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2014 | Book

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Das Phänomen Leben

Grundfragen der Theoretischen Biologie

Author: Heinz Penzlin

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

About this book

Der renommierte Tierphysiologe Heinz Penzlin bespricht in einem umfassenden Überblick die Einzigartigkeit lebendiger Systeme in unserer Welt. Bestimmte Stoffe und ein thermodynamisch offener Charakter der Systeme fernab vom Gleichgewicht sind zwar notwendige, aber noch keineswegs hinreichende Bedingungen für die Existenz von „Leben“. Lebendige Systeme unterscheiden sich von anorganischen nicht darin, dass sie eine andere Physik und Chemie oder einen zusätzlichen „Faktor“ besitzen, sondern darin, dass sie eine interne Organisation verkörpern und selbsttätig aufrechterhalten, die nicht nur umfangreiche Stoff- und Energieumsätze, sondern auch komplexe Informationstransfers erfordert.

Gegenstand dieser Übersicht zu den Grundlagen der Theoretischen Biologie sind die Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten, die alle Lebewesen - trotz ihrer enormen Formenvielfalt – gleichermaßen kennzeichnen.

Frontmatter

1. Individualität

Zusammenfassung

„Leben“ tritt uns auf der Erde ausschließlich in Form lebendiger Wesen entgegen, die wir kurz als Lebe-Wesen bezeichnen. Jedes Lebewesen existiert als einmalige, einzigartige, raum-zeitlich begrenzte Entität mit – in der Regel – einem Beginn und einem Ende. Es gibt kein „Leben“ außerhalb und unabhängig vom Lebewesen.

Jedes Lebewesen repräsentiert ein dynamisches System mit einer internen funktionellen (teleonomen) und ganzheitsorientierten Ordnung, die man in Anlehnung an die ursprüngliche Bedeutung des griechischen Wortes organon als Organisation bezeichnet. Kurzgefasst sind Lebewesen organisierte Systeme, die ihre interne Organisation selbsttätig aufrechterhalten und vermehren – also selbstorganisierend. Man bezeichnet die Lebewesen deshalb auch mit Recht als Organismen. Die Organisation lebendiger Systeme ist weder das Produkt des „Lebens“, noch eine Eigenschaft neben anderen, sondern das Leben, der lebendige Zustand, selbst. Letztes Ziel einer „Theoretischen Biologie“ kann deshalb nur darin bestehen, diese Organisation in ihrer Eigendynamik und Spezifik richtig zu erklären und in ihrem Wesen zu verstehen.

Heinz Penzlin

2. Zelle

Zusammenfassung

Der Weg bis zu der für die Biologie so fundamentalen Erkenntnis, dass alle rezenten Organismen übereinstimmend aus einer einzigen oder wenigen bis zu sehr vielen Zellen bestehen, war ein sehr langer und mit vielen Irrtümern gepflasterter. Er begann mit der Beschreibung der „Cellulae“ im Kork durch den Engländer Robert HOOKE im Jahre 1665. Etwa zur gleichen Zeit beschrieben Marcello MALPIGHI in Bologna im Pflanzenkörper „Utriculi“ (Bläschen) und Nehemia GREW „cells“ und „bladders“, die wahrscheinlich unseren heutigen Zellen entsprochen haben. Mehr war mit den noch einfachen „Mikroskopen“ (Lupen) damals nicht herauszuholen. Dennoch breitete sich die Auffassung von einem zelligen Aufbau des Pflanzengewebes aus. Lorenz OKEN spricht in seiner „Naturphilosophie“ (1809) bereits davon, dass sowohl die Tiere als auch die Pflanzen aus mikroskopischen, den Infusorien entsprechenden „Säckchen“ bestünden.

Heinz Penzlin

3. Evolution

Zusammenfassung

Es gehört zu den frühen Erfahrungen des Menschen, dass uns die Lebewelt nicht nur in Form einzelner und einmaliger Individuen entgegentritt, sondern dass diese Individuen untereinander abgestufte Ähnlichkeiten aufweisen. Diese, jeden Naturfreund immer wieder aufs Neue erfreuende lebendige Vielfalt (Biodiversität) ist nicht chaotisch. Sie ist auch – zumindest bei den höheren Pflanzen, Pilzen und Tieren – nicht kontinuierlich, sondern lässt eine mehr oder weniger deutliche Diskontinuität erkennen, die das Unterscheiden von “Sorten” gestattet. Das hängt damit zusammen, dass kein uneingeschränkter Genaustausch zwischen allen Lebewesen mit sexueller Fortpflanzung stattfindet. Es herrscht kein “sexuelles Kontinuum”. Die Lebewesen paaren sich vielmehr erfolgreich nur mit Ihresgleichen. So entstehen geschlossene Fortpflanzungsgemeinschaften mit einem nur ihnen zugehörigen Genpool, der sich von anderen Fortpflanzungsgemeinschaften unterscheidet.

