Charlys Evolutionsmaschine

24. August 2016 von Ralf Neumann


(Es ist immer wieder spannend, was aus unseren ehemaligen Praktikanten und Mitarbeitern geworden ist. Einer, so haben wir gerade erst erfahren, ist seit einigen Jahren ein ziemlich erfolgreicher und preisgekrönter Romanautor: Matthias Nawrat (siehe etwa hier und hier). In den Jahren 2008 und 2009 schrieb er einige Artikel für
Laborjournal — und im Rückblick muss man wohl festhalten, dass dies seine Karriere offenbar zumindest nicht nennenswert behindert hat. Damals schrieb Nawrat auch ein kleines Stück „Science in Fiction“, das unter dem Titel „Charlys Evolutionsmaschine“ auf Laborjournal online erschien. Ob man da sein besonderes Talent bereits erkennen konnte? Urteilen Sie selbst:)

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Bildschirmfoto 2016-08-24 um 18.09.08harly war eine halbe Stunde zu früh dran. An den Tischen im Foyer saßen Studenten in weißen Kitteln, aßen Brote und kicherten. Aus einem der Praktikumsräume stank es nach faulen Eiern. Charly schlüpfte in die Toilette und setzte sich auf die Kloschüssel. „Ich habe Ihnen von meinen Modellen geschrieben“, flüsterte er. „Ich nenne das die Evolutionsmaschine.“ Er wusste, er musste gleich zum Punkt kommen. Er brauchte Rechner, er brauchte Geld, und das konnte nur ein akademischer Star wie Coltrane beschaffen. Heute war der Tag. Er musste überzeugen.

Charly verließ die Kabine und warf sich zwei Handvoll Wasser ins Gesicht. Dann stieß er die Tür zum Klo auf. Die Studenten blickten auf wie eine Pferdeherde. Schnellen Schrittes nahm er ein Paar Treppenstufen und verließ das Parterre, das Refugium des Hausmeisters, der Werkstätten und der Praktikumräume. In Coltranes Stockwerk geriet sein Mut jedoch ins Wanken. Jim lief auf ihn zu, der Postdoc aus Oregon, der seine Doktorarbeit in derselben Arbeitsgruppe wie Charly gemacht hatte und jetzt bei Coltrane arbeitete. Jim trug eine Styroporbox mit Eppis in der Hand und sein Sunnyboy-Grinsen im Gesicht.

„Charlotte“, sagte Jim. „Was schwitzt du denn so? Ist doch alles ganz easy.“

„Hallo Jim“, sagte Charly und fühlte sich plötzlich sehr klein.

„Mit deinen kurzen Beinen solltest du nicht so viele Treppenstufen auf einmal nehmen.“

„Ok.“

Den Witzen von Jim war am besten mit Erhabenheit zu begegnen. Einmal hatte der Amerikaner eine Fotomontage von der Arbeitsgruppe ins Netz gestellt, Charly hatte darauf ein Mädchenkleid und Zöpfe getragen. Seit damals hatte sich der Spitzname Charlotte eingebürgert und Charly verbrachte seine Pausen seltener in der Küche. Die beste Zeit am Institut war sowieso nachts oder am Wochenende. Da hatte er seine Proben im Schüttler und seine Gele fertig und konnte sich auf das Wesentliche konzentrieren: die Evolutionsmaschine. Drei Jahre lang hatte er seine Nächte dafür geopfert. Jim würde die Evolutionsmaschine nicht einmal im Ansatz verstehen.

„Also dann“, sagte Jim und verschwand in einem der Gänge. Charlys ungutes Gefühl blieb. Viel zu schnell war er an der Glastür von Victor Coltrane angelangt, auf der die monatlich aktualisierte Tabelle von dessen Veröffentlichungen sowie die Liste seiner Preise und Ehrungen hing. Charly bewunderte ein Mal mehr, wie man mit 39 Jahren auf die Zahl von 218 Papers kam. Nach der Begegnung mit Jim wäre er am liebsten noch einmal kurz auf die Toilette gegangen, aber schon rief eine kräftige Stimme „Herein!“. Charly blieb nichts anderes übrig: er trat ein.

Nun ging alles sehr schnell:

„Sie haben WAS entworfen?“, fragte Coltrane nach einer Weile tonlos.

Charly legte die Tabellen und Ausdrucke auf den Tisch.

„Eine Evolutionsmaschine“, wiederholte er.

