Ewige Ideen - ewiges Leben?

Was ist eine Idee? Ist allein der Gedanke, etwas zu verändern, eine Idee? Oder die Vorstellung, etwas Neues zu erschaffen? Diesen philosophischen Fragen widmen sich die Biologen Prof. Dr. Johannes Kabisch und Dr. Alexander Elsholz in dem Projekt "Eternal Cell – Life without replication"

"Wir haben aus der Perspektive der Biologen nach Menschengeschaffenem gesucht, das für unsere Begriffe ewig besteht", erzählt Johannes Kabisch, Professor für Synthetische Biologie an der Technischen Universität Darmstadt, wie sie auf diese ungewöhnlichen Fragen stießen. "Dabei fielen uns Ideen ein, die zumindest sehr lange halten." Kabisch zögert, eine allgemeingültige Definition der Idee zu liefern, beschreibt aber einige ihrer Eigenschaften: Ideen können sich entwickeln, manche verselbstständigen sich und werden zu gemeinschaftlichem Gedankengut, das viele Generationen überlebt. Oder besser "überdauert"? Denn was bedeutet eigentlich Leben? Das fragt die VolkswagenStiftung in ihrer Förderinitiative "Leben?", die Kabisch und Elsholz zu ihren Überlegungen anregte und in der das Projekt gefördert wird.

Steckt in der DNA die Idee des Lebens? 

"Als Biologen halten wir uns bei der Frage nach dem Leben üblicherweise an die Definition, die Wilhelm Roux geliefert hat", sagt Kabisch. Dem 1924 verstorbenen Anatomen und Entwicklungsbiologen zufolge gilt als lebendig, was wächst und einen Stoffwechsel hat, was sich vermehrt, auf Stimuli reagiert und die Fähigkeit hat, sich anzupassen. 

Portrait eines Mannes mit dunklen Haaren
Der Biologe Johannes Kabisch forscht an der Technischen Universität Darmstadt. (Foto: Schoeppner für VolkswagenStiftung)

"In unserem Projekt "Eternal Cell" haben wir zunächst das Merkmal der Reproduktion betrachtet: Auf der Ebene einzelner Zellen bedeutet Reproduktion Replikation, die Vervielfältigung des Erbgutes aus DNA", erläutert Projektleiter Kabisch. "Die DNA enthält die Information des Lebens. Könnte man also sagen, in ihr steckt die Idee des Lebens?"

"Survival of the fittest"

Ideen pflanzen sich fort und wandeln sich dabei im Laufe der Zeit, ebenso wie das Erbgut von Lebewesen. Jede Replikation der DNA bringt Fehler mit sich, die Veränderungen im Organismus bewirken können. Sie sind die Grundlage für eine Anpassung an veränderte Umweltbedingungen. Auf solchen Veränderungen beruht das Prinzip der Evolution: Varianten von Lebewesen entstehen, existieren nebeneinander und konkurrieren um Ressourcen. Die überlebensfähigste Variante setzt sich durch.

Auch Ideen verändern sich und passen sich äußeren Gegebenheiten an. Wie die Evolution von Ideen abläuft, möchten die Biologen gemeinsam mit dem Philosophen Prof. Alfred Nordmann in einem Experiment beobachten. Sie laden Menschen auf einem Online-Portal ein, ihre Ideenentwürfe zu veröffentlichen. Andere Interessierte können diese Ideen "liken", ihnen also zustimmen. Publikumszustimmung ist die Ressource im Überlebenswettbewerb der Ideen. Solche, die viel Zustimmung bekommen, bleiben bestehen, andere gehen verloren.

Screenshot der Webseite "Ewige-Ideen.de"
Unter "ewige-ideen.de" können eigene Ideen eingereicht werden. (Screenshot: ewige-ideen.de)

Zudem können alle Teilnehmenden die Ideen auf dem Portal verändern, um sie weiterzuentwickeln. Eine neue Variante bleibt eine gewisse Zeit neben dem Vorläufer stehen. Bekommt sie mehr Zustimmung als die ursprüngliche Idee, ersetzt sie diese. Ganz nach den Darwin'schen Prinzipien der Evolution überleben - oder überdauern - die Ideen, die im Wettbewerb um Ressourcen am "fittesten" sind. 

