– oder: Wer hat den ersten Bauplan gebaut?
Dr. Michael W. Driesch
Stell dir vor, du findest auf einem fremden Planeten eine Fabrik. Die Fabrik produziert Maschinen. Diese Maschinen werden gebraucht, um die Fabrik am Laufen zu halten. Ohne die Fabrik gibt es keine Maschinen – ohne die Maschinen gibt es keine Fabrik.
Wie kam diese Fabrik in die Welt?
Genau diese Frage stellt sich in jeder lebenden Zelle auf unserem Planeten. Und die Antwort, die die Wissenschaft bisher geben kann, lautet – ehrlich gesagt – : Wir wissen es nicht.
Jede Zelle ist eine Fabrik
In jeder Zelle, ob in einem Bakterium oder in einer menschlichen Nervenzelle, passiert ununterbrochen dasselbe: Genetische Information wird gelesen und in Proteine übersetzt. Proteine sind die Arbeitstiere der Zelle – sie bauen, transportieren, steuern, verteidigen. Ohne Proteine kein Leben.
Die genetische Information steckt in der DNA – einer langen Kette aus vier verschiedenen chemischen Bausteinen. Diese vier Bausteine bilden eine Art Alphabet, aus dem Wörter und Sätze entstehen. Die Zelle liest diese Sätze und baut daraus Proteine – Ketten aus zwanzig verschiedenen Aminosäuren.
Das Regelwerk dieser Übersetzung – welche genetische Sequenz für welche Aminosäure steht – nennen wir den genetischen Code.
Und dieser Code ist erstaunlich: Er ist bei fast allen Lebewesen auf der Erde identisch. Ob Pilz, Pflanze, Fisch oder Mensch – derselbe genetische Satz bedeutet dieselbe Aminosäure. Das deutet darauf hin, dass dieser Code einmal, vor sehr langer Zeit, entstanden ist – und sich seitdem kaum verändert hat.
Das Problem mit dem Regelwerk
Jetzt kommt die entscheidende Frage: Wer oder was hält dieses Regelwerk aufrecht?
Die Antwort ist: eine bestimmte Klasse von Proteinen. Diese Proteine – mit dem sperrigen Namen Aminoacyl-tRNA-Synthetasen – sind dafür zuständig, dass die richtigen Aminosäuren an die richtigen genetischen Sequenzen gekoppelt werden. Ohne sie funktioniert die Übersetzung nicht. Ohne sie gibt es keinen genetischen Code in der Praxis.
Aber jetzt dreht sich die Sache im Kreis: Diese Proteine, die den Code aufrechterhalten, sind selbst Produkte des Codes. Sie entstehen durch genau die Übersetzungsmaschinerie, die sie erst ermöglichen.
Das ist kein Denkfehler. Das ist die Realität jeder lebenden Zelle.
Kein Henne-Ei-Problem
Man könnte sagen: Na und? Das ist doch das klassische Henne-Ei-Problem. Was war zuerst da?
Aber es ist schlimmer als das.
Beim Henne-Ei-Problem existieren Henne und Ei bereits – man fragt nur, welche zuerst da war. Hier hingegen ist die Frage: Wie konnte irgendetwas davon entstehen, wenn jedes Element das andere voraussetzt? Es ist, als würde man fragen: Wie kann eine Brücke gebaut werden, wenn man zum Bauen die Brücke bereits braucht?
Das nenne ich das Bootstrapping-Problem – benannt nach dem alten englischen Ausdruck „pull yourself up by your own bootstraps“: sich an den eigenen Schnürsenkeln hochziehen. Eine physikalische Unmöglichkeit.
Was die Wissenschaft versucht hat
Die Wissenschaft ist nicht untätig geblieben. Es gibt mehrere kreative Ansätze, die versuchen, dieses Problem zu lösen.
Die RNA-Welt ist vielleicht die bekannteste Idee. Sie postuliert, dass es vor der heutigen Arbeitsteilung zwischen DNA (Informationsspeicher) und Proteinen (Katalysatoren) eine Ära gab, in der RNA beides war – sowohl Informationsträger als auch chemischer Helfer. Das ist ein eleganter Gedanke. Aber er verschiebt das Problem nur: Irgendwann musste auch in der RNA-Welt eine stabile Übersetzungsregel entstehen. Der Kreislauf schließt sich nicht von selbst.
Die Affinitätshypothese spekuliert, dass bestimmte genetische Sequenzen von Natur aus eine chemische Vorliebe für bestimmte Aminosäuren haben – dass der Code also gewissermaßen in der Physik der Moleküle vorgezeichnet ist. Schön gedacht. Aber die gemessenen Affinitäten sind schwach und unscharf, während der genetische Code präzise und eindeutig ist.
