natürlich, wann schädigt man? Also ich denke, man schädigt, wenn andere Organismen sterben wegen unserer Forschung. Und allein das sehe ich schon da nicht.

Ja, also das einzige, die einzige, und da kommen wir natürlich auch wieder in philosophisch-moralische Fragen, die einzige Gefahr, die meiner Meinung nach besteht durch unsere Forschung eine Gefahr. Es gibt durchaus Menschen, die das als echtes Problem ansehen. Ich sehe es nicht als ein Problem an, was das eigentlich mit unserem Selbstverständnis macht, mit unserer Moral als der Krone der Schöpfung.

Die auf gar keinen Fall schädigt, verstehe ich das recht, dass diese Warnungen, die Sie jetzt so ein bisschen also nicht so zu Ihren eigenen machen, dass die so in die Richtung gehen: Naja, wenn Sie jetzt da zeigen können, dass man irgendwie als Mensch Leben neu herstellen kann im Labor, dann nehmen Sie anderen Leuten die Grundlage zu glauben, dass etwas von ihrem Lebenswert. Oder habe ich das falsch verstanden?

Das haben Sie richtig verstanden. Also, es gibt durchaus, wie man sagen, anderen Leuten, also es gibt ja durchaus eine gewisse moralische Besonderheit lebender Systeme. Also Menschen lassen wir jetzt mal ganz aus, aber auch lebende Systeme als solche genießen ja einen höheren moralischen Stand als ein Stamm. Je größer diese Lebewesen sind, je menschenähnlicher, desto stärker wird dieser moralische Status.

Und wenn es tatsächlich gelingen sollte, mir gelingt es sicher nicht, aber wenn es gelingen sollte, lebende Systeme auch ganz einfache lebende Systeme wirklich aus Molekülen aufzubauen, dann heißt das natürlich was. Das lebende System im Kontrast zu den nicht lebenden Systemen. Also diese Göttlichkeit genießt Leben ja nur, weil es eben was anderes ist als die Materie, die nicht lebt.

Und das ist schon ein da muss man drüber nachdenken, philosophisch, was das bedeutet. Ich bin da auch nicht der Meinung, dass das jetzt ganz und gar problemlos ist. Meine eigene Antwort auf diese Frage ist, dass wir, wenn wir sozusagen mit Ehrfurcht auf etwas schauen, dass wir vielleicht unsere Ehrfurcht einfach ein bisschen weiter nach vorne ausdehnen und gar nicht so einen ganz großen Unterschied machen zwischen dem lebenden System und dem, das vielleicht noch nicht lebt oder gar nicht lebt.

Dass einfach sozusagen alles, was Materie ist auf dieser Welt, gewisse Ehrfurcht genießen sollte. Ja, ganz genau. Also die Frage, warum gibt es überhaupt irgendetwas und nicht nichts? Das war etwas, was wir auch in der Folge mit Heino Falke hier in diesem Podcast intensiv diskutiert haben.

Aber wenn Sie selber auch Naturgesetze ausnutzen im Labor, um Ihre Arbeit zu machen, glauben Sie denn, dass diese Naturgesetze irgendwo herkommen, also vorgesehen waren, also Teil einer Schöpfung sind?

Ja, es gibt sie eben. Beziehungsweise es gibt etwas, das wir mit Naturgesetzen beschreiten und immer besser machen, aber eben nie perfekt. Also ich denke, Naturgesetze sind die Schöpfung. Ja, das ist das, was wir uns beugen müssen. Den können wir nicht ändern.

Die sind tatsächlich da und die fragen nicht nach uns. Und wir können allenfalls versuchen, sie zu verstehen, sie zu beschreiben, unser Leben so auszurichten, dass es sie irgendwie kreativ aufnimmt. Also es macht ja wahnsinnig viel Sinn, aus Naturgesetzen Maschinen zu bauen, mit denen wir dann was Tolles machen können. Aber wir können sie nicht verändern. Und das ist, glaube ich, das Göttliche daran.

Jetzt ist ja das Gegenteil von Leben. Und Sie sagten das eben schon: Tod, sterben. Und wir alle sterben irgendwann. Und trotzdem sind unsere Bestandteile noch da. Ich finde das ziemlich mindblowing, also dass dann irgendwie dieser tote Körper unter die Erde oder auch verbrannt wird, aber ich sage jetzt erst mal unter die Erde gelegt wird.

