Model me this

“Overawed by what they do not understand, they mistakenly distrust their own common sense and adopt inappropriate procedures devised by mathematicians with no scientific experience.”

Excellent article by Jessica Weinkle on modeling and climate risk assessment.

“Climate change advocates, media, lawsuits, politicians, and financial interests align to make a terrible muddle out of the science on disasters, economic losses, and climate change.  Meanwhile, the public has a real insurance problem.”

I personally believe this is part of the “searching under the light fallacy”. Following the old joke.

It is really hard to get the right data and accurate models to help understanding a specific problem. Not only in “climate”. “Data science” today more often does the inverse: which data is easily accessible; data quality, relevance... not so important. Then we apply “state of the art statistics and — most importantly — AI” and the “scientific”paper and the media headline are finished.

All Models are Wrong

 The apocryphal quotation from George Box is well know:

“All models are wrong, but some are useful.”

The actual quotation from his 1976 paper is actually much more relevant today:

“Since all models are wrong the scientist cannot obtain a correct one by excessive elaboration. On the contrary following William of Occam he should seek an economical description of natural phenomena. Just as the ability to devise simple but evocative models is the signature of the great scientist so overelaboration and overparameterization is often the mark of mediocrity.”

This is actually the extension of Aristotles insight from his Nicomachean Ethics:

“[…] it is the mark of an educated man to look for precision in each class of things just so far as the nature of the subject admits” […] 

“[We must] not look for precision in all things alike, but in each class of things such precision as accords with the subject-matter, and so much as is appropriate to the inquiry. For a carpenter and a geometer investigate the right angle in different ways; the former does so in so far as the right angle is useful for his work, while the latter inquires what it is or what sort of thing it is; for he is a spectator of the truth.”

Wissen aus dem Rauschen

Wenn man natürliche Phänomene misst, etwa mit chemischen Sensoren, oder mit Kameras, die in der Dunkelheit versuchen, Objekte mit geringer Helligkeit aufzunehmen, ist man mit dem Problem des Rauschens konfrontiert. Rauschen kommt von Elektronik, natürlichen Phänomenen und anderen Störungen und ist (im Idealfall) zufällig.

Aus der Tatsache, dass Rauschen zufällig ist, das zu messende Signal aber nicht, sondern zumindest für eine bestimmte Zeit konstant ist, lässt sich eine einfache Methode anwenden, das Rauschen zu unterdrücken und das Signal zu verstärken: 

Die Abbildung ist beispielhaft generiert. Man könnte sich vorstellen, dass wir mit einem chemischen Sensor ein Spektrum messen, das eine Frequenz von 0 bis 50 zeigt, oder die Achse eine Reihe von 50 Pixeln auf einem Kamera-Sensor darstellt. Bei Frequenz (oder Pixel) 10 und 20 ist ein Signal. Allerdings ist das Rauschen so groß, dass beiden Signale darin verschwinden. Wenn wir einen Blick auf die erste Abbildung werfen, sehen wir folglich, dass nach einer einzelnen Messung nur Rauschen zu sehen ist. Nun wiederholen wir allerdings die Messung mehrfach, die zweite Abbildung zeigt sechs Messungen und die dritte zwölf. Die sechs und zwölf Messungen werden jeweils schlicht addiert. Da das Rauschen zufällig ist, das Signal aber konstant, beginnen die beiden Signale (Peaks) langsam aus dem Rauschen herauszuwachsen. Denn einmal ist das Rauschen an einem Punkt positiv, dann wieder negativ und würden wir in einem idealen System unendlich viele Aufnahmen machen und addieren, würde das Rauschen verschwinden und nur die Signale stehen bleiben.

Diese Methode, die in der Messtechnik angewandt wird, ist eine gute Metapher, wie Wissenschaft funktioniert. Die meisten Arbeiten sind Rauschen, dazwischen sind Signale. Nur wenn wir Experimente wiederholen, Studien reproduzieren, Ergebnisse hart diskutieren, Studien und Artikel, die sich als falsch herausstellen, werden korrigiert oder verworfen und so verschwindet *langsam* das Rauschen und die relevanten Ideen treten deutlicher hervor. 

Understanding or Solving?

“In the academic world of the social sciences, research designed to understand a problem is often held in higher regard than research to solve the problem. […] it is based on the false assumption that understanding a problem is the key to solving it. This is not true for the toughest problems, the “wicked” ones,”, Daniel Yankelovich, Wicked Problems, Workable Solutions

“The Fallacy of Exquisite Measurement, which states that the ability to measure things down to very fine detail does not automatically confer a power to control things.”, James Howard Kunstler, Living in the long emergency

Wissenschaft — Institutionalisierter Confirmation Bias?

In wesentlichen Bereichen der Forschung gehen heute junge Menschen nicht weil sie besonders talentiert für das jeweilige Feld sind, sondern weil sie Aktivisten sind. Klimaforschung, Ökologie, Soziologie usw. 

Das geht Hand in Hand mit sterbenden Legacy Medien, die versuchen immer enger fokussierte Interessengruppen anzusprechen, die sich zwar teilweise gebildet geben, aber nur ganz wenig Abweichung von der eigenen Ideologie ertragen — ein performatives Spektakel, nicht viel mehr.

Dies führt zu selbstverstärkenden und moralisierenden Mechanismen in der Gesellschaft: man kämpft für die »gute« Sache, und wird in Talkshows und dergleichen eingeladen. Die flachen Medien bringen die narrative Unterfütterung der naivsten Form der Geschichte. Gefragt ist nicht die Erkenntnis, dass es keine einfache »Lösung« gibt, schon gar keine moralisch heroische, sondern vielmehr eine Reihe an Kompromissen, ...

Uriah Heep

Oftmals führt es sogar zu einer solchen Verzerrung der Tatsachen, dass die, die auf der vermeintlich moralisch richtigen Seite stehen, mit ihren Maßnahmen die Welt schlechter machen: Energiewende, Gentechnik, Covid-Response. 

Was aber die Wissenschaft im engeren Sinne betrifft,  trägt dies in keiner Weise dazu bei, ernsthafte Wissenschaft zu fördern und daraus Maßnahmen im kritischen Diskurs mit der Gesellschaft abzuleiten, sondern führt viel mehr zu institutionalisiertem confirmation bias. Dies war immer zu einem gewissen Maße gegeben, siehe Thomas Kuhn, aber es nimmt heute beängstigende Ausmaße an. 

