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Hand in Hand: Politiker bei einem Treffen der Association of South East Asian Nations.

"Ohne Kooperation gäbe es diese Welt nicht"

Evolution in mathematischen Formeln: Das ist das täglich Brot von Martin Nowak. Der Biomathematiker von der Harvard University erzählt in einem Interview, warum es die Welt, so wie wir sie kennen, ohne Selbstlosigkeit nicht gäbe - und warum mehr als 100 Kollegen gegen seine letzte Studie protestiert haben.

Evolutionstheorie 01.04.2011

science.ORF.at: Sie beschäftigen sich seit Jahren mit der Entstehung von Kooperation bei Zellen, Tieren und Menschen. Man könnte sagen, sie ist das bestimmende Thema ihres Forschens.

Martin Nowak: Ich würde sagen, das Grundthema ist die Evolution. Denn ich interessiere mich auch für die Evolution von Infektionskrankheiten und von Krebs. Die Mathematik der Evolutionstheorie, das ist mein zentrales Interesse.

Dennoch hat beispielsweise Krebs auch etwas mit Kooperation zu tun. Krebszellen verlassen das kooperativ gestaltete Ganze des Körpers und vermehren sich auf dessen Kosten.

Das ist natürlich richtig. Die Entstehung der Vielzeller ist darauf aufgebaut, dass sich Zellen nicht nur so schnell als möglich teilen, wie etwa bei Bakterien, sondern auch noch andere Aufgaben für den Organismus übernehmen. Vielzelligkeit ist ein Kooperationsphänomen - und Krebs ist der Zusammenbruch der Kooperation.

Was ist das Faszinierende an der Kooperation? Dass sie in der Evolutionstheorie nach einer gesonderten Erklärung ruft?

Der klassische Darwinismus kennt zwei Hauptfaktoren: Mutation und Selektion. Beide erzeugen ein Wettbewerbsszenario, bei dem es darum geht, sich besser als die anderen fortzupflanzen. Kooperation ist deswegen überraschend, weil sie bedeutet: Ich reduziere meine Fitness, um die Fitness eines anderen zu erhöhen. Und die Frage ist: Warum führt natürliche Selektion zu so einem Verhalten?

Zur Person

Martin Nowak ist seit 2003 Professor für Biomathematik an der Harvard University, davor war er am Princeton Institute for Advanced Studies sowie an der University of Oxford tätig. Forschungsgebiete: Evolution, Spieltheorie, experimentelle Kooperationsforschung.

Martin Nowak vor einer Tafel mit Formeln

APA/CHRISTIAN MUELLER

Martin Nowak an seinem Arbeitsplatz

Eigentlich herrscht das Primat des Eigennutzes, aber über die Hintertür kommt die Selbstlosigkeit herein.

Mit Wettbewerb alleine kann man nicht alles erreichen. Um kompliziertere Strukturen aufzubauen bedarf es der Kooperation. Die natürliche Selektion braucht gewissermaßen Hilfe.

Sie haben nun ein Buch mit dem Titel "SuperCooperators" geschrieben, in dem sie der Kooperation den selben Status als Evolutionsfaktor einräumen wie Mutation und Selektion.

Das ist mein erstes populärwissenschaftliches Buch. Darin beschreibe ich die Kooperation als dritten Eckpfeiler der Evolution. Ohne sie gäbe es keine Vielzeller, Insektenstaaten und menschliche Gesellschaften. Sogar die Entstehung der Zelle bedurfte der Kooperation.

Inwiefern?

Man geht davon aus, dass die Urzelle aus Lipidvesikeln bestand, die RNA-Moleküle beinhalteten. Und diese RNA-Moleküle mussten etwas zur Fitness der Zelle beitragen – auch das ist ein Kooperationsphänomen.

Wie reagieren ihre Fachkollegen auf diese Sichtweise?

Sehr viele interessieren sich dafür, aber diesen letzten logischen Schritt hat noch keiner gemacht. Letztlich wäre die Welt, so wie wir sie sehen, ohne Kooperation nicht denkbar. Und wir benötigen das Konzept auch, um die Struktur der Lebewesen zu verstehen. Kooperation ist für mich ein Chefarchitekt der Evolution.

