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The Triple Helix

Gene, Organism and Environment
Harvard University Press, Cambridge (Massachusetts) 2000. 144 Seiten, $ 22.95


Der Harvard-Professor Richard Lewontin ist unter Evolutionsbiologen seit über 30 Jahren als kluger und streitbarer Vordenker bekannt. Seine dezidierten Ansichten hat er in zahlreichen Publikationen dargelegt: von populationsgenetischen Studien der Taufliege Drosophila über komplexe theoretische Arbeiten, Monografien, Lehrbücher bis hin zu kommunistisch inspirierten populären Texten wider die Ausbeutung armer Landwirte durch agrochemische Konzerne. Sein neuestes, an Laien gerichtetes Werk ist eine Sammlung von vier Aufsätzen, die dem schwer entwirrbaren Zopf (triple helix wie Dreifachhelix) aus Genen, Organismen und Umwelt nachspüren. Nach Lewontin bilden diese drei Elemente ein komplexes Netzwerk von Ursachen und Wirkungen, das sich dem Zugriff des modischen Reduktionismus weitgehend entzieht.

Das grundlegende biologische Phänomen, das es für Lewontin zu deuten gilt, ist die Herkunft der biologischen Vielfalt. Diese entsteht im Verlauf der Entwicklung von Individuen und ist beeinflusst durch deren Stammesgeschichte.

Lewontin beginnt mit der ersteren und hier ganz klassisch mit der Klärung des Begriffs "Entwicklung" (des Individuums). Dieser meint wörtlich das Auswickeln von etwas, das schon vorhanden ist. Überraschenderweise bestimmt der aus dem 18. Jahrhundert stammende deterministische Bedeutungskern von "Entwicklung" noch die heutige Forschungspraxis. So vertritt der bekannte Molekularbiologe Sidney Brenner die Meinung, mit ausreichender Computerkraft lasse sich aus einer Genomsequenz der zugehörige Organismus errechnen. Eine primitive Struktur, die DNA-Sequenz, werde nach festen Regeln in eine komplexe Struktur, den Organismus, transformiert.

"Das Problem … ist, dass es sich hierbei um schlechte Biologie handelt", schreibt Lewontin: "Wenn wir die gesamte DNA-Sequenz eines Organismus zur Verfügung hätten und unendliche Rechenzeit, wir könnten den Organismus nicht errechnen, denn der Organismus errechnet sich selbst nicht aus seinen Genen." Um eine bestimmte Sprache sprechen zu können, braucht ein Mensch sowohl die richtigen Gene als auch die richtige Umgebung. Der Erfolg eines Genotyps lässt sich nicht unabhängig von der Umwelt vorhersagen. Obwohl das jeder Biologe weiß, wird der Einfluss der Umwelt auf die Entwicklung im Zeitalter der Genomsequenzierung oft vernachlässigt.

Im Gegensatz zur Entwicklungsbiologie richtet die Erforschung der Evolution (der Arten) das Augenmerk auf feine Unterschiede unter den Individuen und vor allem auf das Verhältnis von Organismus und Umwelt. Dieses ist Thema des zweiten Aufsatzes. Immer wieder ist es erstaunlich zu beobachten, wie präzise Lebewesen und ihre Umwelt zusammenpassen. Fische sind stromlinienförmig, Vögel haben leichte Knochen, und Eisbären sind weiß wie Schnee. Darwins Erklärung dafür war, dass diejenigen Organismen, die am besten an ihre Umwelt angepasst sind, die meisten Nachkommen hinterlassen und dadurch mit der Zeit die Spezies dominieren. In diesem Szenario stellt man sich die Lebewesen als Objekt einer sie beherrschenden, unveränderlichen Umwelt vor. Aber schon die Tatsache, dass der Zustand der Umwelt unter den Menschen heftig diskutiert wird, zeigt, dass das zu kurz gedacht ist.