Und dann gibt es ganz viele Organismen, die sich darum kümmern, das alles abzubauen. Da sind wir auch schon wieder irgendwie bei Entropie. Letztlich findet dann auch auf unserem Körper Stoffwechsel statt, weil sich andere an uns bedienen. Und irgendwie ist aber doch ja alles noch da: DNA, Zellen, Aminosäuren, alles, woraus wir mal bestanden haben.

So ein bisschen dieses Bild von: Wir sind ja mehr als die Summe unserer Teile. Irgendwie ist das doch seltsam, oder? Wie gehen Sie mit diesem Gedanken um, der irgendwie einerseits groß ist und andererseits halt der Lauf des Lebens?

Ja, ich finde das großartig. Also ich finde, das ist doch die ultimative Beruhigung, wenn man will. Ich meine, das ist ja schon die Geschichte mit Luca. Letzten Endes ist es so: Leben ist eine Reaktion, die seit vier Milliarden Jahren in immer anderer Form abläuft. Das hat nie aufgehört.

Es muss ja irgendwie die Zellen, aus denen wir bestehen, waren mal andere Zellen und davor andere Zellen und davor andere Zellen. Und das ist ein ununterbrochener Strom chemischer Reaktionen, an dem wir teilhaben über eine bestimmte Lebenszeit. Dann treten wir wieder ab, dann kommen andere Lebensformen, Menschen oder vielleicht auch andere Würmer, was auch immer sie nehmen.

Also das Bleiben des Grundkonzepts, also dass etwas weitergetragen wird, diese Energieumwandlung, diese Reaktionssysteme, die es sozusagen ununterbrochen gibt, die nicht aufhören. Das ist ja die Kehrseite der Sache, dass Leben nicht neu entstehen kann. Es ist dann eben immer schon da. Seit der allerersten Zelle auf der Welt sind wir in diesem Strom mit drin.

Ich finde es ausgesprochen beruhigend, dass das so ist. Finde ich auch. Haben wir auch im Vorgespräch in der Vorrecherche schon gesagt, an diesem Punkt wird man wirklich so ehrfürchtig.

Und ob man jetzt an Wiedergeburt glaubt oder nicht, trotz allem sollte man sich ab und zu, glaube ich, mal wieder ins Bewusstsein holen, dass jeder einzelne Baustein, jedes Kohlenstoffatom, aus dem wir bestehen, schon mal in einem anderen Lebewesen oder auch in einem Stein war. Kann man ja genauso sagen.

Lebewesen kommen und gehen, aber zum Beispiel Dinosaurier gibt es jetzt in der Form nicht mehr. Glauben Sie, dass es immer Leben auf der Erde, in welcher Form auch immer, geben wird?

Ganz sicher nicht, denn auch die Erde wird es immer nicht mehr geben. Aber solange wir nicht von der Sonne als aufblähenden roten Riesen geschluckt werden, frage ich die Frage nochmal so. Ich denke schon, dass, wenn die Bedingungen sich in der Geschwindigkeit ändern, dass das Leben nicht reagieren kann, dann wird das dazu kommen.

Es gibt ja diese Szenarien von großen Meteoriteneinschlägen, auch Atomkriege, die man so durchgerechnet hat. Ich denke, die Wahrscheinlichkeit, dass auch ein großer Meteoriteneinschlag und auch ein Atomkrieg das Leben ganz auslöscht auf der Erde, halte ich für angesichts dessen, was man alles schon erlebt hat und was man schon weiß über die Geschichte des Lebens auf der Erde, gar nicht für so groß. Aber es ist nicht null. Natürlich gibt es die Möglichkeit.

Hat Ihre Forschung, wir haben da eben ja schon so ein bisschen dran gekratzt, denn auch Ihren Blick auf den Sinn des Lebens verändert?

Nicht wirklich. Nee, eigentlich gar nicht. Also sie hat vielleicht das etwas geweitet in der Weise, dass ich glaube, dass dieser Sinn schon vielleicht vor der allerersten Lebensform da war. Aber in meiner Lebenspraxis hat sich da überhaupt nichts dran verändert.

Wir arbeiten ja, was jetzt vielleicht in diesem doch etwas philosophischen Podcast nicht so rüberkommt, wir arbeiten ja wirklich mit ganz handfesten biologischen Systemen, mit biochemischen Systemen, mit Membranen und Molekülen, die alle relativ, jeder für sich eigentlich relativ profan sind.

Also wir gehen jetzt nicht mit großer Ehrfurcht und, wie soll man sagen, mit angezogener Handbremse oder auch so ins Labor, sondern wir versuchen einfach, unsere Experimente so gut wie möglich zu machen. Dann ist vielleicht jetzt ein guter Zeitpunkt, um ein kleines Spiel einzuschieben.

