Schon der dunkle, kleine Raum an der Ruhruniversität Bochum hat wenig gemein mit den langen Laborbänken der Biochemiker und Molekularbiologen. Lediglich das Mikroskop erinnert an deren Laborausstattung. Darin eingespannt ist ein kleines Plättchen: eine Art Chip, etwa zweimal zwei Zentimeter groß. Darauf sollen, so der Plan von John McCaskill, lebendige Systeme gedeihen.
"Es dreht sich um Systeme, die sich selbst mit steigender Komplexität gestalten können. Chemische Systeme, die im Laufe der Zeit komplexer werden."
Aus einer Seite des Chips ragen haarfeine, dünne Schläuche heraus. Sie versorgen die winzigen Reaktionsräume auf dem kleinen Plättchen mit unterschiedlichen chemischen Substanzen. Gleichzeitig fließt schwacher elektrischer Strom durch feinste Drähte. Gemeinsam sollen Chemie und Mikroelektronik das hervorbringen, was lebendige Systeme auszeichnet.
"Diese Elektroden werden verwendet, um die Positionierung von Chemikalien zu kontrollieren. So gewinnen wir durch die Elektrik Kontrolle über die Reaktionsraten der Chemie, indirekt über Transportprozesse."
Durch schwache, elektrische Signale steuert John McCaskill also die Chemie auf dem Plättchen. Winzige Flüssigkeitsmengen fließen hin und her, werden in einem elektrischen Feld gefangen, reagieren miteinander - und lassen tatsächlich Neues entstehen. Ein Laserstrahl ist auf den Ort des Geschehens gerichtet, um den Versuch zu überwachen und gegebenenfalls erste "Lebenszeichen" zu dokumentieren.
Welche Kriterien Leben erfüllen muss, darüber diskutieren Wissenschaftler seit Jahrzehnten. John McCaskill wagt eine Aufzählung. Zum einen muss ein lebendes System nach außen hin abgeschlossen sein, zum Beispiel durch eine Membranhülle. Außerdem muss alles Lebendige in der Lage sein, sich selbstständig zu vermehren und dabei seinen Bauplan an die nächste Generation weitergeben. Und drittens:
"Den Aufbau einer Art von Stoffwechsel, der es erlaubt alle Komponenten, die notwendig sind, zu synthetisieren; und diese komplexe Chemie nennt man Metabolismus in biologischen Zellen. Etwas Entsprechendes braucht man auch, wenn man Ähnliches mit einfacher Chemie aufbauen will."
Für jede Mikrobe, jeden Regenwurm, ist all das selbstverständlich - nicht aber für eine technische Apparatur.
Die Technik lebendiger zu machen, heißt für John McCaskill auch, sie an die Bedürfnisse des Menschen besser anzupassen. Die Technik lernt von der Biologie. Und das Bindeglied zwischen beiden ist die Chemie.
Im Zusammenwirken von Mikroelektronik und Chemie sieht der Bochumer Wissenschaftler viele neue Möglichkeiten für die Technik der Zukunft.
"Flexible, sich selbst gestaltende Systeme führen uns in eine ganz andere Ecke der Welt: die etwas weichere, sich verformende Welt von chemischen Systemen. Und das kann durchaus einen komplementären Beitrag zu der rein digitalen Computerwelt liefern. Natürlich ist der Weg relativ lang."
Die starre Computerwelt könnte sich mit der weichen und formbaren Welt der Moleküle verbinden und dadurch flexibler werden, so die Vision. Die Robotik zum Beispiel könnte profitieren, wenn nicht nur Elektronen, sondern komplexe Chemie einen Automaten kontrolliert. Der gehorcht dann nicht mehr Befehlen wie "ja" oder "nein", "null" oder "eins", sondern "stark" oder "schwach", "vielleicht", "ein wenig" oder "erst einmal abwarten". Maschinen werden so organischer und vielleicht menschenähnlicher. Wohin das führen kann, lässt sich nicht einmal erahnen.
