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Mit diesem Planetensimulator suchen Wissenschaftler nach dem Ursprung des Lebens

Dominik Bardow 10.11.2018 Lesezeit 10 Min

Kann der Mensch neue Formen von Leben schaffen? Und woher kommt überhaupt dieses Leben? Aus dem Wasser – oder doch aus schmutzigen Tümpeln? Daran forscht ein deutscher Wissenschaftler mit einem Planetensimulator – und an der Neutronenquelle ILL in Grenoble, über die WIRED in einer Serie berichtet. Was zunächst nach Science-Fiction klingt, wird am Ende ziemlich greifbar.

Am Anfang war der Pizzaofen. Er simulierte Himmel und Erde. Und dann, schon nach wenigen Tagen, erschuf er das Leben: die erste Zelle, aus der alle späteren Geschöpfe hervorgehen sollten. So steht es nicht in der Bibel. Und auch nicht in Schulbüchern. Es könnte trotzdem bald stimmen. Denn diesen Pizzaofen gibt es wirklich, auch wenn er offiziell „Planetensimulator“ heißt. Der Apparat ähnelt einem Rundofen. Und die Forscher, die ihn bedienen, stellen damit die Ur-Bedingungen auf der Erde nach. Schließlich wollen sie herausfinden, wie alles begann. Sie suchen den Ursprung von allem. Den einen Moment, in dem scheinbar aus dem Nichts Leben auf unserem Planeten entstand. Und sie erforschen, ob das auch auf anderen Planeten passiert ist.

Was klingt wie Science-Fiction, ist der Job von Maikel Rheinstädter. „Wenn wir im Planetensimulator spontan Leben erzeugen können“, sagt der deutsche Wissenschaftler im Gespräch mit WIRED, „dann ist die Entstehung von Leben vermutlich ein sehr gewöhnlicher Prozess im Universum.“ Wenn uns jemand so etwas auf der Straße erzählen würde, hielten wir ihn wahrscheinlich für irre. Wieder einer, der sich für Gott hält oder kleine grüne Männchen gesehen hat. Doch wenn ein Biophysiker wie Maikel Rheinstädter das sagt, der an der angesehen McMaster Universität in Kanada forscht, dann muss man das Ganze etwas ernster nehmen.

Wobei schon der Begriff Biophysiker ein Widerspruch in sich scheint: Wie kann sich jemand gleichzeitig mit belebter und unbelebter Materie auseinandersetzen? „Wissenschaftlich ist das eine spannende Frage: Wo hören Physik und Chemie auf und wo fängt Biologie an?“, sagt Maikel Rheinstädter. „Wir haben wahrscheinlich alle Zutaten, aus denen wir gemacht sind, bei uns im Kühlschrank im Labor. Aber wenn ich die in einen Eimer stecke und umrühre, dann hüpft da am nächsten Tag kein zweiter Maikel raus.“

Als ich das Konzept geschrieben habe, haben Leute gegähnt.

Maikel Rheinstädter

Dem Ursprung des Lebens kommt er mit einem Eimer nicht auf die Spur. Also ersann Rheinstädter vor fünf Jahren den Planetensimulator: ein Labor mit einem Apparat, der das Erdklima zu verschiedenen Zeiten nachstellen kann – genau wie die Bedingungen auf anderer Planeten. „Als ich das Konzept geschrieben habe, haben Leute gegähnt, wenn du ihnen von Leben auf anderen Planeten und Aliens erzählt hast“, erinnert sich Rheinstädter. „Das war Star Wars, Science-Fiction.“ Etwa zur gleichen Zeit, so erinnert sich der Forscher, entdeckte die Kepler-Mission die ersten potentiell bewohnbaren Planeten. Ein riesiges Medien-Echo war die Folge. Schon ein paar Wochen später waren zweieinhalb Tausend erdähnliche Himmelskörper gefunden. Plötzlich war Rheinstädter mit seinen Ideen in Mode – und er erhielt die Fördergelder. Heute wollen Institutionen von der NASA über die Harvard University bis zu den Max-Planck-Instituten seinen Planetensimulator nachbauen. „Wir sind derzeit aber die Einzigen, weil wir etwas früher dran waren“, sagt Rheinstädter nicht ohne Zufriedenheit.

Stammt das Leben aus Tümpeln?

Der Deutsche, der im Saarland studiert hat, lebt und forscht seit mittlerweile 16 Jahren im Ausland, aktuell im kanadischen Hamilton, bei Toronto gelegen. Die Zeit scheint ihn geprägt zu haben. Im Gespräch, indem er seine Ideen mit viel Enthusiasmus präsentiert, zeichnet ihn Optimismus nordamerikanischer Prägung aus: immer erst die Chancen sehen und nicht die Risiken.