„Aha“, sagte Coltrane. Er machte eine Geste mit der Hand.

Charly fing an: Ein Gerät scannt das Genom, ein Programm vervielfältigt die Sequenz auf eine Zahl von Hunderttausend fiktiven Individuen und führt zufällige Mutationen ein. Auf der Basis von Datenbanken errechnet das Programm die Proteinstrukturen, die sich aus den Genomen ergeben, aus der Summe der Proteine wiederum die Phänotypen. Die werden danach in einer simulierten Umwelt mitsamt Artgenossen und anderen Lebewesen ausgesetzt. Nur diejenigen Kopien überleben, die sich vermehren können, dann wieder ein neuer Durchlauf, und so weiter und so fort, simulierte Evolution, in die ferne Zukunft hinein, alles im Computer, alles nur fiktiv, allerdings nicht einfach ein Wolkenschloss, denn ein Genom, das nach fünfhundert, tausend, zehntausend Generationen das erfolgreichste ist, kann ja dann wieder aus realen Nukleotiden zusammengesetzt, zurück in die reale Welt gebracht und in eine befruchtete Eizelle eingepflanzt werden. Daraus wächst zum Schluss das evolvierte Lebewesen heran. Ein Lebewesen aus der Zukunft.

„Verstehen Sie“, fragte Charly aufgeregt. „Verstehen Sie?“

Coltrane nickte, sagte aber nichts, schien jetzt nur nachdenklich zu werden.

Charly fuhr fort:

„Die entsprechenden Programme müsste man noch schreiben, aber die Modelle einer realistischen Umwelt habe ich schon entworfen, und die evolutionären Algorithmen sind ja kein Hexenwerk, es ist alles machbar, es wäre eine im Voraus berechnete Evolution, man könnte Tiere und Pflanzen im Hinblick auf den Klimawandel, auf andere zukünftige Probleme hin züchten. Resistenz, Adaptation, Stresstoleranz, man könnte von mir aus auch den Menschen ein bisschen modifizieren.“ Charly lachte. „Wenn man das wollte, nur wenn man das wollte. Vor 150 Jahren hat ein großer Mann die Vergangenheit des Lebens beschrieben, das hier ist die Lösung für die andere Seite des Zeitstrangs. Eine Maschine, die die Zukunft des Lebens in die Gegenwart holt. Fünfhundert Generationen können in einer Woche durchsimuliert werden. Das erfordert etwa siebzehn Terrabyte Rechenleistung, wenn meine Kalkulationen stimmen. Die Universität bräuchte ein größeres Rechenzentrum, ein viel größeres. Wir sind doch Elite, da kann so ein Antrag doch durchgehen, oder nicht? Es wäre der Durchbruch. Es wäre eine Sensation. Es wäre eine Revolution.“

Coltrane nickte, aber er sagte immer noch nichts. Er wirkte jetzt sogar noch nachdenklicher. Er war ziemlich groß, das konnte Charly sehen, obwohl der immer energisch wirkende Brite hinter seinem Schreibtisch saß. Der eher kleine Charly hatte einen Blick für Körpergröße.

„Interessant“, sagte Coltrane nach einer Weile. Danach schwieg er wieder. Vor dem Fenster sah Charly Studenten durch den botanischen Garten stapfen, eine Amsel flötete. Unruhe beschlich ihn. Coltrane durfte auch langsam mal antworten. So etwas wie: Das ist wirklich gute Arbeit. Oder: Das müssen wir sofort publizieren.

Aber Coltrane sprach ganz andere Sätze:

„Das ist unmöglich. Das kriege ich nie durch. Es hört sich nach Science Fiction an. Außerdem: Welche Relevanz hätte das? Ist es irgendwie nützlich für die Medizin? Wer würde sich so etwas kaufen wollen?“

„Keine Ahnung“, sagte Charly und lachte hysterisch auf. „Vielleicht die Regierungen. Die könnten die Bevölkerung mal so richtig durchevolvieren.“

„Durchevolvieren?“

„War nur so ein Gedanke.“

Coltrane schüttelte den Kopf.