Heute gibt es Wissenschaftsbürokraten, die sich für Vertreter der Wissenschaft halten — verstünden sie allerdings etwas von Wissenschaft, würden sie erkennen, wie absurd alleine diese Idee ist. Denker, die gegen den Strom schwimmen, wie etwa in der Vergangenheit Personen wie Freeman Dyson, werden heute frühzeitig aus dem universitären Betrieb ausgemustert. So haben fast alle dieselbe ideologische Grundstimmung und entsprechend langweilig, fehlerhaft, irrelevant und langsam geht die Forschung voran.

Wissenschaft, die versucht Konflikt zu vermeiden oder gar zu verbannen schafft sich ab. Universitäten, die sich als Safe Spaces wahrnehmen und ideologisch eindimensional werden, fallen in die Irrelevanz.

Die wesentliche Frage für die nächsten Jahre ist, wie weit der universitäre Betrieb noch reformierbar ist, vor allem auch deshalb, weil es im aktuellen System zu viele Gewinner gibt. Gewinner in dem Sinne, dass die mangelhafte Qualität ihnen selbst nicht schadet, weil sie es sich in den selbst-referentiellen Zirkeln gut eingerichtet haben. Woher soll also der Druck zu Reformen kommen? Eine mögliche Antwort wäre: von der Gesellschaft, die langsam aber sicher die Geduld mit fragwürdiger Expertise gepaart mit hohen Kosten verliert. 

Auch von Seiten der Wirtschaft könnte sich der Druck erhöhen, wenn es immer deutlicher wird, dass das Absolvieren einer Universität relativ wenig Wert stiftet — mit Ausnahme einer Erkenntnis: dass die Person in der Lage war sich über mehrere Jahre durch langweilige und weitgehend irrelevante Strukturen zu quälen. Das mag allerdings als Qualifikation für Großunternehmen von Wert sein.

Auf der positiven Seite ergeben sich hier Chancen für Europa, denn die US-Universitäten sind schneller und energischer darin, sich zu beschädigen als die europäischen — das würde schnelles Handeln notwendig machen...

Kleiner, kleiner, kleiner — bis nichts mehr von Substanz verbleibt

Schon Anfang des 19. Jahrhunderts war es führenden Denkern wie Coleridge, Wordsworth und Alexander von Humboldt klar, dass eine stetige Zersplitterung der Wissenschaften zu wenig führt:

William Wordsworth, National Portrait Gallery London

»Coleridge und Wordsworth wendeten sich nicht gegen die Wissenschaft selbst, sondern nur gegen die vorherrschende »mikroskopische Sichtweise«). Wie Humboldt wehrten sie sich gegen die Aufsplitterung der Naturwissenschaften in immer stärker spezialisierte Disziplinen. Coleridge nannte diese Philosophen die »Little-ists« (»Klein-isten«), während Wordsworth in The Excursion (1814) schrieb:«

»For was it meant
That we should pore, and dwindle as we pore,
For ever dimly pore on things minute,
On solitary objects, still beheld
In disconnection dead and spiritless,
And still dividing and dividing still
Break down all grandeur.«

Aus der hervorragenden Humboldt Biographie von Andrea Wulf.

Endless Wonders in Reflexion

 “An animal is a model. Any organism is a model of the world in which it lives. One way to understand this is to imagine a zoologist presented with the body of an animal she has never seen before. If allowed to examine and dissect the body in sufficient detail, a good zoologist should be able to reconstruct almost everything about the world in which the animal lived. To be more precise, she would be reconstructing the worlds in which the animal’s ancestors lived.”

Richard Dawkins writes this in an article in 1995. 

Richard Dawkins

But let's now combine that thought with Melvin E. Conway, How do Committees Invent?

“Roughly speaking, we have demonstrated that there is a very close relationship between the structure of a system and the structure of the organization which designed it.”

In other words: the small mirrors the big, the big drives the small and the small drives the big, as the big is constituted by the small(s). Endless wonders in reflexion.

Kritische Reflexion der Wissenschaft nach der Pandemie

Coronavirus

»Wer sich „nicht auskennt“, soll die Schnauze halten. Die Frage ist: Wer bestimmt, wer sich auskennt? Jan Böhmermann? Sascha Lobo?«

Es freut mich, dass jetzt endlich kritische Artikel in der breiteren Diskussion zum Umgang mit Wissenschaft während der Pandemie erscheinen. Dieses Zitat ist aus einem Artikel in der Berliner Zeitung, geschrieben von Jan David Zimmermann. 

Im Gegensatz zur Selbstwahrnehmung vieler Wissenschafter, war »Covid« eine Niederlagen von Wissenschaft und Politik, sowohl einzeln als auch im Zusammenspiel betrachtet. Das Problem geht allerdings weit über Covid hinaus, und reicht im Vorspiel Jahrzehnte zurück. 

»Die Wissenschaft tritt im Szientismus als Heilslehre auf und die Experten sind letztlich unsere Priester. Wer aber den Priester hinterfragt, der hinterfragt auch Gott. Und das darf natürlich nicht sein.«

Ähnliches beobachten wir seit längerem bei anderen wesentlichen Themen wie dem Klimawandel.

»Corona hat einmal mehr klargemacht, wie willfährig akademische Institutionen sich mit den Vorgaben des Staates, der Politik synchronisieren und wie stark auf Universitäten und Akademien Konformismus und Duckmäusertum vorherrscht.«

In der Tat. Universitäten sind zu dysfunktionalen Organisationen geworden, in denen qualitativ hochwertige Wissenschaft und entsprechender Diskurs zum Nebenthema geworden zu sein scheint. Dies ist keine österreichische oder europäische Frage, sondern ein internationales Problem.