Gibt es Leben ohne Vermehrung? 

Zurück zur DNA: Biotechnologen nutzen Bakterien, um bestimmte Stoffe zu produzieren, beispielsweise als Grundstoffe für Medikamente. Ihnen macht die Evolution gelegentlich einen Strich durch die Rechnung: Die DNA von Bakterien verändert sich mit jeder Teilung, das heißt, je nach Art mehrmals am Tag oder sogar pro Stunde. Mit jeder Teilung besteht das Risiko, dass sich auch die Bauanleitung für das gewünschte Produkt verändert. Oder dass die Bakterien es gar nicht mehr herstellen, weil sie dann einen Fitnessvorteil haben. Hinter der Frage nach ewigem Leben steckt für die Biotechnologinnen und -technologen daher auch ein ganz pragmatischer Ansatz: Können sie Bakterien die Fähigkeit nehmen, sich zu vermehren und somit ihre DNA zu verändern, um sie dauerhaft als Fabriken für Bioprozesse zu nutzen? 

"Dieser Ansatz ist radikal synthetisch", sagt Kabisch und betont: "Er widerläuft dem Sinn des Lebens." Denn was bedeutet es für eine Zelle, sich nicht mehr vermehren zu können - ist sie dann überhaupt noch lebendig? Oder schaffen die Biotechnologen sogar unsterbliches Leben?

Dieser Ansatz widerläuft dem Sinn des Lebens

In der Natur habe Replikation für Bakterien höchste Priorität, er arbeite mit seinen Versuchen also gegen einen enormen Selektionsdruck, erklärt der Projektleiter. Das hat er bei seinen Experimenten im Labor deutlich gespürt. Eineinhalb Jahre dauerte es allein, die entsprechende Veränderung in deren Erbgut zu konzipieren und technisch umzusetzen. Kabisch und seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter müssen die DNA von Millionen und Abermillionen von Bakterien mutieren, um einige hundert zu finden, bei denen der Eingriff gelungen ist. "Die Zellen wehren sich geradezu gegen die Veränderung", beschreibt Kabisch.

Und die geringe Effizienz der genetischen Manipulation ist nicht die einzige Herausforderung, die dieses Projekt für die Biotechnologinnen und -technologen mit sich bringt. "Unsere Methoden, Materialien und Geräte sind auf die Arbeit mit großen Mengen von Bakterien ausgelegt", beschreibt Kabisch. "Von den kostbaren wenigen hundert unsterblichen Zellen, die wir gewinnen, bleibt dann ein Teil in den Reagenzröhrchen hängen." Zudem sei es äußerst knifflig, die Eigenschaften der wenigen Überlebenden zu charakterisieren. "Untersuchungen etwa des Stoffwechsels sind an einzelnen Bakterien sehr aufwendig durchzuführen." 

Wir brauchen eine größere Anzahl von Proben - also noch mehr Teilnehmerinnen und Teilnehmer

Ideen im Wettstreit um die Ewigkeit 

Um unterdessen den Online-Wettstreit der Ideen um Langlebigkeit gerechter zu gestalten, haben Kabisch und Nordmann drei Ligen eingerichtet: Eternal (die Ewigen), Rising Stars (die Aufsteiger) und Newcomer (die Neulinge). Alle neu eingegebenen Ideen beginnen in der Liga der Neulinge. "Damit sie eine faire Chance gegen früher gestartete Kandidaten haben, gelten hier weniger harte Regeln für die Konkurrenz um Ressourcen", erklärt Kabisch. Die Likes für Neulinge halten beispielsweise länger als die für gestandene Kandidaten in den oberen Ligen. 

