Die Vielfalt des Lebens

Für einen Paradigmenwechsel

22. August 2019 Was ist "lebende" Materie?

1944 veröffentlichte der Physiker und Wissenschaftstheoretiker Erwin Schrödinger seine Abhandlung "Was ist Leben“, die biologische Prozesse physikalisch zu erklären sucht. „Schrödinger hat zu jenem Zeitpunkt noch nicht viel über die DNA gewusst, denn die molekulare Revolution kam erst viel später“, sagt Stephan Grill von der Technischen Universität Dresden.

Wie organisieren sich Moleküle, Zellen und Gewebe selbst und wie bilden sie einen aktiven und

In gewissem Sinne bildet Schrödingers Werk die Grundlage für den 2018 genehmigten neuen Cluster „Physics of Life (PoL)“, dessen Sprecher Grill ist. „Seit unserer Antragstellung habe ich das Werk mehrfach gelesen und bin immer wieder begeistert.“ In „PoL“ wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Dresden aus der Physik, Biologie und Informatik in den nächsten sieben Jahren gemeinsam entschlüsseln, wie sich Moleküle, Zellen und Gewebe selbst organisieren und einen aktiven und „lebenden Zustand“ der Materie bilden – mit bisher noch unerforschten physikalischen Eigenschaften und Verhaltensweisen.

„Wir wollen die dem Leben zugrunde liegenden biologischen Prozesse als komplexe physikalische Phänomene begreifen und damit einen Paradigmenwechsel anstoßen“, erklärt Biophysiker Grill. In der Chemie und Biologie habe die Wissenschaft auf molekularer Zellebene in den vergangenen Jahrzehnten riesige Fortschritte gemacht. „Wir wissen viel über Moleküle und ihre Reaktionen, aber nur wenig über die raumzeitlichen Prozesse, die in der Zelle auf verschiedenen Skalen ablaufen. Und an dieser Stelle kann die Physik als Disziplin, die sich mit Raum und Zeit beschäftigt, weiterhelfen.“

Zusätzlich zu dem Grundlagenverständnis und den tiefen Einblicken in den lebenden Materiezustand sollen die Erkenntnisse des Clusters aber auch helfen, in der Biotechnologie und Medizin neue Herangehensweisen und Lösungsansätze zu etablieren. „Uns interessiert beispielsweise, wie sich unkontrolliertes Zellwachstum unterbinden lässt“, erläutert Grill mit Blick auf die Krebsforschung. Denn: „Bei einem aggressiv wachsenden Tumor läuft in der Selbstorganisation der Zellen etwas falsch. Wenn wir den Fehler finden und beheben wollen, müssen wir zunächst die Prinzipien der Selbstorganisation verstehen.“

Während andere Vorhaben auf molekularer Ebene ansetzen, versuchen die Forscherinnen und Forscher von „PoL“ zu verstehen, wie sich in solchen Systemen die übergeordneten Organisationsprozesse verändern und außer Kontrolle geraten. „Wir wollen die entsprechenden biophysikalischen Selbstorganisationsgrundlagen und -modelle liefern“, so Grill. Ein Tumor zum Beispiel müsste nicht länger bestrahlt werden, wenn sein Metabolismus unterdrückt werden könnte. Aber bis dahin sei es noch ein sehr weiter Weg: „Das Leben zu verstehen, ist eine der größten und komplexesten wissenschaftlichen Herausforderungen. Wir wollen dazu beitragen, indem wir die physikalischen Gesetzmäßigkeiten des Lebens verstehen – so wie Schrödinger es bereits 1944 formuliert hat.“