„Tut mir leid“, sagte er. „Ich kenne mich mit Anträgen aus. Das hat keine Chance. Sie haben ja nicht mal publizierte Vorarbeiten zu dem Thema.“

„Aber…“

„Sie haben viel Mühe investiert, das sehe ich. Aber ich fürchte, sie war umsonst.“

Charly hatte plötzlich den Eindruck, dass Coltrane noch größer wurde. Oder dass der Raum schrumpfte. Im nächsten Augenblick fühlte er sich, als stünde er auf einer Drehscheibe, die in Bewegung geriet. Es war einer seiner Zustände. Das ist normal, sagte er sich. Das passiert manchmal einfach so. Schließlich war Coltrane aufgestanden und trat auf ihn zu, was in Charlys Körperkoordinatensystem noch einmal alles durcheinander brachte. Er roch die seltsamsten Gerüche. Von draußen drangen wilde Blumen ein, im Raum musste irgendwo ein Apfel faulen.

„Ich habe jetzt leider einen Vortrag“, sagte Coltrane und schob Charly zur Tür. „Ich muss leider los.“

„Oh“, hörte Charly sich wie aus einer Tropfsteinhöhle heraus sagen. Außerdem war ihm jetzt heiß.

„Danke, dass Sie hier waren“, sagte Coltrane.

„Nein, nein“, hallte es in Charlys Schädel. „Danke für Ihre Zeit.“

Charly stand wieder auf dem Gang. Allein. Alles normalisierte sich langsam. Kühlschränke brummten. Es war vorbei. Nur eine Autorität wie Coltrane hätte das durchboxen können. Drei Jahre Arbeit für den Müll. Er hatte seine Unterlagen auf Coltranes Schreibtisch liegen lassen. „Soll der sie doch wegschmeißen!“, dachte Charly. Als er sich in Bewegung setzte, erschien ihm der Gang mit den Kühltruhen und Postern merkwürdig frisch und neu.

Fast genau zwei Jahre später berichtete die Zeitung von einer revolutionären Maschine. Charly las, diese Maschine könne ein Lebewesen so züchten, wie es in hunderttausend Jahren sein würde. Die Idee hatte ein Privatinvestor aus den USA entwickelt, zusammen mit einem ehemaligen Professor für Biologie. Dieser war kurz zuvor wegen Vorwürfen des wissenschaftlichen Datendiebstahls von seiner Uni gefeuert worden. Mit dem Prototypen würden sich sogar zukünftige Menschen züchten lassen. Allerdings nur in Saudi-Arabien. Dort gab es weniger ethischen Richtlinien für Forschung. Charly ärgerte sich, dass er von seiner ganz ähnlichen Erfindung nie jemandem erzählt hatte. Jetzt gab es keine Zeugen. Eine Woche später berichtete die Zeitung vom Tod des ehemaligen Professors. Ein kreationistischer Selbstmordattentäters hatte sich gemeinsam mit ihm in die Luft gesprengt. Im Bekennerschreiben stand: Wenigstens die Zukunft der Arten gehört Gott!

Matthias Nawrat

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Oma hat’s schon immer gewusst…

3. Juli 2015 von Ralf Neumann

Aus den verschiedensten Gründen müssen wir immer wieder mal in unseren alten Heften blättern. Gar nicht selten kommt es dann vor, dass wir viel mehr Zeit mit dem alten Heft verbringen, als „eben nur schnell diese eine konkrete Sache“ nachzuschauen. So brauchte ich gestern etwa eine Info aus einem Hintergrundartikel, der im Heft 5 des Jahres 2004 stand — und stieß ein paar Seiten weiter auf einen „Brief an die liebe Oma“ zum Thema Großmütter-Hypothese. Und weil dieser mal so was ganz anderes war, stelle ich ihn jetzt hier einfach nochmals hinein:

Liebe Oma,

heute muss ich Dir einfach schreiben. Erinnerst Du Dich noch an die Zeit, als ich meine Doktorarbeit machte? Und wie Du mich immer wieder gefragt hast, was genau ich denn da täte?

Verzweifelt hab’ ich damals versucht, Dir zu erklären, warum ich ausgerechnet dieses eine Protein kristallisieren würde. Warum ich hoffte, über die dreidimensionale Struktur dessen Wirkungsmechanismus in der molekularen Signalkette zu entschlüsseln, die …? Sinnlos, ich weiß.

„Herrgott“, hast Du damals immer geantwortet, „diese moderne Biologie, kommt da auch was raus, was ein Normalsterblicher verstehen kann?“ Irgendwann hatten wir dann aufgegeben. Und da ich nun ja auch schon eine ganze Weile ziemlich weit weg bin, hatte ich dieses Kapitel zwischen uns beiden auch allmählich vergessen.