Ökologische Nischen lassen sich nämlich immer nur im Zusammenhang mit den Lebensgewohnheiten ihrer Bewohner beschreiben. Organismen "konstruieren" ihre Umwelt. Beim Menschen ist das unübersehbar, aber es gilt auch für andere Lebewesen: Pflanzen brechen mit ihren Wurzeln die Erde auf und erleichtern sich damit die Ausbildung weiterer Wurzeln. Aus den Wurzeln scheiden sie Stoffe aus, von denen Pilze leben, deren Stoffwechselprodukte wiederum der Pflanze nützen, und so weiter. Diese Überlegungen gipfeln in Lewontins These, nicht der Phänotyp, sondern die Umwelt eines Organismus sei in seinem Genom codiert. Das ist zwar überspitzt formuliert, aber ein hilfreicher Hinweis darauf, dass der Begriff der ökologischen Nische problematisch ist. Wenn es eine unendliche Anzahl von Möglichkeiten gibt, die Umwelt in "Nischen" zu zerlegen, und wenn Lebewesen ihre Umwelt selbst verändern, in welchem Sinne kann dann von Anpassung an eine bestimmte Nische die Rede sein?

Im dritten Teil geht es um das Verhältnis von Ursache und Wirkung in der Biologie. Pflanzen und Tiere sind durch ausgeklügelte Regulationsmechanismen gegen Schwankungen in der Außenwelt gepuffert. Wenn es heiß ist, schwitzen wir und kühlen dadurch unseren Körper auf 37 Grad. Um ein derartiges System experimentell zu untersuchen, pflegt man es so stark zu stören, dass sich reproduzierbare Reaktionen einstellen. Die Kausalketten, die durch die experimentelle Rosskur aufgedeckt werden, müssen nicht unbedingt dieselben sein, die im Normalzustand des Systems wichtig sind.

Damit hat Lewontin an einem einleuchtenden Beispiel die Unfruchtbarkeit eines radikalen Reduktionismus belegt. Der Gegenpol, ein selbstgefälliger Holismus, ist nicht besser. Im letzten Teil des Buches weist Lewontin einen dritten Weg auf: das Studium von makromolekularen Strukturen, also von Enzymen, Enyzmkomplexen, dem Cytoskelett und so weiter. Hier gebe es Hoffnung, durch genaues Beobachten tatsächlich solche molekularen Unterschiede zu finden, die für das Funktionieren des Organismus eine wichtige Rolle spielen.

Als Beleg zieht Lewontin eine alte Beobachtung aus der Populationsgenetik heran: Der genetische Code ist redundant, das heißt, mehr als ein Codon (Basentriplett) steht für eine der zwanzig Protein bildenden Aminosäuren. Folglich verändern manche Mutationen die Aminosäuresequenz eines Proteins, andere aber nicht. Nun waren die allermeisten Mutationen, die sich im Verlauf der Evolution durchgesetzt haben, von der zweiten Art, also auf der Proteinebene wirkungslos. Demnach sind am Selektionsfilter fast nur solche Genotypen vorbeigekommen, die den – aus Proteinen aufgebauten – Phänotyp unverändert lassen. Das bedeutet im Rückschluss, dass fast jede Abweichung in der Sequenz eines Proteins die Fitness des Organismus beeinträchtigt. Genaue Untersuchungen von Proteinstrukturen und wie diese sich auf das Verhalten des Gesamtorganismus auswirken, sind deshalb für Lewontin der beste Weg, den adaptiven Unterschieden zwischen den Lebewesen auf die Schliche zu kommen. Dabei gibt es für ihn "keinen Ersatz für direkte Beobachtung".

Wie Lewontin selbst sagt, enthält The Triple Helix keine neue Biologie. Vielmehr macht sie auf die Hauptimplikation alter Erkenntnisse aufmerksam: Lebewesen sind kompliziert, und Fundamentalreduktionismus wird vielen ihrer Eigenschaften nicht gerecht. Ganz nebenbei weist Lewontin auch darauf hin, dass bei allem Staunen über die Sequenzierleistungen der letzten Jahre interessante Biologie zunächst ein intellektuelles und kein technisches Problem ist. Weit davon entfernt, der archimedische Punkt aller biologischen Forschung zu sein, ist die Doppelhelix eng in die Triple Helix aus Gen, Organismus und Umwelt eingeflochten.

Hier wird elegant formulierte Biologiekritik von einem Biologen geübt, der seine Polemik durch ein Lebenswerk hochangesehener Forschung unterstützen kann.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 2001, Seite 111
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
4 / 2001

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 4 / 2001

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