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Vivarium Wien, um 1880

Alte Theorien in modernem Gewand

Vor 100 Jahren wurde die "Biologische Versuchsanstalt" im Wiener Prater in die Österreichische Akademie der Wissenschaften eingegliedert. Dort wurden Theorien der Evolutionsbiologie erarbeitet, die heute wieder hochaktuell sind.

Entwicklungsbiologie 07.02.2014

1903 als privates Forschungsinstitut gegründet, wurde die "Biologische Versuchsanstalt" 1914 Teil der ÖAW. Drei wohlhabende Biologen aus dem jüdischen Bürgertum, der Zoologe Hans Leo Przibram und die beiden Botaniker Wilhelm Figdor und Leopold von Portheim, statteten das "Vivarium" im Wiener Prater mit einer modernen Labor- und Forschungsinfrastruktur aus. Sie wollten evolutionäre Fragen der Biologie durch Experimente an lebenden Organismen beantworten. 1938, nach dem sogenannten Anschluss Österreichs an Hitler-Deutschland, wurden die Gründer der "Biologischen Versuchsanstalt" und viele ihrer Mitarbeiter aus "rassischen Gründen" verfolgt, vertrieben und getötet.

Der Biologe und Wissenschaftshistoriker Manfred Laubichler von der Arizona State University war anlässlich eines Symposiums zum einhundertsten Jahrestag der Übernahme des Instituts durch die ÖAW zu Gast in Wien. Er betont, dass die wissenschaftlichen Errungenschaften des "Vivariums" bis heute eine wichtige Rolle in der biologischen Forschung spielen.

Die "Biologische Versuchsanstalt" (BVA) in Wien war eine der ersten Forschungseinrichtungen für experimentelle Biologie weltweit. Wo nimmt denn diese damals neue wissenschaftliche Richtung ihren Ursprung?

Zur Person:

Manfred Laubichler

Arizona State University

Manfred Laubichler ist Professor für theoretische Biologie und Wissenschaftsgeschichte an der Fakultät für Life Sciences an der Arizona State University. Er ist externer Professor am Santa Fe Institute in New Mexico, wo im Rahmen interdisziplinärer Grundlagenforschung eine Theorie komplexer adaptiver Systeme in Physik, Biologie, Technik und Sozialwissenschaften erarbeitet wird. Er ist zudem externes Fakultätsmitglied des Konrad Lorenz Instituts in Klosterneuburg.

Manfred Laubichler: Die experimentelle Biologie fing etwa 30 Jahre vor der Gründung der BVA 1903 an.Es kam zur Gründung verschiedener Forschungsstätten außerhalb der Universitäten, als erstes die "Zoologische Station" in Neapel in den 1870er Jahren, dann das "Marine Biological Laboratory" in Woods Hole an der Ostküste der USA. Kurz danach wurden das "Vivarium" im Wiener Prater und das "Kaiser Wilhelm Institut für Biologie" in Berlin gegründet.

Alle waren wichtige Forschungsstätten, an denen - wie man heute sagen würde - ein interdisziplinärer Ansatz zur experimentellen Erforschung des Lebens verfolgt wurde. Und bei allen handelte es sich um außeruniversitäre Institutionen.

Welchen methodischen Ansatz verfolgten die Wissenschaftler am Vivarium?

Es ging einerseits um einen experimentellen Ansatz und thematisch ging es um ein grundsätzliches Verständnis der Evolution des Lebens. Man wollte das Leben nicht nur in einem anatomisch vergleichenden Sinn oder einem paläontologischen Sinn verstehen. Sondern man wollte das Verhältnis der Organismen zu ihrer Umwelt ergründen. Das kann man wirklich nur experimentell nachvollziehen. Deswegen hatte das Institut auch eine für die damalige Zeit wirklich hochtechnisierte Ausstattung. Es ging wirklich darum, die Umweltbedingungen verschiedener Tiere und Pflanzen kontrollieren zu können. Und zwar nicht nur in einem Experiment, sondern über mehrere Generationen.

Waren die Wissenschaftler der BVA auf bestimmte Themen oder Tierarten spezialisiert?