300.000 Euro hat Rheinstädter der Planetensimulator gekostet, der aussieht wie eine Trockenhaube, wie sie Frauen früher beim Frisör aufhatten. Die Haube steht wiederum auf einer Art Kühlschrank. „Im Prinzip ist es ein sehr teurer Pizzaofen“, sagt sein Erfinder. Die Forscher stellen dort Proben hinein. Sie können Licht und Strahlung nachstellen, die verschiedene Sterne aussenden. Der Planetensimulator kann auch verschiedene Atmosphären bilden, Gase mischen, hohen oder niedrigen Druck erzeugen. Über Wasserdampf steuert er die Feuchtigkeit, kann so Umgebungen von Wüste bis Regenwald simulieren.

Aber was Maikel Rheinstädter wirklich nachstellen will, sind dreckige Tümpel. Denn dort, glaubt er, hat alles angefangen vor vier Milliarden Jahren, eine halbe Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde. Andere Forscher behaupten dagegen, das Leben komme aus dem Wasser, aus dem Meer oder Eis. „Ich habe versucht, das in meinem Labor nachzustellen“, sagt der Biophysiker. „Du erhältst dabei nur sehr kleine Konzentrationen von Molekülen, die sich wahnsinnig schnell im Wasser bewegen und sich kaum treffen, um miteinander zu reagieren.“

Stattdessen zeigt er Fotos von Tümpeln, wie sie heute noch in Russland oder Kalifornien zu finden sind. Auf Felsen im Meer bilden sich Ablagerungsflächen für Lehm und Salze, die von oben betrachtet braun, grün und grau schimmern. Diese Tümpel sind auch heute noch den normalen Temperaturschwankungen und Jahreszeiten ausgesetzt: Sie trocken aus, werden überflutet oder weggeschwemmt, mischen sich mit dem Inhalt benachbarter Tümpel. „Wir glauben, dass genau hier die Magie stattfindet“, sagt Rheinständer. Der Zauber, der das Leben schuf.

Also versuchte er, diese Magie nachzustellen. Auch wenn sein Planetensimulator etwas sauberer und klinischer aussieht als ein Tümpel und die Proben auf durchsichtigen Plättchen hineingelegt werden. „Die Wissenschaft versucht immer, Dinge zu vereinfachen und auf wenige Parameter herunterzukochen“, erklärt Rheinstädter. „Wenn du 100 Zutaten mischst, weißt du am Ende nicht, welche die Entscheidende war.“

Noch kann der Mensch kein Leben erschaffen

Die Forscher mixen verschiedene Arten von Salz und Lehm zusammen, dazu Nukleotide und Lipid-Moleküle. Diese setzen sie dem Erdklima von damals aus, nur schneller. Die Forscher können einen Tag in 40 Minuten simulieren, ein ganzes Jahr in unter zwei Wochen. „Wir waren überrascht, dass wir schon nach wenigen Tagen Resultate bekamen“, sagt Rheinstädter. „Sehr einfache Zellen begannen sich spontan zu formen.“

Diese Protozellen sind sozusagen die Vorgänger von lebendigen Zellen, der erste Schritt Richtung Leben. Später können daraus einmal Dinosaurier, Gänseblümchen oder Menschen werden. Die Chemie dahinter war offenbar gar nicht so komplex, sobald die Forscher einmal die richtigen Zutaten gefunden hatten. Die Natur hat laut Rheinstädter dennoch gut 200 Millionen Jahre gebraucht, um in den Tümpeln die richtige Mischung und ausreichend Rohmasse zu finden.

Die Proben aus dem Planetensimulator untersuchen die Biophysiker unter anderem auch am europäischen Forschungsreaktor ILL. Der Deutsche und sein internationales Team sind die letzten Forscher, die wir in unserer WIRED-Serie über die Neutronenquelle ILL vorstellen. Doch die Planetensimulierer sind noch nicht fertig.

„Als Nächstes müssen wir nun zeigen, dass so eine Protozelle zu einer richtigen biologischen Zelle werden kann“, sagt Rheinstädter. Sie müssten also beweisen, dass sich das genetische Material darin duplizieren und die Zelle sich dadurch vermehren kann. Dass sie also lebendig ist.

Diesen Schritt hat bis heute noch kein Forscher nachvollzogen: Wann wird Leben wirklich lebendig? Was macht das Leben aus? „Wir verstehen mittlerweile ein bisschen was von Evolution“, sagt Rheinstädter, „aber diesen ersten Schritt, den verstehen wir gar nicht: Wir wissen nicht, wo wir herkommen.“ Der Menschen kann zwar Leben erhalten, aber kein Leben erschaffen. Noch nicht.

