Leben

Begriff und naturwissenschaftliche Kennzeichen

Leben ist ein Sammelbegriff für materielle Systeme in der Natur, die fortwährend und geregelt Energie, Materie und Informationen austauschen. Welche Eigenschaften Leben genau ausmachen und wie weit sein Umfang reicht, ist umstritten; Noam Lahav führte 1999 bereits 48 Definitionen und Charakterisierungen aus den vorangegangenen 100 Jahren auf.

Die moderne Biologie definiert ein Lebewesen nicht durch einen einzelnen Stoff, Zustand oder ein einzelnes Merkmal, sondern durch das Zusammenwirken mehrerer Prozesse: Energie- und Baustoffwechsel mit der Umwelt, Organisiertheit und Selbstregulation (Homöostase), Reizbarkeit gegenüber chemischen oder physikalischen Umweltänderungen, Fortpflanzung, Vererbung von Erbgut sowie Wachstum und Entwicklung. Als minimale Eigenschaft lebender Systeme gilt Autopoiesis, also die Fähigkeit, sich selbst zu erhalten und zu reproduzieren.

Als Erklärungsmodell benötigt ein solches System eine äußere Membran, innere Zellkompartimente und (bio)katalytisch wirksame Substanzen. Es muss sich außerdem in einem Fließgleichgewicht befinden: Energie oder energiereiche Materie strömt zu, Stoffwechselendprodukte und nicht benötigte Stoffe strömen ab. Das einfachste bekannte System, das diese Bedingungen erfüllt, ist die Zelle als Einzeller. Ob Strukturen wie Viren, die nur einen Teil der Kriterien erfüllen, als Leben gelten, wird diskutiert.

Leben hoher Komplexität kann nach dem Artikel nur im Rahmen der organischen Chemie verwirklicht werden. DNA und RNA sind die einzigen bekannten organischen Strukturen, die bei relativer Stabilität zugleich sehr große Informationsmengen speichern können. RNAs koordinieren und regulieren die genannten Prozesse; sie sind meist Teile ko-optierter infektiöser Agenten wie Viren und mobiler genetischer Elemente. Die Biologie untersucht Lebensformen, ihre Beziehungen untereinander und zur Umwelt sowie Stoff- und Energieaustausch, Wachstum, Fortpflanzung, Umweltreaktionen und Kommunikation.

Irdisches Leben und seine Entstehung

Bisher ist ausschließlich RNA- und DNA-basiertes Leben bekannt. Es begann auf der Erde vor etwa 3,5 bis 3,9 Milliarden Jahren. Bakterien, Archaeen, Pilze, Pflanzen und Tiere einschließlich des Menschen verwenden – mit wenigen Ausnahmen – denselben universellen genetischen Code. Ihre Nukleinsäuren und Proteine entstehen aus vier verschiedenen Nukleotiden und etwa 20 verschiedenen Aminosäuren. Naturwissenschaftlich ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass Leben im Universum auf anderen chemischen Stoffen beruht; diese Frage wird im Zusammenhang mit dem Kohlenstoffchauvinismus genannt. Nach der biologischen Evolution entstanden über Milliarden Jahre aus vergleichsweise einfachen Formen immer komplexere Lebewesen.

Wenn ein genetisches Programm, seine Funktion und Entwicklung als wesentlich gelten, beginnt Leben dort, wo Moleküle als Programmträger und Hilfsmoleküle erstmals ein System mit den Lebensmerkmalen bilden. Die derzeit populärste autotrophe Theorie nimmt an, dass sich ein primitiver Stoffwechsel auf Eisen-Schwefel-Oberflächen unter reduzierenden Bedingungen in der Nähe vulkanischer Ausdünstungen entwickelte. Im Hadaikum vor 4,6 bis 4,0 Milliarden Jahren enthielt die Atmosphäre wahrscheinlich besonders Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid; die heißen Ozeane wiesen relativ hohe Konzentrationen von Eisenionen Fe²⁺ und Nickelionen Ni²⁺ auf.