Das Vivarium zeichnet sich auch hier durch einen besonderen Ansatz aus: Es gab verschiedene Labors, die sich damals schon auf unterschiedliche Experimentalorganismen spezialisiert hatten, aber nicht auf eine bestimmte Gattung. Man hatte einen umfassenden Zugang. Die Wissenschaftler untersuchten Pflanzen, Insekten, Reptilien, bis hin zu Meeresbewohnern, also eine große Anzahl von Organismen. Es gab beispielsweise eine permanente Zufuhr von frischem Meereswasser aus Triest nach Wien, um die marinen Organismen am Leben zu erhalten. Das war ein wirklich aufwändiger Zugang und in dem Sinn der Zeit voraus.

Gab es auch thematisch einen neuartigen Zugang, der sich von der klassischen Biologie der damaligen Zeit unterschied?

Durchaus. Die Wissenschaftler stellten die Kausalität evolutionären Wandels in den Mittelpunkt ihrer Überlegungen. Sie untersuchten nicht die Folgen der Vererbung von Variation, sondern auch den Ursprung der Variation.

Darwin hatte in vielen seiner Schriften darauf hingewiesen, dass es zwei grundlegende Fragen zum Verständnis der Evolution gibt: Wie kommt überhaupt das Neue zustande - also der Ursprung der Variation? Und was passiert mit der Variation? Die zweite Frage wird mit der natürlichen Selektion beantwortet. Die erste Frage, nach dem Ursprung der Variation, ist in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts in der Biologie in Vergessenheit geraten.

Ö1 Sendungshinweis

Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag im Dimensionen Magazin, 07.02., 19:05 Uhr.

In wie weit wurde am Vivarium versucht, dem Ursprung der Variation auf den Grund zu gehen?

Was das Vivarium auszeichnet, ist, dass hier systematisch der Einfluss der Umwelt auf den Ursprung von neuer Variation untersucht wurde. Die Arbeiten der BVA wurden nicht zuletzt wegen des Skandals um Paul Kammerer, aber als neo-lamarckistisch abgetan. Kammerer wollte bei Experimenten mit Geburtshelferkröten beweisen, dass erworbene Eigenschaften vererbt werden. Er stand unter dem Verdacht, seine Forschungsergebnisse gefälscht zu haben.

Aber letztendlich, wenn man das nur auf die Frage verkürzt, ob es dort irgendwelche Lamarckisten gab, die sich gegen das dominante Modell des Darwinismus wandten, dann greift das viel zu kurz. Die ganze konzeptuelle Idee dahinter war wesentlich komplexer.

Sie haben vorhin gesagt, dass sie Biologie die Suche nach dem Ursprung der Variation nach 1945 aus den Augen verloren hat. Warum?

Das lag unter anderem an dem Aufkommen der Genetik und der Molekularbiologie. Damit konnte man die fundamentalen Grundlagen der Vererbungserscheinungen erklären. Man verfügte endlich über das Wissen, was nun eine Mutation eigentlich ist. Und damit hat man die Suche nach dem Ursprung der Variation auf die Frage reduziert, wie hoch die Mutationsrate in verschiedenen Organismen ist. Das kann man messen, mehr braucht man ja nicht.

Hat sich das mittlerweile wieder geändert?

Seit ungefähr 30 Jahren schlägt hier das Pendel wieder in die andere Richtung, das ist dieses neue Forschungsgebiet der evolutionären Entwicklungsbiologie. Und in diesem Kontext wurde dann auch das Vivarium wieder entdeckt. Dort hat man eben versucht, den Evolutionsprozess als komplexes, vielschichtiges, kausales Geschehen zu verstehen und nicht nur als diese vereinfachte Darstellung von zufälliger Variation durch physikalisch-chemischen Veränderungen an der DNA und die Selektion macht dann den Rest.

Welche Rolle spielt diese "Vivariumsrenaissance" für Ihre eigene Forschung?

Uns stehen heute natürlich neue Methoden zur Verfügung, die aus der computational biology kommen. Wir sind in der Lage komplexe Systeme wirklich zu studieren, auch die kleinsten möglichen Teile. Damit ergeben sich wiederum Möglichkeiten zum Verständnis der regulatorischen Netzwerkstruktur der Genome. Wir können kausale Verbindungen bis hin zu sozialen Interaktionen aufzeigen.

Können Sie in diesem Zusammenhang ein konkretes Projekt nennen?