Es bedeutet natürlich nicht, dass keine Wissenschaft mehr gemacht wird oder dass es keine neuen Erkenntnisse mehr gäbe. Aber gemessen am Aufwand, an der explodierenden Zahl der Wissenschafter und der Zahl der Publikationen, ist das Ergebnis gelinde gesagt bescheiden, wenn auch nicht überraschend. Nicht bescheiden hingegen, sind viele Vertreter von Wissenschaft, die sich in die Öffentlichkeit drängen, Politik und Wirtschaft beraten und dabei immer häufiger mehr Schaden als Nutzen anrichten.

Auch eine weitere Beobachtung in diesem Artikel ist zutreffend:

»Corona hat einmal mehr klargemacht, wie willfährig akademische Institutionen sich mit den Vorgaben des Staates, der Politik synchronisieren und wie stark auf Universitäten und Akademien Konformismus und Duckmäusertum vorherrscht.  

[…]  

Die kritischen Experten-Stimmen hingegen waren fast alle emeritierte (also pensionierte) Universitätsprofessoren oder „Aussteiger“ aus dem Wissenschaftssystem und nunmehr weitgehend unabhängig von Universitäten, Pharmafirmen und wissenschaftspolitischen Graben- und Machtkämpfen.«

Auch ich habe große Schwierigkeiten, qualitativ hochwertige und relevante Gesprächspartner für meinen Podcast an Universitäten zu finden. Die interessantesten und relevantesten Beiträge stammen in der Tat zumeist aus der vom Autor genannten Kategorie. 

Keine guten Vorzeichen für die nächsten Jahrzehnte für die Universitäten, aber eine Menge Potential für neue und bessere Ansätze!

Mangelnde (wissenschaftliche) Bescheidenheit schadet unserer Gesellschaft

Karl Popper (1992)

Was mir in den letzten Jahren bewusst geworden ist — und es ist eine für mich sehr verstörende Erkenntnis. Nicht nur haben wir erhebliche Qualitätsprobleme in vielen Bereichen der Wissenschaft, gepaart mit schlechter Effizienz. Was aus gesellschaftlicher Sicht noch schlimmer ist: viele, wenn nicht die meisten Wissenschafter scheinen unfähig zu sein, selbst abzuschätzen, wie wahrscheinlich Aussagen sind die sie treffen. Wie sicher ihre Behauptungen sind, oder umgekehrt gesagt: wie wahrscheinlich es ist, dass sie falsch liegen.

In den meisten Fällen ist die Zuverlässigkeit ihrer Aussagen wesentlich niedriger als sie selbst es für möglich halten. Aus dieser Überheblichkeit folgen schwere gesellschaftliche Folgen. Denn es hält sie nichts davon ab, mit diesen (übertriebenen) und nicht fundierten Überzeugungen in die Medien zu gehen, mit Politikern, Entscheidungsträgern und Podcastern zu sprechen und diese zu beeinflussen. 

Mit einer falschen Sicherheit zu beeinflussen.

Dabei macht es einen großen Unterschied, ob wir es mit einem Problem zu tun haben, wo es tatsächlich gute Evidenz und Kenntnis gibt, oder ob wir unter hoher Unsicherheit und Risiko agieren und entscheiden.

Auch das Übertreiben von Problemen ist nicht hilfreich, weil es Politik zu extrem teuern und falschen Entscheidungen führt.

»Wissenschaft könnte man als die Kunst der systematischen und übertriebenen Vereinfachung bezeichnen.«, Karl Popper, The Observer (August 1982)

»Das Schlimmste – eine Sünde gegen den heiligen Geist – ist, wenn die Intellektuellen es versuchen, sich ihren Mitmenschen gegenüber als große Propheten aufzuspielen und sie mit orakelnden Philosophien zu beeindrucken.«, Karl Popper, Auf der Suche nach einer besseren Welt (1987)

Paradigm shifts and the reaction of the scientific establishment

The three stages of reactions of outsiders rolling up a traditional scientific field. Or in the terminology of Thomas Kuhn: a paradigm shift is hitting normal science, as described by James Gleick with reference to Benoit Mandelbrot:

Thomas Kuhn (1973)

Stage 1: Who are you, and why are you interested in our field

Stage 2: How does it relate to what we have been doing, and why don't you explain it on the basis of what we know?

Stage 3: Are you sure it's standard (mathematics)? Then why don't we know it?

Searching the keys where the light shines

As the old joke goes: a drunk person on his knees in front of the pub. Another guest comes out and asks  what he is doing, I am searching for my keys. So the friendly guest helps him. But they don't find the keys, so he asks the drunk, Are you sure, you lost the keys here? — No, around the corner, but there is no light.

Ross Ashby (1948)

In 1970 Ross Ashby publishes the book Introduction into Cybernetics. One key insight in this book is:

»Science stands today on something of a divide. For two centuries it has been exploring systems that are either intrinsically simple or that are capable of being analysed into simple components. The fact that such a dogma as " vary the factors one at a time" could be accepted for a century, shows that scientists were largely concerned in investigating such systems as allowed this method; for this method is often fundamentally impossible in the complex systems.«

In brevity, to circle back to the joke: we search our car keys where the light is, not where we lost them. 

Science did the same thing in the past. Search and explain the simple (as in not complex) problems. In the mid of the 20th century cybernetics tried to turn this approach towards the complex; Also sciences like biology move (in part) from a descriptive to a complexity-science, for instance ecology. But from the late 1970s/80s on, cybernetics ran out of fashion and was sort of replaced by complexity science. 

And yet, it looks to me, we are still at the beginning. There are fields in science, where there is a focus on systemic behaviour, ecology, climate science, (small) parts of medicine come to mind. But I believe, that scientific practice is largely even worse today. As generalist you can hardly make a career in science these days, so people focuse on ever narrower fields of »expertise« or sets of methods, not even interested in trying to understand complex phenomena — the world — at large. It is more rewarding (in a career perspective) to work for instance on some obscure mathematical framework that cannot be applied in any reasonable sense to our world, but has a dedicated scientific community.

Searching where you know what you will find (because you outlined it in the grant proposal for the years to come) with the methods your institution is known for. Curiosity killed the cat scientist..

Is this science or rather a joke?