Jeder Forscher arbeitet mit unausgesprochenen Prämissen. Kann es sein, dass ihre Prämissen andere sind, als die ihrer meisten Fachkollegen?

Ö1-Sendungshinweis

Über Martin Nowaks Forschungen berichtet auch "Wissen aktuell", Freitag, 1.4.2011, 13:55 Uhr

Viele meiner Kollegen behaupten, sie gingen an ein Problem völlig "open minded" heran. Das heißt, sie kämen erst dann zu einem Urteil, wenn die mathematischen oder experimentellen Ergebnisse auf dem Tisch liegen. Nun weiß man allerdings aus der Theorie der Sprachentwicklung von Kindern, dass es diese völlige Freiheit des Denkens gar nicht gibt. Kinder könnten die ersten Sprachkenntnisse nicht entwickeln, wenn sie nicht schon mit gewissen Einschränkungen, mit, wenn man so will: fertigen Hypothesen an die Sache herangingen.

Und genau das gilt auch für Wissenschaftler, wenn sie ein Problem lösen. Erfolg hat nur der, welcher schon mit Hypothesen arbeitet. Ein gutes Beispiel dafür ist der Österreicher Gregor Mendel, der Entdecker der klassischen Verebungsregeln: Er hatte eine Theorie und hat seine Experimente auch dahingehend interpretiert.

Manche Forscher behaupten ja: Die Ergebnisse waren zu schön. Er hat sie getürkt.

Möglich, völlig "open minded" kann man jedenfalls gar kein Problem lösen. Weder in der Physik, noch in der Biologie, noch in der Mathematik.

Früher hätten Evolutionstheoretiker gesagt: Die Kooperation ist ein Problem. Ihre Haltung scheint eher zu sein: Sie ist kein besonders großes Problem – aber ein Katalysator!

Genau so würde ich das sagen, ja.

Sie wollten ursprünglich Medizin studieren, haben sich dann kurz vor der Inskription für Biochemie entscheiden. Wie kam es dazu?

Mein Mittelschullehrer hat damals zu mir gesagt: Du bist kein Mediziner, sondern ein Wissenschaftler. Ich konnte mir damals gar nichts unter einem Wissenschaftler vorstellen. Während dieser Zeit las ich das Buch "Der achte Tag der Schöpfung" von Horace Judson, eine Geschichte der Molekularbiologie. Das hat mich so fasziniert, dass ich dann auf Biochemie umgesattelt habe. Zu Beginn des Studiums musste ich auch Physikvorlesungen besuchen – diese Verbindung von Mathematik und Naturwissenschaft hat mich sehr geprägt. Ich wollte dann vor allem mathematische Chemie betreiben.

Wobei die Biochemie kein ganz unaufwändiges Studium ist. Man arbeitet sehr viel im Labor – blieb da überhaupt Zeit für Mathematik?

Es war in der Tat ein sehr anstrengendes Studium, es blieb kaum noch Zeit, sich nebenbei für andere Dinge zu interessieren. Aber es war dafür eine sehr gute Ausbildung. Mathematikvorlesungen habe ich dann auch noch während meines Doktoratsstudium gehört. Ich bin keinesfalls ein reiner Mathematiker und würde mich eher als Biologen bezeichnen, der die Mathemetik verwendet, um Dinge zu beschreiben. Ich arbeite allerdings oft mit vielen Leuten zusammen, die die reine Mathematik wesentlich besser kennen als ich.

Der Harvard-Psychologe Steven Pinker hat einmal gesagt: Martin Nowaks große Begabung besteht darin, dass er sprachlich formulierte Probleme sofort in Formeln übersetzen kann.

Das ist meine Hauptbetätigung: Die Darstellung von biologischen Ideen in der Sprache der Mathematik. Dann kommen andere, die das analysieren. Ich habe noch nie jemanden gesehen, der alle Fähigkeiten besessen hätte, um ein Forschungsprojekt vom Anfang bis zum Ende im Alleingang durchzubringen. Es gibt Leute, die mathematisch perfekt sind, aber keine Modelle finden. Dann gibt es solche, die Modelle finden, aber sie nicht bis ins letzte Detail analysieren können usw.