Und zwar machen wir das jedes Mal mit unseren Gästen. Das Spiel heißt „Ein Wort, Ein Satz“. Und zwar vor allen Dingen mit dem Fokus darauf, schnell zu antworten und etwas mit dem Begriff, den wir Ihnen nennen, zu assoziieren. Das sind insgesamt zehn Stichworte. Und bitte gerne einen Satz.

Es dürfen auch mal, wenn Sie ein bisschen mehr darüber verlieren möchten oder es nötig ist, ein oder zwei sein. Aber genau, es geht um Schnelligkeit und Spontanität. Sind Sie bereit?

Im Prinzip ja. Okay, im Prinzip ja, ist doch ein gutes Startsignal. Das erste Wort ist „Zufall“. Zufall ist weniger spannend, als man denkt.

„Sindelfingen“. Mit Sindelfingen habe ich absolut nichts zu tun, außer dass ich da geboren bin. „Schule“. Schule war für mich ein schöner Lebensabschnitt.

„Klettern“ ist das Allerbeste, um mal richtig von seinen Gedanken abzuabstrahieren. „Darwin“. Darwin hat eine Theorie hinterlassen, die wir immer noch nicht richtig verstehen.

„Violine“. Violine, das schönste Instrument, das es gibt. „Gehirntod“. Ich glaube nicht, dass ich weiß, was Gehirntod ist.

„Social Media“. Viel zu anstrengend. „KI“. Je mehr man von etwas versteht, umso hilfreicher.

„Nobelpreis“. Eine sehr schöne Erfindung, aber sollte kein Motivationsgrund sein, Wissenschaft zu machen. Vielen Dank für Ihre vielfältigen Assoziationen.

Es drängen sich ein paar Nachfragen auf, Carsten. Ich hätte zum Thema Gehirntod. Da haben Sie gesagt, da glauben Sie noch nicht, dass Sie das so richtig verstehen. Was ist da das große Problem, nach wie vor?

Ich denke, dass Tod etwas ist, das wir generell… Es gibt ganz klare Kriterien. Man kann Dinge messen. Sie können Hirnströme, Sie können alles Mögliche messen. Das ist dann auch in Ordnung.

Es ist auch nicht so, dass ich den Medizinern nicht traue, wenn sie sagen, da ist ein Gehirntod. Ich glaube nicht, dass es möglich ist, jemanden, den ein Mediziner als Gehirntod diagnostiziert hat, wieder zum Leben zu erwecken. Aber Tod ist für mich tatsächlich sehr viel mehr als die Messung von Strömen im Körper.

Ich glaube, weil ich zu meinen… Ich glaube, dass Leben in jeder einzelnen Zelle sich abspielt, ist es sehr schwer, den Tod zu verstehen. Natürlich ist ein toter Mensch ein toter Mensch, wenn sich gar kein chemischer Prozess mehr im Körper abspielt.

Wenn wirklich alles zum Erliegen gekommen ist, dann ist natürlich ein Organismus tot. Aber jeder Schritt bis dahin ist ein Grat auf dem Weg. Ich finde es sehr schwer, mir zu vergegenwärtigen, wie ein so komplexer Organismus wie ein Mensch eigentlich dann stirbt.

Ich denke, es ist alles bekannt und alles, was wichtig ist, ist auch… Ich will niemandem nicht anzweifeln, was im medizinischen Bereich bekannt ist und was Erfahrung ist. Aber Gehirntod finde ich für mich selber schwer greifbar.

Würden Sie sagen, ein Mensch kann tot sein, aber Einzelne seiner Zellen leben noch? Oder würden Sie sagen, erst wenn die letzte Zelle nicht mehr lebt, ist der Mensch tot?

Eigentlich ja. Eigentlich würde ich das so sagen. Okay. Ich habe noch eine Nachfrage zu Ihrer Antwort zum Thema Zufall.

Es gibt ja viele Forschende, die sagen, Leben ist Zufall. Und Sie haben gesagt, Zufall ist weniger bedeutsam, als man so denken könnte. Wie kamen Sie zu dieser Antwort?

Also, es gibt natürlich überall Zufall. Aber ich denke, seine Wissenschaft sollte doch immer auf das ausgerichtet sein, was eben dem Zufall entrissen werden kann. Wenn man sagt, okay, das möchte ich jetzt aber genau wissen, warum das so ist.

Also auch ein Würfel. Natürlich, wenn ich würfle, ist die Erfahrung, dass es ein Zufall ist, was geworfen wird. Aber es ist natürlich nicht Zufall. Es liegt an der genauen Bewegung, die der Würfel dann ausführt.