Das Spiel — Inspiration für die nächste Generation

 

Kürzlich bin ich wieder einmal über das hervorragende Buch von Manfred Eigen (Nobelpreis für Chemie 1967) und Ruthild Winkler Das Spiel, Naturgesetze steuern den Zufall gestoßen. Dies ist für mich eines der bahnbrechenden Wissenschaftsbücher, die sich an eine gebildete, aber breite Leserschaft gerichtet haben. Dieses Buch ist Ende der 1970er Jahre in Deutsch und wenige Jahre später mit dem Titel Laws of the Game in Englisch erschienen.

Manfred Eigen (2006)

Im 20. Jahrhundert gab es eine Tradition, dass herausragende Wissenschafter, oft spät in ihrer Karriere, Bücher geschrieben haben, deren Perspektive weit über ihren engeren Fachbereich hinausgegangen ist. Diese Büche haben eine Breite und gleichzeitig eine Tiefe gezeigt, die für die Autoren ein Risiko waren — sie haben sich weit aufs Eis hinausgewagt — gleichzeitig aber neue Wege des Denkens eröffnet und Generationen junger Wissenschafter motiviert haben. 

Eines der ersten Bücher, das mir in diesem Kontext einfällt ist, Was ist Leben von Erwin Schrödinger. Schrödinger beschreibt die Problematik in der Einleitung zu seinem Buch:

»Bei einem Mann der Wissenschaft darf man ein unmittelbares, durchdringendes und vollständiges Wissen in einem begrenzten Stoffgebiet voraussetzen. Darum erwartet man von ihm gewöhnlich, dass er von einem Thema, das er nicht beherrscht, die Finger lässt. [...]

Aber das Wachstum in die Weite und Tiefe, das die mannigfaltigen Wissenszweige seit etwa einem Jahrhundert zeigen, stellt uns vor ein seltsames Dilemma. Es wird uns klar, dass wir erst jetzt beginnen, verlässliches Material zu sammeln, um unser gesamtes Wissensgut zu einer Ganzheit zu verbinden. Andererseits aber ist es einem einzelnen Verstande beinahe unmöglich geworden, mehr als nur einen kleinen spezialisierten Teil zu beherrschen.

Wenn wir unser wahres Ziel nicht für immer aufgeben wollen, dann dürfte es nur den einen Ausweg aus dem Dilemma geben: daß einge von uns sich an die Zusammenschau von Tatsachen und Theorien wagen, auch wenn ihr Wissen teilweise aus zweiter Hand stammt und unvollständig ist – und sie Gefahr laufen, sich lächerlich zu machen.«

Und er hat sein Ziel mit Bravour erreicht: zahlreiche spätere Nobelpreisträger, wie auch Watson und Crick, haben dieses Buch als Inspiration genannt.

Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts sind eine Reihe derartiger Bücher erschienen, um einige Beispiele zu nennen: Jacques Monod (Zufall und Notwendigkeit), alle Bücher von Rupert Riedl, Karl Popper (The Self and It's Brain), Richard Dawkins, James Lovelock (Gaia), Stuart Kauffman (At home in the universe), Douglas Hofstatter (Gödl, Escher, Bach), Roger Penrose (Shadow of the Mind), und viele mehr.

Ich fürchte, wir haben diese Kunst herausragende Wissenschafter dazu zu bringen, Risiken einzugehen und Bücher zu schreiben, die eine Intellektuelle Breite über Kunst, Kultur und Philosophie ergreifen und sachlich weit über ihr enges Fachgebiet hinausgehen, weitgehend verloren. Aber genau diese Bücher waren es, die die nächsten Generationen inspiriert und motiviert haben.

Materialismus ohne Materie — die Cheshire Cat

 Was ist diese Materie von der wir immer sprechen.  Je mehr wir uns nähern desto mehr löst sie sich ins Abstrakte auf. 

The Cheshire Cat (Alice in Wonderland) as
Illustrator John Tenniel depicted it in 1865.

Die Materie verdunstet je genauer man hinsieht.

Verfolgen wir immer noch eine antiken, historischen Geist, den es seit mindestens einhundert Jahren nicht mehr gibt?

Was bedeutet dann Materialismus? Wie unterscheidet er sich vom Idealismus, wenn der Materie die Substanz abhanden gekommen ist?

Brian Arthur über Algorithmen und die Wandlung moderner Wissenschaft

Brian Arthur ist einer der Gründer des Santa Fe Institutes und beschäftigt sich in einem sehr interessanten aktuellen Artikel mit der Frage, wie Algorithmen die moderne Wissenschaft verändert haben. 

Eine kurze Zusammenfassung der Kern-Gedanken dieses Artikels:

Bis etwa ins Jahr 1600 war die dominierende Form »Wissenschaft« zu betreiben (der Begriff selbst ist schwierig, da er eigentlich erst später verwendet wird) die Geometrie. Für die Gelehrten des antiken Griechenland war Mathematik gleich Geometrie.

Ab ca. 1600 beginnt sich eine erste Transformation abzuzeichnen, von der Geometrie hin zur Algebra, wobei der persische Gelehrte Al Chwarizmi schon erste Formen algorithmischen Denkens beschreibt – daher geht das Wort Algorithmus auch auf seinen Namen zurück. 1591 führt der Mathematiker Francois Piète eine neue Form der symbolischen Beschreibung ein und wird in den 1630er Jahren von Fermat und Descartes aufgegriffen und weiter entwickelt. 

Algebra ist abstrakt geworden. 

Ab etwa den 1720er Jahren wird es üblich sich algebraisch auszudrücken und die Algebra wird die Sprache der Mathematik.

Im Jahr 1786 schreibt Immanuel Kant: »Das Kriterium der wahren Wissenschaft liegt im Bezug zur Mathematik« (er meint algebraische Mathematik).

Beispiel einer Gen-Expression

Die Biologie allerdings, die sich immer schneller zu entwickeln beginnt, passt nicht recht in dieses algebraische Schema. Sie beschäftigt sich mit Fragen wie Evolution, Embryologie, Proteinen, Epigenetik; alles Aspekte, die sich getrieben sind von Ereignissen und als Prozesse zu verstehen sind.

So richtig hebt das Thema der Algorithmik dann ab den 1930er Jahren ab. Computer werden wichtiger – wobei man unter Computern in dieser Zeit zumeist Frauen verstanden hat, die händisch umfangreichere Berechnungen, oft in größeren Gruppen, durchgeführt haben. 