Heinz Penzlin

4. Dynamik

Zusammenfassung

Das Resumé, das wir aus den bisherigen Betrachtungen ziehen können, betrifft die Tatsache, dass „Leben“ kein Stoff ist, dass es nicht adäquat durch seine stofflichen Konstituenten definiert werden kann. Wir müssen deshalb alle „Leben-als-Ding-Theorien“ zurückweisen, weil „Leben“ in erster Linie nicht Stoff, sondern Prozess, Dynamik, Geschehen ist, worauf Wilhelm ROUX bereits 1915 nachdrücklich hingewiesen hat. Πάντα ρεϊ heißt es in einem HERAKLIT zugesprochenen Aphorismus, „alles fließt“. Man könnte diese Formel zum Leitmotiv jeder Beschäftigung mit dem Lebendigen in seiner Spezifik machen. Leben als „Lebendigsein“ ist in erster Linie Leistung besonderer thermodynamischer Systeme, die sich durch eine interne Organisation auszeichnen. Sie sind durch eine Grenzschicht mit definierten und variablen Durchlässigkeiten deutlich von ihrer Umgebung abgegrenzt. Selbstverständlich braucht die Leistung eine stoffliche Grundlage. Es gibt kein Lebensphänomen, das keine molekulare Grundlage hat, aber auch keines, das nur stofflicher Natur ist. Leben existiert in der dialektischen Einheit von Stoff und Prozess, Struktur und Funktion.

Heinz Penzlin

5. Energetik

Zusammenfassung

Für das tiefere Verständnis des Phänomens „Leben“ ist es notwendig zu reflektieren, dass das Lebendige bei den Temperaturen seiner Existenz ein äußerst unwahrscheinlicher Zustand ist. Lebewesen weisen eine dynamische Struktur auf, die – so der russische Biophysiker TRINTSCHER – „bei der Temperatur ihrer thermischen Zerstörung arbeitet“. Permanent wird Energie allein schon aus dem Grunde benötigt, den eigenen Zerfall zu kompensieren, den lebendigen Zustand gegen die zerstörerischen Kräfte aufrecht zu erhalten, die das System ins thermodynamische Gleichgewicht führen würden. Organismen benötigen auch dann Energie, wenn sie keinerlei äußere Arbeit leisten. Ihren Energiebedarf können die Organismen nicht durch Entzug von Wärme aus ihrer Umgebung decken, denn sie funktionieren unter quasi isothermen und isobaren Bedingungen, d. h. größere Temperaturdifferenzen treten nicht auf. Lebewesen sind deshalb keine kalorisch arbeitenden Systeme, die die zugeführte Energie zunächst in Wärme überführen, um sie dann erst in einer zweiten Transformation zur Arbeitsleistung heranzuziehen. Sie arbeiten vielmehr als chemodynamische Systeme, wie es der deutsche Mediziner Adolf FICK als erster in der zweiten Hälfte des 18. Jhs. richtig erkannt hat.

Heinz Penzlin

6. Organisation

Zusammenfassung

Die Lebewesen werden gerne durch eine Trias von Eigenschaften charakterisiert. Bei Alexander OPARIN, Manfred EIGEN u. a. sind es „Metabolismus, Selbstreproduktivität und Mutabilität, bei Reinhard W. KAPLAN in etwas abgeänderter Form „Stoffwechsel, Vermehrung und Entwicklung“ und bei Konrad LORENZ „Ganzheitlichkeit, Finalität und historisches Gewordensein“. Versuchen wir demgegenüber nicht das Lebewesen, sondern seinen lebendigen Zustand in seinem Wesen zu kennzeichnen, so bleibt von diesen drei Merkmalen nur der „organisierte“ Metabolismus übrig.

Es ist vielleicht wichtig, in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass damit keine „Definition des Lebens“ gegeben, sondern lediglich eine Kennzeichnung des lebendigen Zustandes im Unterschied zu allem Nichtlebendigen versucht worden ist. Der Begriff „Definition“ ist in der Literatur mehrdeutig. Beschränken wir ihn auf die sog. Nominaldefinitionen, so kann sich eine Definition niemals auf konkrete Dinge, sondern immer nur auf Begriffe oder deren Symbole beziehen. Deshalb kann es, streng genommen, gar keine „Definition des Lebens“ im Sinne einer „Definition des Lebewesens“, sondern höchstens eine Definition des Begriffes „Leben“ geben.