Man könnte sich vorstellen, dass die Forschenden in diesem Experiment die Evolution von Ideen in Echtzeit - oder sogar im Zeitraffer - beobachten können. Dass Ideen sich zu einer Form entwickeln, in der sie konstant die höchste Zustimmung erhalten und sich so ewige Ideen herauskristallisieren. "Um einen solchen Trend beobachten zu können, brauchen wir eine größere Anzahl von Proben - also noch mehr Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Ideenwettbewerb", sagt Kabisch.

Noch bis zum 24. Juni 2021 ist das Portal unter https://ewige-ideen.de offen für Neueinträge und Evolutionsvorschläge.
 

Unter https://ewige-ideen.de/ können Sie mitmachen: Noch bis zum 24. Juni ist es möglich, eigene Ideen einzubringen und andere weiterzuentwickeln. In jeder Liga finden Sie die bisherigen Ideen aller Kategorien. Füttern Sie Ideen mit Ihrer Zustimmung, teilen Sie sie auf Twitter, um sie weiter zu verbreiten, oder modifizieren Sie Kandidaten, um eine neue Variante ins Rennen zu schicken. Ein Video auf YouTube zeigt, wie Sie im Portal navigieren.

Datenspeicher für die Ewigkeit

Die drei Ideen, die am meisten Zustimmung erhalten haben, werden dann als "ewige Ideen" gekürt. Jede von ihnen wird mit einer unsterblichen Zelle vereint.

DNA ist ein hervorragender Datenspeicher für die Ewigkeit.

Dazu nutzen die Forschenden eine natürliche Eigenschaft der verwendeten Bakterien: Auf der Suche nach neuen Eigenschaften verleiben diese sich freie DNA aus der Umgebung ein. Kabisch und seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bieten ihnen eine synthetisch hergestellte DNA an, deren Sequenz die ausgewählte Idee enthält.

"DNA ist ein hervorragender Datenspeicher für die Ewigkeit", erklärt der Experte für synthetische Biologie. "Sie ist sehr robust und hat eine enorme Speicherkapazität pro Gewichtseinheit." Der Algorithmus, der die Ideen in DNA-Sequenzen übersetzt, versieht diese zudem mit kodierten Hinweisen, anhand derer sie auch in der Zukunft fehlerfrei zurück übersetzt werden können. 

Bei den Zellen, die eine der ewigen Ideen in ihr Erbgut aufgenommen haben, schalten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen dann die Replikation ab. Da bisher unklar ist, wie lange die von Kabisch geschaffenen Zellen tatsächlich überleben, und da sie in einem qualifizierten Labor dauerhaft aufwendig gepflegt werden müssen, speichern die Forschenden die ausgewählten Ideen zusätzlich in bakteriellen Endosporen. "Natürlicherweise stellen Bakterien Endosporen her, wenn sie durch Nahrungsmangel in Not geraten", erklärt Kabisch. "Sie verdoppeln ihre DNA und verpacken eine Kopie in einer Art kleinem Tresor." Während die Bakterien verhungern, ruhen die robusten DNA-Pakete und überdauern Jahrtausende lang Hitze, Kälte, Dürre, Flut. Bei günstigen Umweltbedingungen können die Sporen zu neuem Leben erwachen - und mit ihnen die gespeicherten Ideen. 
 

Am 24. Juni veranstaltet die TU Darmstadt gemeinsam mit der Schader Stiftung einen "Marktplatz der Ideen". Bei der Veranstaltung werden die Ergebnisse des Online-Experiments öffentlich vorgestellt. Zudem gibt es einen eintägigen Sprint der Ideen, an dem sich Kunstschaffende und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen beteiligen. 

Wissenschaftskommunikation und Wissenstransfer

Die App "Eternal Ideas" wird in der Initiative "Wissenschaftskommunikation und Wissenstransfer" gefördert. Die VolkswagenStiftung unterstützt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei, sich mit ihrer Expertise gesellschaftlich einzubringen und regt dazu an, neue Formen von Wissenschaftskommunikation zu erproben.