Wesentliche Namen dieser Entwicklung sind: John von Neumann, Alan Turing, Claude Shannon und viele andere.

Es gibt nun nach Arthur zwei Ausdrucksweisen oder Moden für Systeme, die sich über die Zeit entwickeln:

1. eine Gleichungs-basierte oder analytische, in diesem Fall ergibt sich der nächste Schritt nur von meiner aktuellen Position.

2. eine algorithmische: hier trifft zu was unter (1) gesagt wurde aber zusätzlich können größere Kontexte die Entwicklung beeinflussen.

An dieser Stelle wird auch ein Bezug zwischen Algorithmen und Intelligenz hergestellt, jedenfalls einer biologischen Definition von Intelligenz die darauf hinausläuft, dass darunter die Fähigkeit eines Organismus die eigene Situation zu erkennen und darauf zu reagieren zu verstehen sei. (Leider gibt es für diese Definition keine Referenz.)

Zusammengefasst stellt Arthur fest, dass die natürliche Sprache der Biologie die Algorithmik ist.

Ein zweiter wesentlicher Aspekt wird entwickelt: Die Art und Weise, wie wir Systeme beschreiben (also z.B. geometrisch, algebraisch, algorithmisch) beeinflusst unser Verständnis des Systems sowie auch auf welche spezifischen Aspekte des Systems wir uns fokussieren. 

Algebraischen Gleichungen verhandeln im wesentlichen Größen (Geschwindigkeit, Menge, Masse, usw.). Diese Quantitäten bilden Hauptworte. Daraus folgt nach Arthur, dass eine Wissenschaft die sich der Algebra bedient sich auf Hauptworte fokussiert. Als Beispiel nennt er die Ökonomie, und den daraus folgenden verzerrenden Effekt der verwendeten Mathematik: Wirtschaftswissenschaften sind seiner Ansicht nach hervorragend darin mit Fragen der Zuordnung umzugehen etwa Mengen, Preisen. Sie hat aber wenig zu Themen der Formation zu sagen, etwa: wie Wirtschaft überhaupt entsteht, wie es zu Innovation kommt, wie sich Strukturen bilden.

Algorithmische Systeme können ebenfalls mit Hauptworten umgehen aber ebenso mit Verben, also Prozessen oder Ereignissen. Er folgert daraus, dass wir Wissenschaften in »Hauptwort-basierte« (Physik des 19. Jahrhunderts, Chemie, Standard Ökonomie) und »Verb-basierte« (Biologie, Genetik, Informatik) einteilen können.

Das Ende der Theorie! Daten, Daten, Daten...

“Big Data”, "Künstliche Intelligenz", "Machine/Deep Learning" sind Schlagworte, die das Labors der Informatiker verlassen und im Begriffschatz vieler Menschen angekommen sind. Der “Daten-Wissenschafter” Seth Stephens-Davidowitz nennt vier wesentliche Charakteristika: (1) wir haben völlig neue “Arten” von Daten zur Verfügung als in früherer Zeit (in erster Linie durch die Digitalisierung aller Lebensbereiche) und, man muss ergänzen, neue Methoden der Analyse (2) Viele dieser Daten sind "ehrlicher" als Informationen, die wir aus Umfragen erfassen. Sie stammen aus den tatsächlichen Handlungen der Menschen, nicht was sie behaupten zu tun oder sich glauben erinnern zu können, was sie getan haben. (3) Die Daten sind häufig viel fein-granularer. Wir können viel kleinere Gruppen oder gar Individuen betrachten, nicht nur grobe statistische Mittelwerte. Nicht zuletzt (4) einer der mächtigsten Aspekte: die neue Technik erlaubt es in vielen Bereichen ständig Experimente mit uns allen zu machen. 

Ein paar Beispiele: Wer antwortet auf die Frage, ob er bei Tests an der Uni geschummelt hat ehrlich? Oder: Wie oft wir Sex haben? Ob wir homosexuell sind oder eine andere (vielleicht als "extrem" wahrgenommene) sexuelle Neigung haben? Sind wir gar Rassisten oder haben extreme politische Positionen? Was haben wir im letzten Monat gegessen und wie viel Alkohol haben wir getrunken?

Antworten auf solche (Um)fragen sind in der Regel nicht sehr viel wert. Einerseits wollen wir sozial angepasst wirken und uns in einem guten Licht darstellen. Wir lügen uns sogar selbst an, um vor uns selber besser dazustehen. Aber selbst wenn wir die Wahrheit sagen wollten, kann sich niemand zuverlässig daran erinnern, was er in der letzten Woche tatsächlich gegessen oder getrunken hat. Die Folge ist, dass die Zahlen, wie viel heterosexuelle Sex Männer und Frauen haben nicht zusammenpassen, dass mehr als 50% der Menschen sich für überdurchschnittliche Autofahrer, Lehrer, Programmierer usw. halten und dass die Aussagen des Alkoholkonsums nicht mit dem Verkauf zusammenpasst. Was wir wir sagen, denken, glauben hat oft nicht viel mit dem zu tun wie wir tatsächlich handeln.

Auf politischer und wirtschaftlicher Ebene sind Fragestellungen ähnlich: wirkt eine Werbekampagne? Hat eine politische oder steuerliche Maßnahme tatsächlich die gewünschten Effekte? Nutzen die Menschen unser Produkt tatsächlich? Welche Funktionen? Droht eine Epidemie? Gibt es den Klimawandel? Ist das neue Web-Design leichter zu verwenden als das alte? All dies sind Fragen, die man mit Umfragen und anderen Methoden nur sehr schwer beurteilen kann. Auch Experteneinschätzungen sind häufig sehr fehlerhaft. 

“Big Data” erlaubt uns solche Fragen mit wesentlich größerer Zuverlässigkeit zu beantworten. “Big Data” war notwendig um die enormen Datenmengen für Klimamodelle zu handhaben und “Big Data” kann verwendet werden um zu analysieren ob eine Epidemie droht oder ob und wo es soziale Probleme gibt. Steigen etwa psychische Probleme und fürchtet man entsprechend einen Anstieg von Selbstmorden? Man könnte gezielt mit Maßnahmen dagegen steuern. Auch für uns individuell kann “Big Data” Vorteile bringen. Denken wir etwa an die Vergleichsplattformen für Produkte, Dienstleistungen oder Reisen.