Die werden natürlich nie steigen werden. Das ist auch völlig irrelevant. Es ist nicht so, dass ich jetzt genau berechnen will, wie ich den Würfel bewegen muss, dass genau eine Sechs geworfen wird. Aber ich finde, man sollte sich mit Zufall nicht zu früh zufriedengeben.

Man sollte immer doch noch gucken, ob es vielleicht doch kein Zufall war. Ich glaube, die richtig spannenden Fragen sind die, wo man dem Zufall Wissen entreißen kann. Deswegen messen Sie lieber, als zu spekulieren.

Ja, natürlich. Genau. Ich habe noch eine letzte Nachfrage zu dem Assoziationsspiel. Was ist denn für Sie entspannender oder schöner? Also selber Geige zu spielen oder selber zu klettern?

Oh, das ist… Oder beides gleichzeitig. Das stelle ich mir schwierig vor. Nur Klettern ist tatsächlich entspannender für mich selber. Aber Musik ist erfüllender, wenn ich mit anderen, die sehr gut sind, Musik mache.

Wenn ich nur allein Musik mache, ist es nicht ganz so erfüllend, leider. Wir haben ja, wie man vielleicht festgestellt hat, ein bisschen auch in Ihrem normalen Leben als Nichtforscherin recherchiert und haben gelesen, dass Sie drei Kinder haben.

Inwieweit geben Sie Ihre Neugier denn an Ihre Kinder weiter? Ich erzähle einfach, was mir Spaß macht. Zum Teil haben die so ein bisschen angebissen und finden das auch gut. Aber teilweise aber auch nicht.

Also ich denke, da muss man einfach einigermaßen realistisch sein. Wenn man authentisch ist und so lebt, wie man es selber für gut und sinnvoll hält, dann gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Kinder das vielleicht sogar kopieren oder abwandeln.

Mit der Musik hat es sehr gut geklappt. Da sind sie sehr viel besser als ich, alle drei. Was spielen die für Instrumente? Auf Geige und Cello. Besser als Sie?

Ich glaube, das wird schon was heißen. Das heißt, eine sehr musikalische und vor allen Dingen Familie. Und vor allen Dingen stelle ich mir gerade so ein Streichquartett vor. Das habe ich mir auch immer vorgestellt, das Streichquartett.

Deswegen habe ich auch Nein, das ist jetzt ein bisschen witzig. Aber deswegen habe ich drei Kinder und dafür gesorgt, dass sie alle ein Streichinstrument spielen. Leider war die Zeit, in der wir gleich gut gespielt haben, sehr kurz.

Okay, also Sie wurden schnell überholt. Aber nochmal zurück zur Neugier. Welche Rolle spielte Neugier denn in die andere Richtung? Also in Ihrem Elternhaus und in Ihrer Familie? Haben Sie selbst Wissenschaftler in Ihrem unmittelbaren Umfeld?

Mein Vater ist Chemiker, was mich überzeugt hat, dass ich Chemie besser nicht studiere, obwohl das tatsächlich mein bestes Fach war in der Schule. Gar nicht Physik und Biologie schon gleich gar nicht.

Aber er ist ein Chemiker in der Weise, dass er wirklich alles weiß über die Chemie. Und den Zustand habe ich nie erreicht. Deswegen habe ich gesagt, ich nehme lieber ein Fach, wo es auf Wissen gar nicht so furchtbar ankommt, sondern mehr auf die Fragen und auf die Beantwortung der Fragen.

Und das ist dann die Physik gewesen. Das war dann die Physik, ja. Dazu ist es bis heute die Wissenschaft, die ich denke, wie keine andere das eigene Denken schult und die Art, Fragen richtig zu stellen.

Also ich sehe hier bei uns beiden keinen Widerspruch. Physik ist ein tolles Fach. Aber wie sind Sie denn dann abgedriftet? Ich meine, wir hatten es schon mal am Anfang des Podcasts, aber sagen Sie es nochmal so biografisch.

Wann kam dann der Schritt in die Richtung der Biophysik oder der Biologie? Da hat es allerdings sehr schleichend passiert. Also ich habe schnell gemerkt, dass die klassische Physik für mich wirklich gar nichts ist.

Ich habe das Studium mit so einem Vieldurchhaltevermögen absolviert und bin dann nach Göttingen zum Hauptstudium gegangen, weil es da ein Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie gab.