Ähnliche Bedingungen gibt es an hydrothermalen Schloten am Meeresgrund, den Schwarzen Rauchern. Dort leben thermophile methanogene Archaeen, die Wasserstoff oxidieren und Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu Methan (CH₄) reduzieren. Dies zeigt, dass Leben ohne Sonnenlicht gedeihen kann – eine Voraussetzung für Leben vor der Photosynthese. Die phylogenetische Perspektive fragt, ob Leben auf der Erde oder anderswo entstand und wie erste lebende Systeme aus unbelebter Umwelt hervorgingen; zugleich gibt es Zweifel, ob materialistische Naturwissenschaftskonzepte dies erklären können. Die ontogenetische Perspektive betrifft dagegen die Entwicklung eines Individuums, etwa aus einer befruchteten Eizelle. Bei sexueller Fortpflanzung wird oft die Vereinigung zweier Gameten als Beginn eines individuellen Lebens angesehen; der Tod liegt vor, wenn die charakteristischen Eigenschaften verschwinden, ist wissenschaftlich aber nicht exakt definiert.

Außerirdisches und künstliches Leben

Ein definitiver Beweis für außerirdisches Leben fehlt. Spuren in einem Marsmeteoriten wurden zunächst als versteinerte Bakterien gedeutet, konnten aber trotz intensiver Forschung nicht als Nachweis bestätigt werden. Gliese 581 c wurde im April 2007, zwanzig Lichtjahre von der Erde entfernt, als erster Planet mit erdähnlichen Bedingungen entdeckt und als „zweite Erde“ bezeichnet; dies führte nur zu vagen Spekulationen. Für Titan ergaben Cassini-Huygens-Messungen weniger Wasserstoff und Ethin als erwartet. Dies könnte mit einer methanbasierten Lebensform erklärt werden.

Gerald Feinberg und Robert Shapiro definierten 1980 Leben als Wechselwirkung freier Energie mit Materie, durch die innerhalb des gemeinsamen Systems größere Ordnung entsteht. Daraus folgen lediglich denkbare, spekulative Formen in Ammoniakseen, Ölmeeren, elektromagnetischen oder Gravitationsfeldern, geschmolzenem Gestein, Sternen oder Staubwolken. Über außerirdische Zivilisationen und ihre Häufigkeit wird unter anderem mithilfe der Drake-Gleichung beziehungsweise Green-Bank-Formel diskutiert.

Künstliches Leben bedeutet die Herstellung eines bekannten Lebewesens im Labor oder die Erzeugung neuer, auch nichtorganischer Lebensformen aus nicht lebenden Ausgangselementen. Züchtung und gentechnische Veränderung bereits bestehender Lebewesen zählen nicht dazu. 2010 berichtete die Gruppe um Craig Venter über Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0: Das 1,08 Millionen Basenpaare umfassende Erbgut eines Laborstamms von Mycoplasma mycoides wurde chemisch synthetisiert und in ein von DNA befreites Bakterium von Mycoplasma capricolum übertragen. Nach dem Artikel wurde damit kein Leben neu erschaffen, sondern ein natürlich entstandenes Lebewesen mit weitgehend künstlicher genetischer Information verändert.

Simulationen bilden Lebensäußerungen nach, sind aber nicht selbst künstliches Leben. Beispiele sind Conways Spiel des Lebens für Populationsentwicklung, Daisyworld als Rückkopplungsmodell eines Planeten mit Gänseblümchen und ELIZA, das einen Gesprächspartner simuliert.

