Ob die Entstehung des Neuen "das größte Rätsel der Evolution" ist, wie es im Untertitel des Buchs heißt, sei dahingestellt. Es gibt noch andere, ebenfalls nicht kleine Rätsel der Evolution, etwa die Entstehung der ersten Lebensformen, das Erscheinen des Bewusstseins oder die Menschwerdung. Das sind zwar ebenfalls Neuerungen, aber mit dem Unterschied, dass sie jeweils mit dem Auftauchen neuer Kategorien einhergingen. Dies zu erklären zieht der Autor Andreas Wagner, Evolutionsbiologe an der Universität Zürich, deshalb erst gar nicht in Erwägung.

Die von Wagner untersuchten Innovationen betreffen ausschließlich den molekularen Bereich. Ein wenig übereifrig wirkt daher die Formulierung im Klappentext, der Autor würde "den letzten Baustein der Darwinschen Theorie" präsentieren. Schön wär's, wird da wohl mancher Biologe denken! Davon unbenommen stellt die Wandlungsfähigkeit des Lebens, das seit Jahrmilliarden ständig neue Strukturen, Formen und Eigenschaften hervorbringt, tatsächlich ein großes Mysterium dar. Diesem widmet sich der Autor auf gut vierhundert nicht immer leicht zu lesenden Seiten.

Bauplan und Bauwerk

Wagner kritisiert, die Biologie habe ihren Fokus bisher zu sehr darauf gelegt, Genotypen zu untersuchen, und darüber die Phänotypen vernachlässigt. "Wenn wir die Innovationsfähigkeit verstehen wollen, dürfen wir die Komplexität der Phänotypen nicht außer Acht lassen (...)." Zugleich ist er sich der Tatsache bewusst, dass "die Zusammenhänge zwischen Genotyp und Phänotyp [...] so kompliziert [sind], dass es unser Vorstellungsvermögen überschreitet."

Folgt man dem Autor, muss man Aufbau und Wirkung der Moleküle innerhalb eines Organismus genau kennen, um zu verstehen, wie es während der Evolution zu Neuerungen kommen kann. Wagner wendet sich bei seinen Untersuchungen drei Bereichen zu: dem Stoffwechsel, den Proteinen sowie der Steuerung der Genaktivität. Angesichts der ungeheuren Vielzahl möglicher Strukturen und Wirkungsweisen wären derartige Untersuchungen bis vor kurzem eine hoffnungslose Aufgabe gewesen. Mit Hilfe leistungsfähiger Computer ist es mittlerweile aber möglich, zumindest einen kleinen Einblick in die Architektur des Lebens zu bekommen.

Unter anderem fragt der Evolutionsbiologe, wie viele Aminosäuren man in einem Protein verändern kann, ohne dass es seine spezifische Funktion einbüßt. Das überraschende Ergebnis: Sehr viele. Dies geht aus Computermodellen hervor, mit denen sich die Auswirkungen von Mutationen simulieren lassen. Mutationen sind auch für Wagner der Motor aller Neuerungen, da sie die – im besten Fall – vorteilhaften (phänotypischen) Veränderungen verursachen, die die natürliche Selektion anschließend lediglich bewahrt.

Viele Wege führen zum Ziel

Wagner verdeutlicht das am Beispiel sauerstoffbindender Proteine, der Globine. Diese kommen in vielen Lebewesen vor (in unserem eigenen Blut in Form von Hämoglobin) und haben trotz unterschiedlicher Aminosäuresequenzen alle die Fähigkeit, Sauerstoff zu binden und zu transportieren. Selbst Globine aus so verschiedenen Lebewesen wie Lupinen und Insekten, deren Aminosäuresequenzen nur noch zu 10 Prozent übereinstimmen, behalten diese Fähigkeit.

Der Autor bezeichnet das als Robustheit und sieht diese eng an Komplexität gebunden. Je komplexer ein Lebewesen, schreibt er, desto größer sei seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Veränderungen. Was im ersten Moment wie ein Widerspruch klingt, bildet in Wahrheit Wagners Kernthese. Die Robustheit, schreibt er, ermögliche den Lebewesen, die Netzwerke ihrer Proteinsynthese, ihrer Genregulation oder ihres Stoffwechsels stark zu modifizieren – nämlich jeweils innerhalb von Scharen strukturverschiedener, aber funktionsähnlicher Varianten. Wagner nennt das "unterschiedliche Strukturen mit gleicher Bedeutung". Lebewesen könnten somit unzählige Möglichkeiten "durchspielen", ohne ihre Lebensfähigkeit einzubüßen.

Das heißt, Veränderungen im Genotyp müssen nicht zwangsläufig mit einem veränderten Phänotyp einhergehen. Die Robustheit der Organismen "duldet" also ein gewisses Maß an Unordnung, und die wiederum ist unabdingbare Voraussetzung für Neuerungen. Daraus folgt auch, dass es für jedes zu überwindende Problem, beispielsweise in Form veränderter Umweltbedingungen, eine Vielzahl an Lösungsmöglichkeiten gibt, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine davon realisiert wird.

Außerhalb der Zeit

Das Netzwerk aus Wegen, die Strukturen mit gleicher Bedeutung verbinden, existiert nach Wagner im "zeitlosen, ewigen Bereich der Bibliotheken der Natur. [...] Es verbirgt sich hinter der sichtbaren Pracht aller Lebewesen, und doch geht alle diese Pracht von ihm aus." Wenn Wagner erörtert, dass sich diese Netzwerke durch "Selbstorganisation" gebildet haben, dann ist das keine wirkliche Erklärung für ihre Entstehung. Wenn er am Ende gar schreibt, "dass die Kreativität des Lebendigen sich aus einer Quelle speist, die älter als das Leben ist, ja sogar älter als die Zeit", trägt das schon metaphysische Züge. Hier verlässt er den Bereich des empirisch Prüfbaren.

Wagners Forschung hat viel mit Bioinformatik und wenig mit traditioneller Biologie zu tun. Sein Buch ist zum Teil schwer verständlich und bleibt oft merkwürdig abstrakt. Auch er kann keine echte Erklärung für die Entstehung des Neuen liefern, sondern lediglich beschreiben, was auf molekularer Ebene während eines Neuerungsprozesses geschieht. Davon abgesehen gewährt er uns interessante Erkenntnisse und Einblicke in Genetik und Bioinformatik.