"Big Data” bietet enorme Chancen unser Verhalten oder die Situation unserer Umwelt wesentlich besser einschätzen zu können. Eine bessere Politik wäre möglich, wo Maßnahmen konkreter geprüft werden können. Aus wissenschaftlicher Sicht geht Seth Stephens-Davidowitz so weit zu behaupten, dass die Soziologie nun endlich zur “harten” Wissenschaft wird. Aber nicht nur die Soziologie wird sich verändern. Wir werden neben "intelligenten" Geräten und wesentlich besseren Modellen vermutlich ein mehr an Individualisierung sehen, etwa Medizin, die sich nicht nach dem "Durchschnitt" sondern an unserer persönlichen Biologie orientiert. 

Aber es gibt auch eine andere Seite: Internet-Dienste schalten ständig neue Versionen ihrer Webseiten für kleine Nutzergruppen frei und testen ob etwa Werbung häufiger geklickt wird, oder ob die Seite besser nutzbar ist. Casinos versuchen ihren Gewinn zu optimieren, soziale Netzwerke unsere psychologische Schwäche so weit wie möglich auszureizen um uns online zu halten und möglichst viel Werbung zu klicken. (Extreme) politische Gruppierunge nutzen dieselben Mechanismen. Die Schwächsten unter uns werden dabei überproportional ausgenutzt. 

Es ist auch interessant zu beobachten, mit welcher nonchalance Datenwissenschafter Daten von Google, Facebook usw. nutzen um uns soziologisch zu untersuchen. Privatsphäre ist eine Idee der Vergangenheit geworden. Wenn wir etwas in das Suchfeld eintippen, dann weil wir etwas suchen, nicht weil wir an einem Experiment teilnehmen wollen. Kein Google- oder Facebook-Nutzer hat zugestimmt, Teil eines soziologischen Experiments zu werden, oder zur ökonomischen Optimierung eines Konzerns zu dienen. 

Nicht zuletzt dürfen wir auch einen wisseschaftstheoretischen Aspekt (erinnern wir uns an den ersten Teil zurück) nicht vergessen. “Das Ende der Theorie” ist ausgerufen. Big Data macht Prognosen, die Algorithmen benötigen keine Theorie mehr. Aber stimmen die Prognosen auch? Ohne Theorie ist dies noch schwerer zu beurteilen. Wie kommt der Algorithmus zu einer Entscheidung? Wir wissen es oft nicht. Wir wissen aber, dass diese Prognosen häufiger als wir das gerne hätten falsch sind. Wenn sie demnächst keinen Mobiltelefonvertrag oder Kredit mehr bekommen und nicht einmal der Bankangestellte ihnen erklären kann warum, dann hat "Big Data" zugeschlagen. Wenn vielleicht die Polizei oder die Steuer sie kontrolliert, und der zuständige Beamte nicht weiß warum, dann vielleicht weil "Big Data” sie für verdächtig hält und den entsprechenden Auftrag gegeben hat. Vielleicht zu recht, vielleicht aber auch nicht.

Seth Stephens-Davidowitz, everybody lies. What the Internet Can Tell Us About Who We Really Are, Bloomsbury UK (2018)

Physik – die "einfachere" Biologie?

Alles ist Physik?

Es herrscht heute häufig die Ansicht vor, die Physik wäre der Gold-Standard in der Wissenschaft. Pointiert formuliert wird Physik gerne als die Basis aller anderen Wissenschaften gesehen.  Dies trifft vorzugsweise natürlich für die Naturwissenschaften zu, teilweise wird sie aber auch als Modell für die Geisteswissenschaften gefordert, denen es nach manchen Kritikern an Schärfe fehlt. Alle Wissenschaften wären, dieser Logik folgend, von der Physik abgeleitete Wissenschaften. (Etwas spezifischer vielleicht von der Physik abgeleitet und wenn möglich in der Sprache der Mathematik ausgedrückt.) Chemie wäre nach diesem Bild Physik an Molekülen – alle Eigenschaften chemischer Substanzen und Reaktionen ließen sich aus fundamentalen physikalischen Prinzipien ableiten. Biologie ist Chemie und Physik mit Tieren und Pflanzen, Medizin ist Physik, Chemie und Biologie am Menschen, usw. 

Dieses Bild ist allerdings angreifbar. Zwar stimmt es, dass es keine Biologie oder Medizin gibt, die chemischen oder physikalischen Prinzipien widerspricht, der Umkehrschluss ist allerdings gewagt: nur weil sich Biologie in den Grenzen der Physik abspielt, bedeutet dies noch nicht (zwangsläufig), dass sich alle biologischen Prinzipien aus physikalischen heraus ableiten lassen. Auch die Praxis zeigt bisher die Grenzen sehr deutlich: Selbst in der Chemie (die der Physik sicherlich wesentlich näher steht als die Biologie) ist es bisher nicht gelungen, die Eigenschaften komplizierterer Moleküle und deren Reaktionen aus rein physikalischen Prinzipien heraus vorherzusagen.  

Um dies noch an einem weiteren Beispiel deutlich zu machen: Jedes (gedruckte) Buch ist durch die Eigenschaften des Mediums Buch begrenzt: es kann nur aus Text und Abbildungen bestehen, hat eine definierte Länge, eine linare, unveränderliche Struktur usw. Diesen Bedingungen muss sich jedes Werk unterwerfen. Daraus folgt jedoch nicht, dass ich jedes zukünftig erscheinende Buch aus diesen Grundprinzipien vorhersagen oder ableiten könnte. Das Medium mag begrenzt sein, erlaubt aber in der Begrenzung eine enorme Zahl an Möglichkeiten, in denen sich Autoren bewegen können. Ähnlich könnte man auch das Zusammenspiel von Physik, Biologie und Chemie sehen.

Oder andersrum: Physik ist die einfachere Biologie?

Interessant ist allerdings die Idee, den Gedanken umzudrehen: Nicht die Biologie ist eine komplexere Version der Physik, sondern vielmehr wäre die Physik ist eine einfachere (reduzierte) Form der Biologie (das Prinzip lässt sich auf alle “abgeleiteten” Wissenschaften denken)!