Ah, da klingelt es bei mir. Oder Stefan Hell ist doch da? Ja, das war es. Natürlich noch nicht. Damals war mein Doktorvater Manfred Eigen da und der hatte genau Forschung auf diesen Fragen gemacht und wirklich diesen Brückenschlag von der Chemie hin zur Biochemie.

Und natürlich ist er ja auch ausgebildeter physikalischer Chemiker oder Physiker, den hat er sehr schön bedient. Und da wollte ich unbedingt hin. Das hat sehr lange gedauert, bis ich dann da wirklich gelandet bin.

Aber dann zur Doktorarbeit bin ich da tatsächlich hingegangen. Und bin dann, aber das ist eine ganz drollige Geschichte, ich wollte wirklich genau mit diesen Fragen, Evolutionstheorie, Rassistleben bei ihm eine Doktorarbeit machen.

Und er war damals schon sehr nah an seiner Emeritierung und hat mir gesagt, naja, also eigentlich forscht er daran jetzt gar nicht mehr. Also die Art von Forschung hat er an Assistenten abgegeben.

Was er jetzt machen möchte, ist Einzelmoleküldetektion, denn er hatte zu der Zeit eine Kooperation mit einem schwedischen Wissenschaftler, Rudolf Riegler, der ein Gerät gebaut hat, mit dessen Hilfe man einzelne Moleküle in Lösungen detektieren kann.

Und das war für Manfred Eigen ein riesen, also einfach experimentell eine riesen Sache, dass man nicht nur einzelne Moleküle angucken kann, sondern auch dynamisch verstehen kann. Denn jedes Molekül, das sich bewegt in wässriger Lösung, und das tun alle unsere Biomoleküle, geht im Grunde dadurch, dass es diffundiert, immer wieder irgendwelche Relaxationen ein, also des Ortes der Reaktionstätigkeit.

Und hat dann im Grunde eine Methode aufgebaut, zusammen mit dem Kollegen aus Schweden, Rudolf Riegler, wie man chemische Reaktionen wirklich auf Einzelmolekülebene studieren kann.

Und weil Sie wussten, dass Manfred Eigen in Göttingen ist, sind Sie zum Hauptstudium wirklich nach Göttingen gegangen? War das tatsächlich?

Okay, was ich jetzt gerade eben noch auf der Zunge hatte, war diese unterschiedliche Sicht, vielleicht auf die, ich sag mal, drei großen Naturwissenschaften: Chemie, Physik, Biologie.

Also wenn ich mir meinen Lebenslauf anschaue, ich habe mit Physik und Deutsch auf Lehramt angefangen, aber habe dann Biologie dazu genommen. Vielleicht ein bisschen wie bei Ihnen, war mir irgendwie was fehlte.

Und ich hatte so ein bisschen schlechte Erfahrungen in der Schule mit Biologie gemacht. Ich fand es da halt immer gähnend langweilig und hatte nicht das Gefühl, dass man mich da abholt.

Und im Studium hat mich plötzlich diese Faszination gepackt. Und ich habe dann auch meine Abschlussarbeit, meine Staatsarbeit über Bio und Physik gemacht. Leider auch viel mit Spektroskopie, also nicht ganz so biologisch, wie ich mir das vorgestellt hatte.

Aber so diese Faszination fürs Leben und auch die Frage, wie kann ich da jetzt irgendwie Physik für nutzen, um solche Fragen zu klären? Ich glaube, da würde ich sagen, gibt es bei uns gewisse Parallelen.

Darf ich noch einen kleinen Nachtrag machen? Wahrscheinlich für die Hörer gar nicht so klar, wie ich jetzt von meinen Einzelmolekülfluktuationen auf die lebenden Systeme komme. Das war nämlich auch nicht so leicht.

Und da war ich tatsächlich, das war einfach ein glücklicher Zufall, dass diese Art der Forschung in der Zeit einfach durch die Decke gegangen ist. Ich habe bei Manfred Eigen tatsächlich einen ganz langweiligen System in Lösung geforscht, habe Spektroskopie an… also ganz langweilig war es nicht.

Es waren DNA und RNA und Proteine kamen da ja nicht vor. Ich habe wirklich nur an DNA und RNA geforscht und habe da Reaktionen studiert und habe dann aber gemerkt, dass diese Methoden, die ich entwickelt habe, dass man die eben auch in zellulären Fragen benutzen kann.

Und das habe ich tatsächlich in meiner Postdoktorandenzeit gemacht in den USA. Da bin ich das erste Mal mit Zellen in Berührung gekommen und habe gemerkt, dass das ganz furchtbar komplizierte Dinger sind.