Meine Universität, die Arizona State University, hat die weltweit größte Gruppe an Forschern zu sozialen Insekten, zu Ameisen und Bienen. In meinem Labor arbeiten wir auf der theoretischen Seite. Und hier sind wir auf folgendes interessantes Phänomen gestoßen: Innerhalb einer Kolonie weisen die Individuen durchaus dramatisch unterschiedliche Phänotypen auf, sie unterscheiden sich etwa in der Größe oder anderen physiologischen Eigenschaften. Sie haben aber alle mehr oder weniger das gleiche Genom.

Deswegen haben wir einer Ameisenkolonie, die Soldatinnen weggefangen. Die Kolonie hat daraufhin gezielt neue Soldatinnen "nachproduziert". Das funktioniert, weil die Königin weiter Eier legt, aber die Larven unterschiedlich gefüttert werden.

Heißt das, die Ameisenlarven werden gezielt "programmiert"?

Die Ameisen bemerken offensichtlich, dass ihnen Soldatinnen abgehen. Die sozialen Interaktionen bedingen bestimmte Programme im Ameisengehirn. Die Larven werden unterschiedlich gefüttert. Die Ernährung führt zu unterschiedlichen Spiegeln von Wachstumshormonen. Und wir konnten genau nachvollziehen, wie dies dazu führt, dass bestimmte Gene ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Ein solches umfassendes, kausales Verständnis dieser Prozesse ist heute möglich. Wir arbeiten natürlich mit einer riesigen Menge von Daten, das gehört auch zur Big Data Science. Aber solche Vorhaben brauchen eben auch ein theoretisches Modell. Und dieses Modell ist durchaus eine 21. Jahrhundertversion dessen, was im Vivarium passiert ist. Da kann man eine Brücke schlagen von der Vergangenheit zur Gegenwart.

Sie haben die Forschung im Vivarium bereits als sehr intensives, aufwändiges Vorhaben beschrieben. Wie sieht das bei Ihren Projekten aus? Können solche Forschungsfragen überhaupt im Rahmen befristeter Projekte beantwortet werden?

Heute kann niemand mehr ein Projekt alleine durchführen. Das Projekt mit den Ameisen ist so ein Beispiel. Es ist das Ergebnis jahrzehntelanger Forschung von unzähligen Labors. Bei solchen Vorhaben geht es auch darum, die Rolle der theoretischen Biologie zu definieren. Und das ist wiederum ein Aspekt, der auf das Vivarium zurückgeht. Die "Biologische Versuchsanstalt" hat neben ihrer Rolle in der Experimentalbiologie auch eine wichtige Funktion für die theoretische Biologie gehabt. Die entstand auch ungefähr zu der Zeit, als das Vivarium gegründet wurde.

Man sieht das besonders in den Schriften von Hans Przibram, der zunächst diesen experimentalbiologischen Ansatz vertreten hat - komplexes Kausalverständnis - und dann aber auch die Brücke zur Quantifizierung, zur mathematischen Theoriebildungen geschlagen hat. Und wir machen theoretische Biologie in dieser Tradition.

Wie genau schlägt sich dieser Ansatz in ihrer Forschungsarbeit nieder?

Unsere Arbeit ist einerseits mathematisch ausgerichtet, verwendet aber auch computergestützte Simulationen. Und diese Modelle versuchen wir konzeptuell zu integrieren. Diese Projekte können nicht kurzfristig ausgerichtet sein und werden auch nicht von normalen Gremien gefördert. Hier stellt sich die Frage, welche Institutionen eine solche Forschung überhaupt tragen können? Und dann kommen wir wieder zur außeruniversitären Forschung, wie das schon beim Vivarium vor mehr als 100 Jahren Fall war.

Passiert solche Forschung nur in den USA?

Nicht unbedingt. In Österreich versucht man diesen Ansatz gerade beim Konrad Lorenz Institut zu verwirklichen. Hier sollen solche theoretischen Fragestellungen in Kooperation mit empirischen Projekten behandelt werden.

In den USA wäre das Santa Fe Institute zu nennen, wo Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen wirklich jahrelang über theoretischen Fragen brüten können, ohne dass man permanent positive Berichte schreiben muss. Denn die Kurzfristigkeit der wissenschaftlichen Antrags-, Berichts- und Resultatssituation ist dieser Art der Forschung nicht gerade dienlich.

Nicht umsonst war die "Biologische Versuchsanstalt" zunächst eine private Forschungseinrichtung und dann ab 1914 Teil der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Traditionellerweise können Akademien solche langfristigen Projekte besser vertreten als Universitäten.

Marlene Nowotny, Ö1 Wissenschaft

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