Vor einer halben Stunde ist es mir auf einen Schlag wieder eingefallen. Ich saß in der Bibliothek und blätterte im neuen Nature. Das ist eine Zeitschrift, in der nur die vermeintlich allerwichtigsten Forschungsergebnisse veröffentlicht werden. Und was lese ich da plötzlich? Einen Artikel, der erklärt, warum Großmütter — oder Frauen ganz allgemein — so alt werden. Klar, dass ich da sofort an meine liebe, alte Großmutter denken musste, oder?  Diesen Beitrag weiterlesen »

Der sanfte Homo sapiens

28. Oktober 2014 von Kommentar per Email

Schuldet der moderne Mensch viele seiner Eigenschaften einer evolutionären „Verweiblichung“ durch Selbstdomestikation? Unser Autor Leonid Schneider mit einem Kongessbericht aus „dritter Hand“ zum Thema.

Jede menschliche Kultur betont die Sonderstellung unserer Spezies im Vergleich zu den anderen „wilden Bestien da draußen“ — oftmals geradezu zwanghaft. Denn, anders als es wilden Tieren wie etwa den Wölfen unterstellt wird, gehen wir ja nicht dauernd mit Zähnen und Klauen aufeinander los. Psychologen bezeichnen diese gruppeninterne Aggression als „reaktiv“. Damit wären wir eher den von Wölfen abstammenden und durch Domestikation friedlich gewordenen Hunden ähnlich.

Wie Science berichtet, wurde genau diese Theorie gerade erst auf dem Symposium „Domestication and Human Evolution“ am Salk Institute in Kalifornien frisch diskutiert. Wissenschaftler unterschiedlicher Fachbereiche hatten sich dort unter anderem getroffen, um ihre Daten und Meinungen zu der Theorie zusammenzutragen, dass die Vorfahren des Homo sapiens sich im Laufe ihrer Evolution selbst domestiziert hätten. Dies hätte dann nicht nur unser Verhalten, sondern auch unser Aussehen verändert. Und nicht zuletzt hätte das friedliche Sozialleben der immer größer werdenden Gemeinschaften von Frühmenschen auch das entwicklungsbiologische und genetische Make-up des modernen Menschen mitgeprägt. Diesen Beitrag weiterlesen »

Beliebtes Gen zum „Schattenparken“

29. August 2014 von Ralf Neumann

Weil’s so schön war, gleich noch ein Beispiel zu den verschlungenen Pfaden, die gewisse Gene  bisweilen evolutionsgeschichtlich einschlagen. Und gleichsam ein eindrucksvolles Lehrstück zu „Natürlichkeit“ und Nutzen des horizontalen Gentransfers (HGT).

Hauptdarsteller diesmal sind Farne. Diese tummeln sich ja bekanntlich am liebsten an den schattigeren Plätzchen des Waldbodens — weswegen sie für ihre lichtgetriebenen Entwicklungsschritte (Photomorphogenese) logischerweise besonders empfindliche Lichtsensoren brauchen. Schon hier wird’s interessant: Die allermeisten heutigen Farne nutzen für die „Schattensicht“ einen Photorezeptor namens Neochrom, der wiederum aus zwei Photorezeptoren besteht, die beide aus höheren Pflanzen wohl bekannt sind — ein Rotlicht-empfindliches Phytochrom fusioniert mit einem Blaulicht-absorbierenden Phototropin.

Vor ewigen Zeiten mussten wohl irgendwelche Organismen gemerkt haben, dass sich aus den beiden Photorezeptoren ein besonders empfindlicher Super-Lichtsensor bauen ließe, mit dem man auch im Halbdunkel gut gedeihen könne — das jedenfalls war zunächst die Hypothese des Doktoranden Fay-Wei Li samt seiner Chefin Kathleen Pryer von der amerikanischen Duke University. Also machte sich Li schließlich auf, in den Sequenzdatenbanken nach potentiellen unfusionierten Nachkommen genau derjenigen alten Phytochrome und Phototropine zu suchen, aus denen die Farn-Vorfahren einst erstmals ihren hybriden Super-Schatten-Lichtsensor zusammengebastelt hatten.

Li ließ seine Programme die Datenbanken rauf und runter suchen — fand aber nicht einen Kandidaten. Diesen Beitrag weiterlesen »

Ich nehm‘ das Gen, Du das Produkt

26. August 2014 von Ralf Neumann

Manchmal kann man nur staunen, welche Wege Gene im Laufe der Evolution gehen.