Also dass man das, was alles so schön funktioniert hat im Reagenzglas, diese Methodik, die ich da entwickelt hatte, die kann man wirklich wunderbar quantitativ studieren, solange es alles in kontrollierten wässrigen Lösungen ist.

Und sobald sie in die Zelle gehen, ist alles total chaotisch. Also man kann versuchen, die gleichen Reaktionen zu messen, aber wir sind durch so viele andere Prozesse in Zellen gestört, dass es wirklich, also es ist eine Sisyphus-Arbeit, präzise in Zellen irgendwas zu messen.

Und das war tatsächlich die Motivation, irgendwann zu sagen, wir wollen eigentlich… ich möchte eigentlich gar nicht wissen, wie Zellen funktionieren, also Drosophila oder Hefe oder so. Ich möchte wissen, wie Leben funktioniert.

Und muss die Zelle denn so kompliziert sein? Also muss das denn wirklich so alle möglichen Faktoren, die da in meinen Messungen plötzlich reinfunken, müssen wir überhaupt da sein?

Also braucht die Zelle zum Beispiel ein Immunsystem? Braucht die überhaupt einen Abwehrmechanismus gegen irgendwas? Weil Leben an sich ist ja viel einfacher. Und das war tatsächlich die Motivation zu sagen, ich möchte gerne eine einfache Zelle.

Ich möchte eine Zelle, aber sie muss einfach sein. Und weil es die nicht gibt, müssen sie es halt machen. Jetzt ist ja die synthetische Biologie als Fachgebiet noch gar nicht so schrecklich alt. Gab es das schon, als Sie dann sich umgeguckt haben, was kann ich jetzt mit meinem angesammelten Wissen machen?

Oder haben Sie die synthetische Biologie, wenn man so will, fast ein bisschen mitbegründet? Diese Art der synthetischen Biologie auf jeden Fall. Es gibt natürlich vieles, was synthetische Biologie heißt.

Also eine neue Art der Gentechnik, also synthetische Organismen zu kaptieren und zu vereinfachen. Da gibt es diese ganz berühmte Studie von Craig Venter, der versucht, sozusagen von oben her Zellen zu minimieren, dass er das gesamte Genom einer Zelle nimmt und versucht dann, die einzelnen Gene rauszuschneiden.

Das ist aber was fundamental anderes als das, was wir wollen. Fundamental auch in der Herangehensweise, der Thematik, der Methodik. Also es ist Reim-Gentechnik oder Monokularbiologie, während wir tatsächlich eher physikalische Chemie und Biophysik machen.

Das heißt, Sie sind gewissermaßen Mitgründerin. Was wären Sie denn heute, wenn Sie nicht Forscherin geworden wären? Huch, wenn ich nicht Forscherin, dann würde ich wahrscheinlich irgendeine Art von Betrieb führen, den ich selber gegründet habe.

Weil ich habe mir mal überlegt, warum bin ich denn eigentlich in der Wissenschaft gelandet? Und die wirklich profane Antwort ist, ich wollte keinen Chef. Also ich wollte niemanden, der mir sagt, was ich machen soll.

Und jetzt bin ich selber Chefin. Jetzt bin ich selber Chefin, das ist wunderbar. Ich hatte auch das Glück, mit meinem wissenschaftlichen Doktorvater und Chef in der Cornell Universität, also Postdoktorandenzeit, zwei Persönlichkeiten zu haben, die überhaupt nicht reingefunkt haben bei mir.

Die haben mir im Grunde gesagt, hier ist dein Labor, sind deine Gelder, mach. Und das war perfekt. Gibt es denn da so einen Tipp, den Sie haben für junge Forscherinnen, die ebenfalls Chefin werden möchten?

Ach klar, nicht dass man da Tipps geben kann. Man muss einfach, also an sich selber einigermaßen glauben, sich nicht frustrieren lassen, immer locker bleiben, nicht zu verbissen die Sachen machen.

Also Verbissenheit hat in der Wissenschaft nicht viel Gutes bewirkt. Also natürlich man muss hartnäckig sein. Ja, hartnäckig schon. Und sich, wie gesagt, nicht beirren lassen, wenn mal was nicht klappt.

Aber man muss immer, immer die Schuld bei sich suchen und nicht bei den anderen. Und ich glaube, das gilt für jeden. Wenn Sie in Ihrem eigenen Labor morgen oder auch übermorgen eine Entdeckung machen könnten, was wäre das?

Naja, also eine einfache Version einer Kopplung von Metabolismus mit Teilung von Informations, mit Informationsmolekülen, mit Funktionselementen. Also ich bin, glaube ich, so sehr in meiner Wissenschaft drin, dass ich nur so konkrete Beispiele nennen könnte, was ich gut fände.