Auch historisch gesehen ist dies eigentlich naheliegend. Schon in der Antike haben sich die Menschen mit den komplexen Phänomenen beschäftigt: Medizin, Astronomie, Philosophie. Die damaligen Erkenntnisse haben in den meisten Fällen die Prüfung der Zeit nicht überstanden. Erst im 18., 19. und 20. Jahrhundert haben wir die fundamentaleren Prinzipien der Physik begonnen zu verstehen. Vielleicht war es eben die Ausprägung der Physik und Chemie nach der Neuzeit – und hier eigentlich das Programm des Materialismus und v.a. des Reduktionismus –, die den Weg geebnet hat.

Reduktionismus bedeutet ja, verkürzt gesagt, nichts anderes, als zu versuchen, komplexe Zusammenhänge so klein zu schneiden, bis die verbliebenen Teilprobleme vielleicht noch recht kompliziert, aber eben nicht mehr komplex sind. Voilá: die Physik ist geboren als Wissenschaft der fundamentalen Prinzipien, die gerade noch kompliziert aber gerade nicht mehr komplex sind.

Komplex oder kompliziert?

Im alltäglichen Sprachgebrauch wird gerne übersehen, dass “komplex" und “kompliziert” zwei fundamental unterschiedliche Konzepte sind. Um dies an einem Beispiel zu erläutern: eine mechanische Uhr mag äußerst kompliziert sein, komplex aber ist sie nicht. Ein Ökosystem, die Weltwirtschaft (zumal unsere hoch-vernetzte und wenig regulierte Wirtschaft) sind hochkomplexe Systeme. 

Kompliziert ist ein Begriff, der andeutet, dass man bestimmte Kompetenzen benötigt um das entsprechende System oder Ding zu verstehen. Komplizierte (aber nicht komplexe) Systeme überraschen aber nicht sondern sind – sofern man sie verstanden hat – in ihrem Verhalten klar zu beschreiben, zu verstehen und vorherzusagen.

Komplexe Systeme hingegen können sogar aus sehr einfach zu verstehenden Teilen bestehen, die aber über verschiedenste Rückkopplungen und Interaktionen zwischen eben diesen Teilen verfügen. Aus diesen Interaktionen kann komplexes Verhalten entstehen, das selbst Experten immer wieder zu überraschen vermag. Das zeitlich/dynamische Verhalten von komplizierten und komplexen Verhalten ist daher sehr unterschiedlich. Vergleichen wir die Flugbahn einer Marssonde mit einem Schachspiel. Ersteres ist sehr kompliziert zu berechnen, stellt aber für Experten heutzutage kein Problem mehr dar. Die Flugbahn ist durch Gleichungen beschreibbar und – sofern man keinen Fehler bei der Rechnung macht – präzise vorhersagbar / bestimmbar. Das Schachspiel hingegen basiert auf einfach zu verstehenden Regeln (die selbst Anfängern leichter zu erklären sind als die Prinzipien von Raumsondenflugbahnen), dennoch kann sich sehr komplexes Verhalten und Variabilität im Spiel ergeben. Viele verschiedene Figuren interagieren jeweils nach einfachen Regeln und dennoch entsteht daraus komplexes, schwer vorherzusagendes Verhalten.

Aus den aktuellen Flugdaten einer Marssonde kann ein Experte mit hoher Präzision die Flugbahn vorhersagen. Aus einer (einigermaßen ausgeglichenen) Schachposition hingegen ist es kaum möglich den weiteren Verlauf auf mehrere Züge hinweg vorherzusagen. Natürlich gibt es auch Systeme die sowohl komplex als auch kompliziert sind (dies trifft auf die meisten Wissenschaften zu; denken wir an die Medizin oder die Klimaforschung).

Physik ist einfach!

Kommen wir damit zurück zur Wissenschaft: Physik ist im Grunde genommen schon per Definition “einfach”. “Einfach” im Sinne von “nicht-komplex”, denn sehr kompliziert kann sie durchaus sein!  Die Erfolgsgeschichte liegt gerade darin nicht zu versuchen komplexe Systeme “ad hoc” zu erklären, sondern diese in immer kleinere (und weniger komplexe) Systeme zu zerlegen, diese zu verstehen und elementare Prinzipien abzuleiten, die wir auch Naturgesetze nennen. Anders gesagt: was nicht auf “einfache” und elementare Prinzipien zurückzustutzen ist, ist definitionsgemäß keine Physik mehr. Sobald es komplex wird, sprechen wir von Astronomie, Astrophysik oder Kosmologie; der Biologie, Medizin, Soziologie und Psychologie. 

Ist dies ein Vorwurf an die Physik? Natürlich nicht! Diese Trennung in fundamentale (“einfache” / nicht komplexe) Prinzipien und Phänomene, die zwar auf diesen einfachen Prinzipien beruhen aber komplexes Verhalten zeigen, hat sich wissenschaftshistorisch sehr bewährt. Ist man gewillt diesem Gedanken zu folgen, wird es aber schwierig, die Standards die sich in der Physik bewähren, auch auf die komplexeren Wissenschaften anzuwenden. Die eigentliche Frage, die nun im Raum steht, ist nicht mehr wie wir Biologie und Soziologie von den Prinzipien stärker an die Physik anlehnen, sondern wie es gelingen kann, in den komplexen Fächern hohe Standards zu gewährleisten, gerade weil sie nicht wie die Physik funktionieren. Und hohe Standards sind unbedingt notwendig, weil gerade Aussagen über Systeme großer Komplexität nicht einfach zu beurteilen sind. Entsprechend viele falsche, irreführende, unscharfe und auch unsinnige Ideen und Theorien findet man dann natürlich auch in diesen komplexen Disziplinen vor.

Nobelpreis(träger) auf Abwegen?

