Die Astronomie vermag es die Entstehungsgeschichte von Sternen zu erklären, doch unsere Erklärungsmodelle für biologische Systeme bringen uns sehr oft an die Grenzen der Berechenbarkeit. Ein interessanter Vergleich zwischen Physik und Biologie.

Es fängt schon mit dem Mysterium des Lebens an. Es fällt uns schwer zu definieren, was ein belebtes Wesen ausmacht. Viren haben sehr mächtige Evolutionsstrategien. Da sie sich aber ausserhalb von Zellen und ohne Nutzung von deren Zellmaschinerie nicht vermehren können, gelten sie nicht als Lebewesen. Aber dies bleibt eine heikle Definition. In der Biologie müssen wir immer wieder Regeln mit Ausnahmen definieren. Es scheint in der Natur immer eine Bandbreite an Phänomen zu geben. Deshalb eignen sich Wahrscheinlichkeitsmodelle zur Beschreibung von biologischen Phänomen gut. In der Physik, mit Ausnahme der Quantenphysik, haben wir es eher mit Naturkonstanten (Lichtgeschwindigkeit) zu tun und können klare mathematische Regeln definieren.

Einige weitere Beispiele. Wir können heutzutage mathematische Modelle spezifizieren, um das Wetter vorherzusagen oder die Entstehungsgeschichte unseres Universums im Computer zu simulieren. Albert Einstein lieferte mit der Relativitätstheorie detaillierte Formeln, um die Phänome Raum, Zeit und Gravitation beschreiben zu können und am CERN wurde kürzlich wieder ein Elementarteilchen entdeckt, welches unglaublich klein ist und dessen Detektion hoch-komplexe Messungen voraussetzt. Dies sind erstaunliche Ergebnisse.

Auf der anderen Seite stehen biologische Phänomene, die uns immer wieder vor Erkenntnisprobleme stellen. Wodurch werden Erkrankungen wie Multiple Sklerose verursacht? Durch welche genetischen Faktoren wird Dickleibigkeit hervorgerufen?

Auch unsere Computermodelle stossen schnell an Grenzen. Es ist immer noch nicht möglich die exakten Faltungskonfigurationen von Proteinen vorherzusagen, weil wir die energetischen Randbedingungen nicht präzise genug erfassen bzw. berechnen können. Es ist zwar möglich, Vorhersagen zu machen. Aber diese sind verhältnismäßig grob und ungenau.

Auch wenn man die Forschungsgeschichte rund um das Bakterium Escherichia coli K12 betrachtet, die weit mehr als 50 Jahre andauert, erkennt man die Unzulänglichkeiten unseres Wissens. Im Jahre 1997 wurde die DNA entschlüsselt. Seitdem hat es unzählige Publikationen zu dem berühmtesten Modellorganismus der Genetik gegeben. Und doch können wir heutzutage für ca. 20% der in E. coli vermuteten Gene keine Funktionen angeben. Die Funktion vieler anderer Gene ist uns nur rudimentär bekannt, z.B., dass sie in einer Membran vorkommen, aber nicht, was sie dort machen. Kurzum, wir wissen bereits eine Menge über E. coli, aber bestimmte Aspekte, vor allem das Zusammenspiel einiger Proteine, bleiben uns noch immer unerklärlich.

Der Schlüssel zu der Komplexität der Biologie liegt in dem Aufbau der Materie und der innovativen, enorm schöpferischen Kraft der Evolution.

Wenn man sich das Periodensystem der chemischen Elemente anschaut, erkennt man darin die Ordnung eines Baukastens. Die Elemente lassen sich nach ihren Eigenschaften sortieren und systematisch strukturieren.

Durch die chemische Verknüpfbarkeit der einfachen Elemente entstehen in der Natur beinahe unendliche Kombinationsmöglichkeiten zu komplexeren Molekülen, welche sich wiederum in vielfältiger Weise in funktionellen Netzwerken organisieren können, zum Beispiel als Grundlage unserer Zellen und unseres Organismus.

Die Bedeutung der Evolution liegt darin, dass sie ein sehr effektiver Mechanismus ist, um Pfade durch diese Kombinationsvielfalt auszutesten. Das Ergebnis sind vielfältige biologische Systeme, die unglaublich komplex sind.

Interstellare Bedingungen im Weltall werden hingegen massgeblich durch die chemischen Elemente bestimmt und deren so genannte anorganische Chemie folgt gewissermassen einfachen, besser zu erfassenden Regeln.

So erkläre ich mir die Diskrepanz zwischen der Erkenntnisfähigkeit von Physik und Biologie.

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