Gut geeignet dazu ist etwa das Szenario, das japanische Forscher unlängst in der unscheinbaren Erbsenlaus Acyrthosiphon pisum vorfanden.

Bereits zuvor war bekannt, dass die Läuse in speziellen Zellen, sogenannten Bakteriozyten, Bakterien der Art Buchnera aphidicola beherbergen. Dort verstoffwechseln diese, quasi als „Verdauungshelfer“, so einige Nahrungsbestandteile für ihren Wirt.

Diese Endosymbiose funktioniert schon seit 100 Millionen Jahren — und das offenbar so gut, dass die Bakterien außerhalb ihres Wirtes gar nicht mehr leben können. Was nicht verwundert, denn wie es bei parasitischen und endosymbiotischen Lebensweisen die Regel ist, hat auch Buchnera sein Genom inzwischen von einer ganzen Reihe ungebrauchter Gene bereinigt.

Die Japaner selbst hatten bereits in einer früheren Studie gezeigt, dass die Erbsenlaus-Vorfahren mindestens zwölf Gene bakteriellen Ursprungs durch horizontalen Gentransfer in ihr Genom integrierten. Sieben davon exprimieren sie spezifisch in ihren Bakteriozyten — was darauf hindeutet, dass sie für ihre Buchnera-„Dauergäste“ essentiell sind. Diesen Beitrag weiterlesen »

Die Geister der Evolution

12. Dezember 2013 von Ralf Neumann

Avocados sind „Geister der Evolution“, die uns Menschen für Elefanten-Vorfahren halten.

Wie das? Avocados koevolvierten einst zusammen mit richtig großen Säugetieren. Darunter waren auch gewisse Rüsseltiere namens Gomphotherien (Gomphotheriidae), deren Vorfahren vor 20 Millionen Jahren von der Linie der heutigen Elefanten abzweigten. Und genau auf diese Ur-Dickhäuter hatten die Avocados damals ihre Früchte zwecks Samenverbreitung optimiert: Den Riesenrüsslern schmeckten sie ganz besonders gut, die stattlichen Kerne bereiteten ihnen angesichts ihrer kräftigen Backenzähne und dem voluminösen Verdauungstrakt auch keine Probleme — und so pflanzten sie immer wieder mal mit ihren Riesenhaufen gleichsam einen Avocadobaum.

Die Gomphotheriidae starben indes vor gut 12.000 Jahren aus, Avocados gibt es noch heute — obwohl seitdem kein pflanzenfressendes Tier mehr deren Kerne schluckt, und diese demnach nicht mehr aus dem Schatten des Mutterbaums rauskommen. Dennoch haben Avocados den Tod ihrer alten „Verbreitungspartner“ offenbar vorerst weggesteckt — und leben heute weiter als „Geister der Evolution“. Diesen Beitrag weiterlesen »

Darwins Schattenmann

27. November 2013 von Ralf Neumann

Vor ziemlich genau 100 Jahren starb Alfred Russel Wallace, der neben Darwin lange vergessene Ko-Entwickler der Theorie von der Natürlichen Selektion als Triebkraft der Evolution. Die New York Times feierte ihn mit diesem netten Animationsvideo:

(Von hier.)

„Evolution — A Progression of Scientific Thought“…

10. September 2013 von Ralf Neumann

…, dargestellt als umfassende historische Infographik über den Fluss der Ideen und Konzepte zur Evolution seit Darwin (und davor):

 

(Hier klicken für zoombare PDF-Version!)

(Von Tania Jenkins, Miriam Quick and Stefanie Posavec für die European Society for Evolutionary Biology)

 

Sehr schön zu sehen, wie einzelne Ideen über die Zeit zusammenfließen, auseinanderdriften, sich aufspalten, an Komplexität zunehmen oder gar komplett versanden. Wie Wissenschaft bei großen Themen eben funktioniert…

Best of Science Cartoons (18)

13. August 2013 von Ralf Neumann

(Von hier.)

Schwierige Evolution

23. Juli 2013 von Ralf Neumann

Mal wieder ein Video, das mit den gängigsten Mythen und Missverständnissen über Evolution aufräumen will:

Diesmal von TEDEducation.

Ganz nett gemacht, aber offenbar selbst nicht ganz frei von Missverständnissen. Diesen Beitrag weiterlesen »

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