Thermodynamik verbietet Leben nicht, aber der erste Schritt fehlt

Der Ursprung des Lebens: Warum das zweite Gesetz die Sache nicht abschließt

Zwei Erzählungen prallen aufeinander. Die eine besagt, dass Leben gegen die Natur verstößt: Es nimmt verstreute Moleküle und ordnet sie – genau das Gegenteil dessen, was das zweite Gesetz der Thermodynamik vorschreibt. Die andere zeigt auf das Fenster. Die Erde ist kein geschlossenes System: Sonnenenergie strömt kontinuierlich ein und wird zurück in den Weltraum abgestrahlt. Die Frage nach dem Ursprung des Lebens spaltet seit Jahren jene, die eine unüberwindbare Mauer sehen, von jenen, die glauben, es fehle nur an Zeit und Chemie.

Der Ausgangspunkt ist nicht neu. Die Thermodynamik wurde im 19. Jahrhundert formuliert, um Wärmekraftmaschinen zu erklären; ihr zweites Gesetz beschreibt eine Richtung: Prozesse laufen hin zu mehr Unordnung, nicht umgekehrt. Roh angewandt erscheint das Leben wie eine Anomalie. Daraus entsteht das Paradoxon: Wenn Unordnung herrscht, wie kann sich Materie zusammenschließen, um etwas so Komplexes zu bilden?

Verbietet das zweite Gesetz den Ursprung des Lebens?

Die mathematische Antwort lautet Nein. Biologische Strukturen – Lipidmembranen, Aminosäureketten, Proteine – sind Konfigurationen niedriger Energie. Wenn sich verstreute Moleküle verbinden, um sie zu bilden, wird Wärme freigesetzt, und diese lokale Abnahme der Entropie wird durch den Anstieg der Entropie in der Umgebung kompensiert. Die Bilanz wird mit der Gibbs-Energie beschrieben: Solange das Gesamtsystem, Struktur und Umgebung, an Unordnung gewinnt, ist das zweite Gesetz erfüllt.

Das zweite Argument ist der Rahmen. Die Erde empfängt kontinuierlich Sonnenstrahlung, wobei die Sonne als heiße Quelle und der Weltraum als kalte Senke fungieren. In einem solchen Fluss treten Selbstorganisationsprozesse auf, ohne dass Leben vermittelt sein muss. Galaxien, Stürme oder Kristalle tun dasselbe. Der grundlegende Fehler dieser These besteht darin, ein für geschlossene Systeme gedachtes Gesetz auf ein offenes System anzuwenden.

Das Tempo bei der Bildung und Zerstörung von Aminosäuren

Der unbequemste Einwand betrifft nicht das Gesetz, sondern die Geschwindigkeit. Einige Aminosäuren haben negative Bildungsenthalpien: Sie setzen Energie frei, wenn sie entstehen, können also spontan auftreten. Das Problem ist jedoch, dass ihre Zerstörungsrate eine Million Mal höher ist als ihre Bildungsrate. Entstehen ja. Lange genug bestehen bleiben, um den nächsten Schritt zu verketteten, eher nicht.

Hier wandelt sich das Argument von einer Gleichung in einen Wettlauf. Es reicht nicht aus, dass eine Aminosäure möglich ist; sie muss lange genug überleben, um zu polymerisieren, und die Bedingungen der Urerde – Licht, Oxidation, andere Verbindungen – wirken dagegen. Ein Teil der Analyse erkennt dieses Ungleichgewicht an, erinnert aber daran, dass Katalysatoren und die spezifische Dynamik jeder Reaktion das Ergebnis ändern können. Der andere Teil antwortet, dass bisher niemand den vollständigen Prozess gezeigt hat.

Die Zeitrechnung: 13.700, 5.000 und 3.800 Millionen Jahre

Das Universum ist 13.700 Millionen Jahre alt. Die Erde 5.000. Die ersten biotischen Fossilien 3.800. Das lässt, im großzügigsten Fall, weniger als 10.000 Millionen Jahre, damit die Chemie die ersten Lebensformen zusammenfügt, und auf der konkreten Erde einen viel engeren Spielraum. Die Fossilienaufzeichnung datiert den Beginn des Lebens auf diesem Planeten vor etwa 3.700 Millionen Jahren.

Für manche ist dieser Spielraum mehr als ausreichend: In einer Brühe mit Millionen Reaktionen pro Sekunde wird das Unwahrscheinliche wahrscheinlich. Für andere ist es der Beweis, dass etwas fehlt. Das Argument vom Affen, der Shakespeare tippt, funktioniert nur mit unendlicher Zeit; auf einem endlichen Planeten muss man die Wahrscheinlichkeit berechnen, nicht beschwören.

Panspermie, Schöpfung und andere Auswege

Mit dem offenen Problem tauchen Alternativen auf. Eine ist die Panspermie: Vorläuferstrukturen oder replizierende Aminosäuren wären per Meteoriten auf die Erde gelangt. Das spart Zeit, löst aber das Rätsel nicht, sondern verlagert es nur an einen anderen Ort im Universum.

Eine andere ist die intelligente Intervention. Manche behaupten, eine solche fehlerfreie Kette von Ereignissen sei nicht das Ergebnis des Zufalls, und ein Werk mit solcher Präzision reflektiere notwendigerweise eine Intelligenz. In der säkularen Version übernehmen diese Rolle externe Besucher, die den Planeten besät hätten. Dies sind Hypothesen, die außerhalb der wissenschaftlichen Methode liegen und per Definition nicht überprüfbar sind: Sie verschieben die Frage eine Stufe höher.

Wo stehen wir heute?

Dass niemand Leben aus dem Nichts erzeugt hat. Im Labor wurden Aminosäuren, Purine und andere Grundbausteine erhalten. Das war’s. Die Grenze zwischen der Gewinnung der Komponenten und der Montage eines selbstreplizierenden Moleküls bleibt ungekreuzt, und diese Lücke nährt die Diskussion: Für manche ist es eine Frage der Technologie und Jahrzehnte; für andere der Beweis, dass eine uns unbekannte Variable fehlt.

Die Bausteine liegen auf dem Tisch. Als die Uhr der Erde 3.800 Millionen Jahre anzeigte, stand das Gebäude bereits, und niemand hat gesehen, wie der erste Stein gesetzt wurde.