Für mich war Gott viel früher da, er hat sozusagen den Urknall erzeugt.

Maikel Rheinstädter

Wenn der Planetensimulator irgendwann eine lebendige Zelle erschaffen könnte, dann wäre eine Schwelle überschritten. Eine Schwelle, die religiöse Menschen göttlich nennen würden. „Ich sehe da in der Wissenschaft noch keinen Konflikt mit der Religion“, sagt Rheinstädter, der auf Vorträgen in Kanada und den USA öfter mit dieser Frage konfrontiert wird. „Für mich war Gott viel früher da, er hat sozusagen den Urknall erzeugt. Alles, was danach kam, ist Wissenschaft.“ Danach, das ist auch der Planetensimulator.

Wenn leblose Einzelteile plötzlich zu einem Lebewesen werden, führt das dennoch zu ethischen und philosophischen Problemen. Die Fragen „Wer oder was bin ich?“ und „Wo komme ich her?“ stellt sich vermutlich jeder Mensch einmal in seinem Leben. Will man wirklich, dass ein Pizzaofen diese Sinnfragen mit einem einfachen Kochrezept beantwortet: Das Leben ist, im Kern, ein bisschen Lehm, dazu eine Prise Salz?

Leben auf anderen Planeten

Rheinstädter denkt bei seiner Forschung weniger an Philosophie, sondern an praktische Anwendungen in der Medizin. „Wenn man Zellen zum Leben erwecken kann“, sagt er, „könnte man Menschen helfen, die gelähmt sind, die Gliedmaßen verloren haben oder die an Alzheimer leiden.“ Anstatt jemandem Stammzellen zu entnehmen, könnten Ärzte sie einfach selber züchten. Schaf Dolly ließe sich ohne Vorlage klonen. Und könnte, wer das Sterben von Zellen verhindern kann, nicht irgendwann auch den Tod selbst besiegen? „Das ist Spekulation“, sagt Rheinstädter.

Real sind dagegen Anwendungen, die schon jetzt in seinem Labor entstehen: Das Forscherteam baut künstliche Blutzellen, die Medizin durch den Körper tragen können, etwa gezielt zu Tumorzellen. „Wir können Patienten morgens Blut entnehmen“, sagt Rheinstädter, „und ihnen nachmittags eine Medizin spritzen, die aus ihrem Blut gemacht ist und nur bei ihnen wirkt.“

Was vorhin noch wie Star Wars anmutete, klingt nun nach dem Film „Die phantastische Reise“, indem ein winziges U-Boot durch die Blutbahnen eines Menschen schwimmt. Doch damit nicht genug Science-Fiction. Denn der Planetensimulator könnte irgendwann auch Proben von Asteroiden oder anderen Planeten untersuchen. Und selbst, wenn es von dort noch keine Proben gibt: Die Forscher könnten einfach die vermuteten Komponenten für den Simulator zusammenmischen. „Wir können auch auf der Erde existierende Bakterien hineinstellen“, sagt Rheinstädter, „und uns fragen: Würden sie auch auf dem Mars überleben?“ Es ließe sich sozusagen der Beweis führen, dass es Leben auf anderen Planeten gibt, ohne sie tatsächlich besucht zu haben. „Das sind natürlich immer nur Wahrscheinlichkeiten“, sagt Rheinstädter. „Aber wenn wir 100 Experimente machen und 99 Mal ein positives Resultat haben, könnten wir sagen: Dieser Planet unterstützt die Formation von Leben.“

Ob es dort dann tatsächlich geklappt hat und wie das Leben dort aussieht, kann der Forscher natürlich auch nicht sagen. „Aber man könnte die Planeten ein wenig sortieren, und zu dem, wo die Wahrscheinlichkeit auf Leben groß ist, würde es sich vielleicht lohnen, einmal hinzufliegen oder etwas hinzuschicken.“ Der Wissenschaftler muss selber ein wenig kichern bei der Idee. Es klingt schon etwas komisch: Ein Pizzaofen findet heraus, dass wir nicht alleine sind im Weltall. Aber auch nicht absurder, als die Vorstellung, dass wir letztlich alle aus einem Tümpel voller Matsch stammen.

Der Artikel ist der letzte Teil einer WIRED-Serie über die europäische Neutronenquelle ILL in Grenoble. In den anderen Teilen haben wir erklärt, was eine Neutronenquelle überhaupt ist, wie über die Lungenschäden durch Luftverschmutzung geforscht wird, und wieso die Suche nach der Batterie der Zukunft so mühsam ist.