Ko-Evolutions-Modelle argumentieren, dass Code und Übersetzungsapparat gemeinsam, in kleinen Schritten, gewachsen sind. Das klingt überzeugend – aber auch hier fehlt die Erklärung für den allerersten Schritt. Wie entstand die erste, winzige, aber stabile Übersetzungsregel?
Den mutigsten Versuch unternimmt der Biophysiker Peter Wills. Er beschreibt mathematisch, wie ein System, das anfangs überhaupt keinen Code hat – in dem jede Aminosäure zufällig an jede RNA binden kann – durch Zufall in einen Zustand kippen kann, in dem sich eine Art Selbstverstärkung einstellt: Eine Sequenz produziert zufällig ein Molekül, das dabei hilft, genau diese Sequenz wieder zu lesen. Der Kreislauf schließt sich.
Das ist faszinierend. Aber das entscheidende Wort ist „Zufall“. Damit das passiert, müssen zur gleichen Zeit, am gleichen Ort, ganz bestimmte Moleküle in ganz bestimmten Mengen vorhanden sein. Wills sagt: Das ist halt zufällig passiert. Aber „Zufall“ ist keine Erklärung – es ist ein anderes Wort für „wir wissen nicht warum“.
Und übrigens: Niemand hat diesen Prozess je im Labor unter kontrollierten Bedingungen reproduzieren können. Was schwer erklärt, warum er in einer chaotischen Ursuppe stattgefunden haben soll.
Das eigentlich Interessante
Jetzt könnte man resigniert sagen: Na ja, schwierige Fragen bleiben eben lange offen. Was ist daran besonders?
Das Besondere ist Folgendes: Alle diese Ansätze – obwohl sie völlig verschieden sind, von verschiedenen Wissenschaftlern mit verschiedenen Methoden entwickelt – scheitern auf dieselbe Art und Weise. Jeder erzeugt an irgendeiner Stelle dieselbe Lücke: Man braucht bereits das, was man erklären will.
Das ist kein Zufall. Wenn viele verschiedene Versuche, eine Frage zu beantworten, systematisch an derselben Stelle scheitern – dann lohnt es sich zu fragen: Liegt das Problem vielleicht nicht in den Antworten, sondern in der Frage selbst?
Vielleicht ist die Frage falsch gestellt
Was physikalisch existiert, sind Moleküle, chemische Bindungen, Reaktionsgeschwindigkeiten. Was wir „genetischen Code“ nennen, ist eine Beschreibung – ein Muster, das wir in diesem molekularen Gewimmel erkennen und benennen.
Vielleicht ist der genetische Code kein Ding, das irgendwann entstanden ist – wie ein Werkzeug, das gebaut wurde. Vielleicht ist er ein Muster, das aus bestimmten physikalischen Bedingungen hervorgeht – so wie eine Welle kein Ding ist, sondern ein Bewegungsmuster des Wassers.
Wenn das stimmt, dann ist die Frage „Wie entstand der Code?“ möglicherweise ähnlich irreführend wie die Frage „Wo genau beginnt eine Welle?“ Es gibt keine scharfe Grenze – weil das, was wir beschreiben, kein diskretes Ereignis ist, sondern ein kontinuierlicher Prozess, den wir mit einem diskreten Begriff belegen.
Die produktivere Frage wäre dann: Unter welchen physikalischen Bedingungen entstehen molekulare Dynamiken, die wir sinnvollerweise als „Code“ beschreiben können?
Warum das wichtig ist
Das klingt vielleicht wie ein philosophisches Planschbecken weit entfernt vom echten Forschungsalltag. Aber es ist das Gegenteil.
Wenn Forscher jahrelang versuchen, ein Problem zu lösen, und systematisch scheitern – dann ist das teuer, frustrierend und wenig produktiv. Die Wissenschaftstheorie kann helfen, solche Sackgassen zu erkennen: nicht indem sie die Wissenschaft ersetzt, sondern indem sie fragt, ob der Rahmen, in dem die Frage gestellt wird, der richtige ist.
Das Bootstrapping-Problem des genetischen Codes ist eine der präzisesten und hartnäckigsten offenen Fragen der Biologie. Und es ist möglicherweise auch ein Fenster in etwas Grundlegenderes: in die Frage, wie Bedeutung, Repräsentation und Information in einer physikalischen Welt überhaupt möglich sind.
Denn wenn der genetische Code tatsächlich das erste Mal ist, dass ein physikalisches System eine Sequenz auf eine andere abbildet – stabil, reproduzierbar, selbstverstärkend – dann ist das nicht nur eine biologische Kuriosität. Das ist der Moment, in dem die Natur anfing, sich selbst zu lesen.