Viele Eigenschaften von Molekülen lassen sich nicht aus den Eigenschaften der einzelnen Atome ableiten, aus denen sie bestehen. Diese neuen Eigenschaften tauchen erst im Verbund auf – ein Phänomen, das die Wissenschaft als „Emergenz“ bezeichnet. Eine interdisziplinäre Studie der Goethe-Universität Frankfurt beleuchtet aus chemischer, biologischer und philosophischer Sicht, wie Emergenz und Komplexität zusammenhängen und wie aus einfachen Bausteinen über viele Zwischenschritte Systeme entstehen können, die Informationen speichern, sich replizieren und schließlich Funktionen ausführen.

Die Publikation zeigt, dass Emergenz ein zentraler Mechanismus beim Übergang von der unbelebten zur belebten Natur ist. Ein anschauliches Beispiel ist Wasser: Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Erst in der Verbindung entsteht die Polarität des Moleküls, die es flüssig macht und damit die Grundlage für Leben auf der Erde schafft. Diese Polarität zwingt komplexeren Molekülen wie der DNA eine bestimmte Ordnung auf – ähnlich wie ein Dirigent, der die Musiker zusammenhält.

Die DNA-Struktur selbst ist ein weiteres Beispiel für Emergenz. Aus polaren und unpolaren Bausteinen entsteht in wässriger Umgebung die charakteristische Doppelhelix, die wiederum die Fähigkeit zur Replikation ermöglicht. Die Forschenden beschreiben insgesamt 13 Merkmale komplexer Systeme, darunter das Erreichen kritischer Zustände, an denen sich Eigenschaften plötzlich grundlegend ändern.

Prof. Harald Schwalbe vom Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie der Goethe-Universität Frankfurt betont, dass evolutive Mechanismen bereits vor der Entstehung des Lebens bei Molekülen wirkten. Dennoch sei die genaue Entwicklung nicht vorgezeichnet: Würde man die Uhr vier Milliarden Jahre zurückdrehen, entstünden vermutlich ganz andere Lebensformen.

Die Studie trägt dazu bei, den Ursprung des Lebens besser zu verstehen. Sie zeigt, dass Emergenz nicht nur in der Chemie und Biologie, sondern auch in der Philosophie eine zentrale Rolle spielt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition erschienen.

Die Arbeit ist Teil eines breiteren Forschungsansatzes, der die Entstehung komplexer Systeme interdisziplinär beleuchtet. Sie liefert neue Impulse für die Frage, wie aus einfachen chemischen Verbindungen lebende Organismen entstehen konnten – ein Prozess, der sich nicht exakt wiederholen würde, selbst wenn man die Uhr zurückdrehen könnte.

Original paper:

The Role of Chemistry Across Disciplines From Humanities to Life Sciences in Understanding Complexity and Emergence – Schwalbe – 2026 – Angewandte Chemie International Edition – Wiley Online Library

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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