Hyperzyklen und Selbstorganisation der Materie
Der Biochemiker Manfred Eigen, Nobelpreisträger für Chemie und Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen, wollte dem Ursprung des Lebens näherkommen.
Zu Beginn der 70er Jahre sagte er, daß der Ursprung des Lebens auf der Erde das Ergebnis eines Prozesses der fortschreitenden Organisation in chemischen Systemen fern vom Gleichgewicht gewesen sein könnte. "Hyperzyklen" von vielfachen Rückkoppelungsschleifen könnten dabei eine wichtige Rolle gespielt haben. Eigen nahm an, daß es eine vorbiologische Phase der Evolution gegeben hatte, in der auf molekularer Ebene Selektion stattgefunden hatte. Zur Beschreibung dieser vorbiologischen Evolutionsprozesse prägte er den Begriff der "molekularen Selbstorganisation".
Eigens untersuchte chemische Systeme nennt man katalytische Zyklen.
Ein Katalysytor ist eine Substanz, die das Tempo einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst bei diesem Prozeß verändert zu werden. Katalytische Reaktionen sind ganz entscheidende Prozesse in der Chemie des Lebens. Die am weitesten verbreiteten und wirksamsten Katalysatoren sind die Enzyme.
Eigen und seine Kollegen untersuchten in den 60er Jahren katalytische Reaktionen unter Beteiligung von Enzymen. Sie beobachteten, daß sich in biochemischen Systemen fern vom Gleichgewicht, d.h. in Systemen, die Energieströmen ausgesetzt sind, verschiedene katalytische Reaktionen miteinander verbinden. Es bilden sich komplexe Netzwerke, die geschlossene Schleifen enthalten können.
Eigen entdeckte, daß katalytische Zyklen bei genügend Zeit und einem ständigen Energiestrom dazu neigen, sich miteinander zu verbinden und geschlossene Schleifen zu bilden. Dabei agieren die in einem Zyklus produzierten Enzyme als Katalysatoren im nachfolgenden Zyklus. Für diese Schleifen, in denen jede Verbindung ein katalytischer Zyklus ist, prägte er den Begriff "Hyperzyklen".
Das Zusammenwirken rückgekoppelter Nukleotidketten mit Proteinsynthesen bezeichnet man als Hyperzyklen. Hyperzyklen sind also Verknüpfungen von Zyklen informationstragender Polynukleotide (Vorstufen der DNS) mit Synthesen katalytisch wirkender Proteine, die ihrerseits die Synthese der Polynukleotide steuern. Es handelt sich also um Rückkoppelungsschleifen.
Hyperzyklen sind stabil, fähig, sich selbst zu kopieren und Kopierfehler zu korrigieren. Das zeigt, daß es zu einer derartigen Selbstreplikation (= bei lebenden Organismen bereits bekannt) in chemischen Systemen vor der Entstehung des Lebens gekommen sein kann.
Diese chemischen Hyperzyklen sind selbstorganisierende Systeme, die man nicht als "lebend" bezeichnen kann, da ihnen entscheidende Merkmale des Lebens fehlen. Man kann sie aber als Vorläufer lebender Systeme betrachten.
Eine bemerkenswerte lebensähnliche Eigenschaft der Hyperzyklen besteht darin, daß sie sich entwickeln können, indem sie Instabilitäten durchlaufen und anschließend höhere Organisationsmuster erschaffen.
An sogenannten Punkten der Instabilität finden dramatische und unvorhersagbare Ereignisse statt, Ordnung tritt spontan auf und Komplexität entfaltet sich.
Manfred Eigens Theorie der Selbstorganisation der Materie verwendet identische Schlüsselbegriffe der Selbstorganisation wie Ilya Prigogines Theorie der dissipativen Strukturen und Hermann Hakens Lasertheorie: