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Lexikon der Biologie: Experiment

Experiment s [von latein. experimentum = Erfahrungsbeweis, Probe; Verb experimentieren], Versuch, empirische Untersuchung, meist im Labor, häufig charakterisiert als Frage an die Natur, etwas genauer als gezielter Eingriff in das Naturgeschehen in der Absicht, das Verhalten eines Systems, eben des Forschungsgegenstands, unter kontrollierter Konstanthaltung bzw. Variation seiner Zustandsgrößen (seiner 'Parameter') zu ermitteln. Für die neuzeitliche Wissenschaft sind drei Merkmale charakteristisch: die Verwendung mathematischer Methoden (etwa seit Kepler, Descartes, Newton), das Experiment (empfohlen von Francis Bacon, praktiziert von Galilei und Newton), und das Wechselspiel zwischen Theorie und Erfahrung (das zu gegenseitiger Korrektur führt; Empirie). Die Erfahrungswissenschaften sind auf den Kontakt mit der Natur, also auf Beobachtung, Messung und Experiment, unabdingbar angewiesen. Doch sind nicht alle Fragen an die Natur auch schon Experimente, nicht z.B. genaue Beobachtungen, Zählungen, Vergleiche zwischen und Systematisierungen von Objekten, Klassifikationen und Stammbäume, wie sie für die Biologie typisch sind. Wie die Wörter „gezielt“ und „Absicht“ andeuten, wird ein Experiment bewußt (und hoffentlich überlegt, planmäßig und gewissenhaft) ausgeführt; dadurch unterscheidet es sich von zufälligen Entdeckungen (die für den Erkenntnisfortschritt ebenfalls wichtig sind). Die Absicht ist immer Erkenntnisgewinn (Erkenntnistheorie und Biologie). Um fragen zu können, muß man schon etwas wissen; man muß ein Problem haben. Meistens hat man auch schon Lösungsvorschläge; sie lenken Gestaltung, Durchführung und Auswertung des Experiments. Als Eingriff führt das Experiment zu einem veränderten Ablauf der Naturvorgänge. Um ein System kontrollieren zu können, wird man es von seiner Umgebung teilweise isolieren, z.B. in energetischer, thermischer, akustischer, elektrischer, informationeller Hinsicht. – Die Variation der Parameter erfolgt im allgemeinen systematisch, also schrittweise, hinreichend langsam und nach Möglichkeit unter Konstanthaltung aller anderen Größen. Häufig sind Experimente wiederholbar und dann besonders leicht intersubjektiv nachprüfbar. Entgegen einer verbreiteten Meinung ist das jedoch nicht notwendige Bedingung für ein wissenschaftliches Experiment. Genau genommen ist ein Experiment auch niemals exakt wiederholbar; jeder neue Versuch wird zu einer anderen Zeit, an einem anderen Ort oder von einer anderen Person durchgeführt. Es ist gerade die Aufgabe von Mehrfachexperimenten, herauszufinden, welche Züge gleich bleiben und welche sich verändern. – Es gibt verschiedene Typen von Experimenten. Im Hinblick auf den Genauigkeitsgrad unterscheiden wir qualitative und quantitative Experimente, im Hinblick auf die Methode Realexperimente und Modellexperimente (mit realen Modellen, z.B. Molekülmodellen; beim Arbeiten mit Computer-Modellen [etwa eines Proteins; Computersimulation, molecular modeling] werden die Eingriffe in das Naturgeschehen nur simuliert, bei Gedankenexperimenten sogar nur vorgestellt.) Bei ungewöhnlichen Vorgängen, seltenen Mutationen etwa, spricht E. Mayr auch von Naturexperimenten. Dieser Gebrauch ist metaphorisch; denn die Natur hat keine Absichten, und Naturvorgänge können nicht „eingreifen“, sondern nur geschehen. – Ziel und Ergebnis eines Experiments können sein:
– die Entdeckung neuer Phänomene, Objekte oder Regelmäßigkeiten;
– der Test einer Vermutung, einer Prognose, einer Retrodiktion; dabei gibt es Eignungstests und Wahrheitstests; sie führen zu Bestätigung oder Widerlegung;
– die Bestimmung von Naturkonstanten oder Systemeigenschaften (Was tut das Tier, wenn man ihm einen neuartigen Reiz bietet?);
– die Demonstration in der Lehre, im Praktikum.
Experimente können zu neuen Ideen, Fragen, Vermutungen, Untersuchungen anregen – insbesondere dann, wenn die Ergebnisse anders sind als erwartet. Sie fordern und fördern Phantasie, Kreativität, Einfallsreichtum, also die Produktion von Ideen. Als Testexperimente dienen sie dagegen der Überprüfung unserer Ideen, ihrer Bestätigung, Bewährung, Widerlegung, also der Selektion von Hypothesen. – Wie aussagekräftig sind Experimente? Immer wieder sollte man sich klar machen, daß noch so viele und noch so verschiedenartige Experimente eine Theorie oder auch nur ein einziges Naturgesetz niemals beweisen können (Deduktion und Induktion). Unser Wissen bleibt immer vorläufig, fehlbar, korrigierbar. Unser Ziel kann nicht sein, mehr und mehr bewiesene Sätze zusammenzufügen, sondern mehr und mehr Sätze als falsch zu erkennen. Eine Hypothese oder Theorie ist um so vertrauenswürdiger, je mehr ernsthaften Widerlegungsversuchen sie widerstanden hat.
Als Eingriff in das Naturgeschehen kann ein Experiment moralische Probleme aufwerfen. Experimente an Menschen setzen Freiwilligkeit und Aufklärung über die Folgen und Risiken voraus. Bei Selbstexperimenten, etwa bei einem neuen Impfstoff, sind diese Bedingungen weitgehend erfüllt. Auch Experimente an Tieren (Versuchstiere) können Leid verursachen (Tierversuche): Tiere werden beobachtet, isoliert, eingeengt, einseitig ernährt, in ihren Fähigkeiten beschnitten, infiziert, operiert, verstümmelt, getötet. Reine Neugier kann solches Leid nicht rechtfertigen. Selbst wenn Experimente medizinischen Zwecken dienen und Menschen voraussehbar Leid ersparen, bleibt zu fragen, ob und wieviel stellvertretendes Leid zugefügt werden darf. Eine einfache Antwort auf diese Frage gibt es nicht. Bioethik, Biologie, Biophilosophie, experimental approach, Naturgesetze, Schlüsselexperiment, Wissenschaftstheorie.

G.V.

Lit.: Harré, R.: Great scientific experiments. Oxford 1983. Nachtigall, W.: Einführung in biologisches Denken und Arbeiten. Kap. 3. Heidelberg 1978. Weizsäcker, C.F.v.: Das Experiment (1947). In: Zum Weltbild der Physik. Stuttgart 131990.

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