Da gibt es übrigens eine Anekdote zur Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie, das war nämlich ein Rennen zwischen Albert Einstein und den führenden Mathematikern in Göttingen: Als Einstein 1916 seine Theorie veröffentlichte, sagte der Mathematiker David Hilbert: "In Göttingen kann jeder Straßenjunge mehr vierdimensionale Geometrie als Einstein. Und trotzdem hat er das Problem gelöst – und nicht wir Mathematiker." Es kommt sehr auf die Intuition an.

Nach ihrer Dissertation in Wien gingen sie nach Oxford. Wie lief das ab?

Am Tag, als ich mit meiner Dissertation fertig wurde, fragte ich meinen Betreuer Karl Sigmund: "Und was soll ich als nächstes tun?" Er sagte: "Der Beste in unserem Fachgebiet ist Robert May in Oxford. Wie wär's, wenn wir den anschreiben würden?" Er half mir dann, einen entsprechenden Brief zu formulieren, mein Englisch war damals noch nicht gut genug. Die Antwort von May war: "Es tut mir leid, ich habe gar keine Forschungsgruppe." Was stimmte: Er hat keine eigene Gruppe, sondern sucht sich für jedes Forschungsprojekt die Besten ihres Faches.

Nach dieser Absage versuchten wir es nochmals. Wir schrieben, ich würde mit einem Erwin-Schrödinger-Stipendium nach Oxford kommen. Der Name Schrödinger hat May dann offensichtlich umgestimmt. Ich ging nach Oxford, wurde nach kurzer Zeit Mays engster Mitarbeiter und blieb dort neun Jahre.

Sie haben letztes Jahr eine sehr kontroversielle Arbeit veröffentlicht, in der sie erklärten: Die sogenannte Theorie der Verwandtenselektion ist überschätzt und mathematisch gekünstelt. In der letzten Ausgabe von "Nature" haben mehr als 100 Evolutionsbiologen auf ihre Arbeit nun mit einem Brief geantwortet - mit zum Teil sehr heftiger Kritik.

Wir kritisieren nicht in erster Linie die Idee der Verwandtenselektion, aber die dahinter stehende mathematische Theorie. Der britische Biologe J.B.S. Haldane hat einmal gesagt: "Ich würde in den Fluss springen, um zwei Brüder zu retten – oder acht Cousins." Das heißt: Ich kann meine Gene selbst an die nächste Generation weitergeben oder ich kann Verwandten bei der Fortpflanzung helfen.

Was die Weitergabe der Gene betrifft, läuft das unter Umständen aufs Selbe hinaus. Das finde ich nach wie vor richtig, aber die mathematischen Details sind falsch. Oder zumindest nicht allgemein genug. Das ist so ähnlich wie bei den Epizyklen von Ptolemäus. Dann kommt jemand und sagt: "Es gibt diese Epizyklen nicht." Kein Wunder, dass sich die Wissenschaftler beschweren, die viele Jahre mit solchen `Epizyklen’ gearbeitet haben.

Wie fühlt man sich, wenn mehr als 100 Fachkollegen öffentlich gegen einen protestieren?

Zu Beginn ist man schon erstaunt. Aber dann merkte ich, dass diese Leute eigentlich nicht auf unsere wissenschaftlichen Ergebnisse eingingen. Sie fanden also keinen Fehler in unserer neuen Theorie. Ich kannte auch schon frühere Versionen des Briefes. Das war im Grunde eine große Unterschriftenaktion in der gesamten Fachwelt. Es wurde fast jeder gefragt zu unterschreiben. So gesehen haben sich nicht sehr viele daran beteiligt.

Aber ich bin nicht der erste, dem so etwas passiert. Es gab beispielsweise auch eine Unterschriftenaktion gegen Albert Einstein und eine Veröffentlichung "100 Autoren gegen Einstein". Seine Antwort damals war: "Warum 100 Autoren? Wenn ein Rechenfehler in meiner Theorie wäre, dann hätte auch einer genügt."

Interview: Robert Czepel

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