Philosophische Deutungen

Frühe griechische Philosophen suchten den Ursprung des Lebens in Grundstoffen oder Samen. Thales verband ihn vor 2500 Jahren mit Wasser und der Archē, dem Urgrund allen Seins. Anaximander nahm eine spontane Entstehung im feuchten Milieu an, Anaximenes betrachtete Luft als belebendes Prinzip, Anaxagoras den Samen als von Anfang an vorhandenen Bestandteil aller Dinge. Heraklit sah das Urfeuer als Ursprung, Empedokles entwickelte eine biologische Theorie der Lebensentstehung und Evolution und führte die Vier-Elemente-Lehre ein.

Die klassische griechische Philosophie unterschied ζωή (zoḗ) als gemeinsame Beseeltheit von Tieren und Menschen und βίος (bíos) als Lebensweise des vernunftbegabten Menschen. Platon nannte Selbstbewegung ein Kennzeichen des Lebendigen, während Aristoteles Leben auch dem ersten unbeweglichen Beweger zuschrieb. Aristoteles ordnete Leben nach Seelenvermögen: Pflanzen besitzen Ernährung und Fortpflanzung, Tiere zusätzlich Sinneswahrnehmung und Fortbewegung, Menschen darüber hinaus Denken. Seine Annahme einer wiederholten Entstehung von Leben aus Unbelebtem wurde später Spontanzeugung genannt und schließlich durch Louis Pasteur und andere experimentell widerlegt.

In der neueren Zeit stehen sich Mechanizismus und Vitalismus gegenüber. Der Mechanizismus will Leben vollständig aus der Bewegungsgesetzlichkeit der Materie erklären. Der Vitalismus nimmt eine besondere, zielgerichtet formende Lebenskraft (vis vitalis) des Organischen an. Der Organizismus verbindet beide Ansätze: Physik und Chemie erklären Lebensvorgänge, doch Lebewesen hätten auch emergente, aus ihrer Komplexität und ihrem genetischen Programm hervorgehende Eigenschaften. Spätere Denker betonten verschiedene Aspekte: Dilthey verstand Leben als Grundtatsache der Philosophie, Simmel als „Mehr-Leben und Mehr-als-Leben“, Popper hob seine Endlichkeit als wertsteigernd hervor. Mayr bezeichnete „Leben“ als zum Ding gemachten Vorgang, nicht als selbstständige Entität; Fellmann als absolute Metapher zwischen biologischem und subjektivem Zugang.

Leben in Religionen

Viele Religionen unterscheiden die irdisch-biologische Lebensform von einem ewigen Leben. Dieses gilt als unvergängliche, nicht naturwissenschaftlich erklärbare und von Materie unterscheidbare Seinsform, die im göttlichen Wirken oder in Schöpfung begründet ist. Das menschliche Leben findet demnach zugleich sterblich-irdisch und göttlich-ewig statt; der göttliche Zustand wird häufig als heilig bezeichnet.

In der jüdisch-christlichen Tradition ist Gott Schöpfer der unbelebten und belebten Natur sowie Ursprung des heiligen und ewigen Lebens. Das Gebot Ex 20,13 „Du sollst nicht töten“ wird mit der Forderung verbunden, keine der Gottesliebe widersprechenden Entscheidungen über den Tod zu treffen. Im Christentum erhält das ewige Leben durch die Auferstehung Jesu Christi besondere Bedeutung. Jesus bezeichnet sich in Joh 4,14 als Quell und in Joh 6,35 als „Brot des Lebens“; Joh 14,6 verbindet den Glauben an ihn mit dem Zugang zum ewigen Leben. Das irdische Leben gilt als Vorstufe eines verherrlichten ewigen Lebens ohne Schmerz, Leid, Tod und Trauer.

Im Islam gehört der Glaube an den Tag des Jüngsten Gerichts und an ein Leben nach dem Tod zu den sechs Glaubensartikeln. Menschen werden für ihre Taten verantwortlich gemacht und mit Dschahannam (Koran 67:7) bestraft oder mit Dschanna (Koran 13:35) belohnt. Auch viele weitere Religionen kennen Vorstellungen eines ewigen Lebens oder Weiterlebens nach dem Tod.