Aber eine Entdeckung ganz neuer Art? Puh, da bin ich vielleicht gar nicht so. Dann wäre es wahrscheinlich auch gar keine Entdeckung, weil irgendwie ja in dem Begriff Entdeckung auch so ein bisschen was Überraschendes drin ist, was man vielleicht auch so gar nicht planen kann.

Was tatsächlich immer wieder Entdeckungen sind, die mich sehr begeistern und wo ich auch hoffe, dass wir noch viele machen, ist, dass wir von den Molekülen, mit denen wir zu tun haben, überrascht werden.

Das ist wirklich das Spannendste eigentlich, dass wir uns, also gerade die Proteine, sind unglaubliche Dinger. Also man denkt, die machen was. Die sind auch bekannt dafür, irgendwas zu machen.

Und dann machen die plötzlich was ganz anderes, was ganz Neues, was sie noch nie gemacht haben, was wirklich völlig also aus dem blauen Himmel kommt. Das sehen wir wirklich recht häufig. Und das ist immer wieder was Tolles.

Jetzt haben wir ja mehr als eine Stunde darüber gesprochen, wie faszinierend und komplex Leben ist, wie schwierig es ist, es Schritt für Schritt im Labor nachzubauen, dass man sich da langsam rantasten muss und trotzdem noch ganz, ganz viele Fragen offen sind.

Und doch sind das ja irgendwie alles nur Beschreibungen, was Leben kann. Aber was ist denn nun Leben? Leben ist ein Prozess, auf jeden Fall ein sich immer ändernder, nie versiegender Prozess, der lernen kann, der im Wesentlichen das ist, was wir lernen nennen. Das ist lernende Materie. Und ein Stein lernt nicht.

Nein, es klingt so, als hätten Sie so im Laufe der Zeit fast so etwas wie Ehrfurcht oder noch mehr Ehrfurcht vor dem Leben gewonnen, je detaillierter Sie sich damit beschäftigt haben. Vor den Details fehlen mehr. Ja, also meine Ehrfurcht wandert immer weiter nach vorne zu den immer kleineren Bausteinen. Toll.

Es ist schön, mit jemandem wie Ihnen zu sprechen. Als Dankeschön dafür, dass Sie uns so viel Ihrer Zeit und Ihrer wertvollen Gedanken gewidmet haben, haben wir für Sie noch ein kleines Bonbon am Ende dieses Podcasts, wie für alle unsere Gäste, die in diesem Podcast vorbeischauen.

Wir haben für Sie nämlich extra eine Spektrum-Zukunftsmaschine konstruiert, und Ihre hat die Form einer Überraschung – Überraschung, einer großen Zelle. Achso, haben Sie eigentlich eine Lieblingsfarbe? Alle Schattierungen von Blau, eigentlich Blau. Ja, wussten wir ja auch schon. Deswegen ist auch Ihre Zelle natürlich blau eingefärbt.

Sie steigen jetzt in den Zellkern und nehmen dort ganz bequem Platz. Also, so viel Platz ist in dieser Zelle. Und neben sich sehen Sie drei Knöpfe. An den Knöpfen steht: 10 Jahre, 100 Jahre und 1000 Jahre. Sobald Sie einen der Knöpfe drücken, befördert Sie unsere Spektrum-Zukunftsmaschine 10, 100 oder eben 1000 Jahre in die Zukunft. Welchen Knopf drücken Sie?

Willkommen in der Zukunft

Angekommen Willkommen in der Zukunft, Frau Schwede! Die synthetische Biologie in zehn Jahren liegt vor Ihnen. Verraten Sie doch unseren Hörerinnen und Hörern, was dort so jetzt geschieht und welche neuen Erkenntnisse über das Leben es inzwischen gibt.

Ich kann mir vorstellen, dass in zehn Jahren etwas passiert, was geschaffen wurde, was einer lebenden Zelle zum Verwechseln ähnlich sieht. Und es wird trotzdem irgendwie nicht dasselbe sein. Und wir werden uns darüber Gedanken machen, warum. Und dieses Warum, das werden wir dann in zehn Jahren mit Ihnen oder mit einem anderen Gast in diesem Podcast diskutieren.

Also, insofern ganz herzlichen Dank, liebe Frau Schwede, dass Sie mit uns die große Frage „Was ist Leben?“ diskutiert haben. Ja, ganz herzlichen Dank auch von mir für Ihren Besuch und das inspirierende Gespräch über das Leben. Ja, danke auch! Hat mir viel Spaß gemacht.