Heinz Penzlin

7. Information

Zusammenfassung

Die Existenz lebendiger Systeme ist nicht allein aus ihren stofflichen und energetischen Vorgängen und Wandlungen heraus, aus der Physik und Chemie, erklärbar. Voraussetzung für die funktionelle Ordnung lebendiger Systeme, für ihre Organisation, ist ein intensiver Informationsaustausch auf allen Ebenen, innerhalb der Zellen ebenso wie zwischen den Zellen eines Vielzellers oder zwischen den Individuen. Darüber hinaus gehört die Fähigkeit der Lebewesen, bestimmte Ereignisse in der Umgebung rechtzeitig registrieren, um darauf in „nützlicher“ Weise reagieren zu können, zu den notwendigen Eigenschaften aller Organismen vom Bakterium bis zum Menschen. Die lebendigen Systeme sind nicht nur thermodynamische, sie sind auch kommunikative Systeme.

Heinz Penzlin

8. Spezifität

Zusammenfassung

Im sechsten Kapitel dieses Buches haben wir den organisierten Metabolismus als die Daseinsweise lebendiger Systeme bezeichnet. Organisiert ist der Stoffwechsel im Hinblick auf seine eigene Erhaltung im Strom der Zeit gegen alle destruktiven Kräfte. Eine solche ganzheitlich orientierte dynamische, funktionelle Ordnung erfordert zu seiner selbsttätigen Aufrechterhaltung nicht nur einen permanenten Stoff- und Energie-, sondern auch einen Informationsumsatz. Während der Organismus die Stoffe und Energie in seiner Umgebung findet, muß er die notwendigen Informationen aus sich selber, aus seinem Genom schöpfen. Lebewesen repräsentieren nur im thermodynamischen Sinne offene Systeme, in informationeller Hinsicht sind sie geschlossen.

Heinz Penzlin

9. Formbildung

Zusammenfassung

Gibt dem suchenden und forschenden Geist die bloße Existenz organisierter Wesen auf unserer Erde bereits genügend Rätsel auf, die in ihrer Vielzahl und Sonderheit nicht hätten größer sein können, so muß uns das planmäßige Werden dieser Organismen aus sich selbst heraus in unglaublich kurzer Zeit auch heute noch in unserer „aufgeklärten“ und wissenschaftsgläubigen Zeit geradezu wie ein „Wunder“ erscheinen. Wie kommt es, dass sich die verschiedenen Organe jeweils zum richtigen Zeitpunkt, am richtigen Ort in der richtigen Größe herausbilden? Wieso entsteht aus einem menschlichen Ei immer wieder ein Mensch und niemals eine andere Art?

Die Erfahrung der Entwicklung eines neuen vielzelligen Organismus, wie beispielsweise eines Menschen mit seinen 10¹⁴ Zellen und über 200 verschiedenen Zelltypen, aus einer befruchteten Eizelle innerhalb von nur neun Monaten ist uns andererseits so geläufig, so alltäglich, dass wir das Staunen und Sichwundern darüber weitgehend verlernt haben. Erst bei fehlerhaften Entwicklungen wird uns auf schreckliche Weise wieder bewusst, wie komplex und risikobehaftet jede Entwicklung ist. Die embryonale Entwicklung ist ohne Zweifel der komplexeste Vorgang, den wir in der Natur vorfinden, der uns auch heute noch – trotz gewaltiger Fortschritte in der experimentellen Analyse – viele Rätsel aufgibt.

Heinz Penzlin

10. Autonomie

Zusammenfassung

„Kennzeichnend für alles Lebensgeschehen“, so formulierte es ROTHSCHUH einmal, „ist das aus sich selbst Verlaufende des Geschehens, das Sich-Selbst-Bewegen, das Sich-Selbst-Differenzieren, kurz die Selbstbestimmung der Ordnung.“ Das ist keineswegs eine neue Erkenntnis. Bereits in der „Kritik der Urteilskraft“ von Immanuel KANT heißt es, dass Organismen „organisierte und sich selbst organisierende Wesen“ seien, in denen „ein jeder Teil, so, wie er nur durch alle übrigen da ist, auch als um der anderen und des Ganzen willen existierend gedacht“ werden müsse.

Lebewesen zeichnen sich durch eine Autonomie im Sinne von „Selbstbestimmung“ aus. Dieses “Sich-selbst-bewegen” im Sinne PLATONs, dieses Aus-sich-selbst-kommen“ und „Sich-selbst-bestimmen“ lebendiger Systeme stellt ein wesentliches Kriterium aller organischen Entitäten dar, durch das sie sich in grundsätzlicher Weise von allem unterscheiden, was in der anorganischen Natur existiert. Ihre Struktur beweise, so Jacques MONOD, „eine klare und uneingeschränkte Selbstbestimmung, die eine quasi totale ‚Freiheit‘ gegenüber äußeren Kräften und Bedingungen“ einschließe.

Heinz Penzlin

Backmatter

Title: Das Phänomen Leben
Author: Heinz Penzlin
Publisher: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-37461-6
Print ISBN: 978-3-642-37460-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37461-6

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Table of Contents

Frontmatter

1. Individualität

2. Zelle

3. Evolution

4. Dynamik

5. Energetik

6. Organisation

7. Information

8. Spezifität

9. Formbildung

10. Autonomie

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