Noch ist das, was auf dem Chip in John McCaskills Labor in Bochum geschieht, kein Leben, aber das System befindet sich auf dem Weg dorthin.
Der Beitrag ist Teil des Themenschwerpunkts Synthetische Biologie Leben aus dem Labor
"Es dreht sich um Systeme, die sich selbst mit steigender Komplexität gestalten können. Chemische Systeme, die im Laufe der Zeit komplexer werden."
Aus einer Seite des Chips ragen haarfeine, dünne Schläuche heraus. Sie versorgen die winzigen Reaktionsräume auf dem kleinen Plättchen mit unterschiedlichen chemischen Substanzen. Gleichzeitig fließt schwacher elektrischer Strom durch feinste Drähte. Gemeinsam sollen Chemie und Mikroelektronik das hervorbringen, was lebendige Systeme auszeichnet.
"Diese Elektroden werden verwendet, um die Positionierung von Chemikalien zu kontrollieren. So gewinnen wir durch die Elektrik Kontrolle über die Reaktionsraten der Chemie, indirekt über Transportprozesse."
Durch schwache, elektrische Signale steuert John McCaskill also die Chemie auf dem Plättchen. Winzige Flüssigkeitsmengen fließen hin und her, werden in einem elektrischen Feld gefangen, reagieren miteinander - und lassen tatsächlich Neues entstehen. Ein Laserstrahl ist auf den Ort des Geschehens gerichtet, um den Versuch zu überwachen und gegebenenfalls erste "Lebenszeichen" zu dokumentieren.
Welche Kriterien Leben erfüllen muss, darüber diskutieren Wissenschaftler seit Jahrzehnten. John McCaskill wagt eine Aufzählung. Zum einen muss ein lebendes System nach außen hin abgeschlossen sein, zum Beispiel durch eine Membranhülle. Außerdem muss alles Lebendige in der Lage sein, sich selbstständig zu vermehren und dabei seinen Bauplan an die nächste Generation weitergeben. Und drittens:
"Den Aufbau einer Art von Stoffwechsel, der es erlaubt alle Komponenten, die notwendig sind, zu synthetisieren; und diese komplexe Chemie nennt man Metabolismus in biologischen Zellen. Etwas Entsprechendes braucht man auch, wenn man Ähnliches mit einfacher Chemie aufbauen will."
Für jede Mikrobe, jeden Regenwurm, ist all das selbstverständlich - nicht aber für eine technische Apparatur.
Die Technik lebendiger zu machen, heißt für John McCaskill auch, sie an die Bedürfnisse des Menschen besser anzupassen. Die Technik lernt von der Biologie. Und das Bindeglied zwischen beiden ist die Chemie.
Im Zusammenwirken von Mikroelektronik und Chemie sieht der Bochumer Wissenschaftler viele neue Möglichkeiten für die Technik der Zukunft.
"Flexible, sich selbst gestaltende Systeme führen uns in eine ganz andere Ecke der Welt: die etwas weichere, sich verformende Welt von chemischen Systemen. Und das kann durchaus einen komplementären Beitrag zu der rein digitalen Computerwelt liefern. Natürlich ist der Weg relativ lang."
Die starre Computerwelt könnte sich mit der weichen und formbaren Welt der Moleküle verbinden und dadurch flexibler werden, so die Vision. Die Robotik zum Beispiel könnte profitieren, wenn nicht nur Elektronen, sondern komplexe Chemie einen Automaten kontrolliert. Der gehorcht dann nicht mehr Befehlen wie "ja" oder "nein", "null" oder "eins", sondern "stark" oder "schwach", "vielleicht", "ein wenig" oder "erst einmal abwarten". Maschinen werden so organischer und vielleicht menschenähnlicher. Wohin das führen kann, lässt sich nicht einmal erahnen.
Noch ist das, was auf dem Chip in John McCaskills Labor in Bochum geschieht, kein Leben, aber das System befindet sich auf dem Weg dorthin.
Der Beitrag ist Teil des Themenschwerpunkts Synthetische Biologie Leben aus dem Labor