Rückblick auf die Episode

Das war eine weitere Folge unseres Podcasts „Die großen Fragen der Wissenschaft“. Katharina, mich hat besonders beeindruckt, wie dieses Bild einer Hantel vor meinem inneren Auge entstanden ist, als Frau Schwede beschrieben hat, was sie da wirklich im Labor macht.

Also diese Teilung, wie aus dieser einen Hülle plötzlich zwei werden können, fand ich super anschaulich, fand ich super spannend. Und ja, was mich auch total beeindruckt, das ist so ein wiederkehrendes Element in unserem Podcast, dass unsere Gäste häufig so die Forschungsfrage, die sie über Jahrzehnte verfolgen, auch immer so ein bisschen demütiger noch macht mit der Zeit.

Also das ist echt so ein wiederkehrendes Motiv. Witzig, dass du die Hantel rausgreifst. Ich wollte auf jeden Fall auf eine ähnliche Szene in diesem Podcast hinaus, nämlich dieses ganze Thema rund um die Erschaffung einer solchen Protozelle und dass sie wirklich so toll beschrieben hat, wie kurz sie vor, zumindest für sich, vor so einem kleinen Durchbruch steht, zu sagen: „Wir schummeln zwar ein bisschen, also die Zelle kann noch keinen Stoffwechsel, aber wir haben es geschafft, in so einem Membranvesikel, also so ein ganz simples Gebilde, dazu zu bringen, sich zu teilen.“

Also tatsächlich kurz davor zu stehen, zu sagen: „Aus einem werden zwei.“ Finde ich total geil. Und dann ist mir auch noch im Kopf geblieben, das war schon ganz zu Beginn diese Frage: „Was ist Leben?“ Auch graduell zu betrachten, also nicht nur 0 und 1, also lebt oder ist tot, sondern zu sagen: „Ah, irgendwie gibt es da auch was dazwischen.“

Und es ist nicht schwarz und weiß, nicht 1 und 0. Das fand ich auch einen super interessanten Gedanken. Ja, geht mir ganz genauso. Das ist auch so ein Gedanke, auf dem ich noch weiter rumkauen möchte im Nachgang. Vielleicht geht’s euch, liebe Hörerinnen und Hörer, ja auch so.

Empfehlungen für weitere Informationen

Und wenn ihr dazu noch Stoff und Futter braucht, noch mehr über das Thema lesen oder hören wollt, dann empfehlen wir euch das Interview zu Spiegelbakterien von unserem Spektrum-Kollegen Frank Schubert. Er hat darüber auch im Spektrum-Podcast, unserem Nachbar-Podcast, gesprochen.

In unserem Shop findet ihr ein Spektrum kompakt zum Thema Entstehung des Lebens mit vielen spannenden Artikeln von Spektrum. Außerdem haben wir hier im Podcast mit dem Kölner Althans-Forscher Björn Schumacher schon mal über die große Frage „Können wir ewig leben?“ diskutiert. Eine sehr hörenswerte Folge, finden wir.

Und es lohnt sich auch, ein Spektrum-Plus-Abo abzuschließen. Dann habt ihr vollen Zugriff auf alle Artikel auf spektrum.de, wo ihr dann zum Beispiel auch dieses Interview zu den Spiegelbakterien findet und natürlich noch täglich aktuelle News, Hintergründe und Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Wissenschaft.

Die Links zu unseren Tipps stehen in den Show Notes. Wenn ihr die nächste Folge und alle weiteren nicht verpassen wollt, dann folgt einfach diesem Podcast. Bei Apple Podcasts geht das, indem ihr oben auf den Button „Folgen“ klickt. Dort könnt ihr auch eine Bewertung hinterlassen. Wir freuen uns natürlich ganz besonders über fünf Sterne.

Wenn ihr Fragen, Anregungen, Lob oder Kritik für uns habt, schreibt uns gerne eine Mail an podcast@spektrum.de. Und wie immer am Ende unser Dank. Er geht diesmal an Stefan Ziegert von detektor.fm, der uns redaktionell unterstützt hat, und an Stanley Baldauf, der diese Folge produziert hat.

Die Musik kommt von Tim Schmutzler und das Foto für unsere schöne Podcast-Kachel hat unser Spektrum-Kollege Mike Zeitz gemacht. Und damit sagen wir Tschüss, bis zum nächsten Mal. Tschüss und bleibt neugierig.

Redaktion: Jessica Hughes

Die großen Fragen der Wissenschaft | Petra Schwille

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