Frauen im Schatten des Nobelpreises

Der Nobelpreis für die Strukturaufklärung der DNS wird im Jahr 1962 an James Watson, Francis Crick und Maurice Wilkins verliehen. Rosalind Franklin, die wesentliche Beiträge zu dieser Erkenntnis geleistet hatte, stirbt aber bereits 1958 im Alter von nur 37 Jahren. Sie erlebt die Verleihung dieses Nobelpreises nicht mehr. Viele Wissenschafter sind der Ansicht, dass ihre Leistung nicht angemessen gewürdigt wurde. 50 Jahre nach der Verleihung sind die Nobel-Archive dieser Zeit geöffnet, und so wissen wir heute, dass Franklin auch nie für den Nobelpreis nominiert war. Sie ist damit nicht die einzige, die trotz vergleichbarer Leistung keinen Nobelpreis erhalten hat. Neben Franklin werden auch Wissenschafterinnen wie Lise Meitner oder Jocelyn Bell genannt.

Besonders in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts standen viele begabte Wissenschafterinnen im Schatten männlicher Kollegen. Bei Lise Meitner war dieser "männliche Schatten" Otto Hahn. 1944 wurde ihm der Nobelpreis in Chemie für die "Entdeckung der Atomspaltung schwerer Kerne" verliehen. Ohne Zweifel hat Hahn diesen Preis verdient — aber mit derselben Berechtigung wäre er auch Lise Meitner zugestanden. Diese Entscheidung war umso unverständlicher, als Hahn als Einzelner den Preis erhalten hatte, während sich in den meisten anderen Jahren zwei oder drei Wissenschafter den Preis teilten. Es wäre also ohne weiteres "Platz" für Lise Meitner gewesen.

An sich ist es nicht überraschend, dass bei Preisverleihungen Fehler gemacht werden, und so ist die Liste herausragender Wissenschafter, die keinen Nobelpreis erhalten haben lang. Man könnte neben Rosalind Franklin, Lise Meitner und Jocelyn Bell auch Wissenschafter wie Edwin Hubble, Dmitri Mendelejew, Nikola Tesla oder Oswald Avery nennen. Nicht zuletzt werden nicht nur einzelne Personen ausgeschlossen, sondern man darf auch nicht vergessen, dass der Nobelpreis nur in den Fächern Physik, Chemie, Physiologie/Medizin und Wirtschaft verliehen wird. (Der Literatur und Friedenspreis sind aus anderen Gründen umstritten, und sollen hier keine Erwähnung finden, da hier nur Wissenschaften thematisiert werden soll. Ob Wirtschaftswissenschaften die gleiche Anerkennung erfahren sollten wie die genannten Naturwissenschaften wäre auch eine interessante Frage — besonders wenn man an das monumentale Versagen "großer" Wirtschaftstheorien denkt.) Damit bleiben alle anderen nicht genannten Wissenschaftszweige (etwa alle Geisteswissenschaften) unerwähnt.

Aber auch der gegenteilige Fall ist nicht selten zu beobachten: So mancher Nobelpreisträger macht dem Preis keine Ehre und richtet unter Umständen durch seine Aussagen einigen Schaden an (wir kommen noch auf Beispiele zurück).

Der Nobelpreis in der öffentlichen Wahrnehmung

All dies wäre kaum der Rede wert, hätte der Nobelpreis und seine Preisträger nicht eine solche Öffentlichkeitswirksamkeit. Der Nobelpreis ist vermutlich der einzige Wissenschaftspreis, der in der allgemeinen Öffentlichkeit wahrgenommen wird. Die jährliche Verlautbarung der Preisträger ist ein (gut inszeniertes) internationales Medienereignis. Die Preisträger genießen eine Öffentlichkeit, wie sie Wissenschaftern sonst eher fremd ist. Die Rolle des Nobelpreises und dessen Preisträger in der öffentlichen Wahrnehmung ist daher durchaus Wert hinterfragt zu werden.

Diese öffentliche Wahrnehmung hat durchaus positive Seiten: wenigstens einmal im Jahr macht Wissenschaft auch in den "normalen" Medien Schlagzeilen und nicht nur in Fachmagazinen. Wissenschaft (und hier noch dazu Grundlagenforschung) wird dargestellt und diskutiert. Nobelpreisträger haben so heute eine Aura vergleichbar der romantischen Vorstellung alter weiser Männer der Antike. Die Preisträger werden — der modernen Medienlogik folgend — oft als Autoritäten dargestellt, deren Aussagen zu fast allen Themen Relevanz hätten.

Nicht nur zeigt die Praxis, dass so manchem diese Schuhe viel zu groß sind, es wird auch in der Öffentlichkeit gerade der falsche Schluss gezogen: Wir lernen nicht, dass Wissenschaft eine harte Auseinandersetzung ist, wo Argumente gegeneinander antreten; wo nicht derjenige Recht hat, der älter ist oder in höherer Position steht, sondern derjenige, dessen Thesen besser sind und dessen Argumente die harte Prüfung der anderen Kollegen bestehen. So haben sich auch Watson und Crick (als "Underdogs") mit ihrem Modell gegen den wesentlich bekannteren Linus Pauling durchgesetzt. Autorität spielt in der Wissenschaft keine Rolle. (Oder sollte jedenfalls keine Rolle spielen. Natürlich gibt es immer wieder "Ausrutscher", aber diese werden mit der Zeit korrigiert). Die Art und Weise, wie Nobelpreisträger dargestellt werden — als Autoritäten und Genies auf einem Podest — führt zu einer  verzerrten Darstellung, was Wissenschaft bedeutet.

Nobelpreisträger auf Abwegen

Man braucht nicht sehr lange zu suchen, um eine Vielzahl an Nobelpreisträgern zu finden, die vielleicht in ihrem sehr engen Fachbereich nennenswerte Leistungen erbracht haben, ansonsten aber menschlich oder fachlich alles andere als vorzeigbar sind.

Denken wir beispielsweise an Johannes Stark (Physik, 1919) und Philipp Lenard (Physik, 1905), die gegen Einsteins und Heisenbergs angeblich "jüdische Physik" agitiert haben. Fritz Haber (Chemie, 1918) gilt als Vater des Einsatz von Giftgas (Phosgen, Chlor) im ersten Weltkrieg. Dies hatte für ihn auch persönlich tragische Folgen. Seine Frau versuchte vergeblich ihn umzustimmen und beginn schliesslich mit seiner Dienstwaffe Selbstmord.

James Watson ist nicht nur für seine umstrittenen Aussagen zu Rosalind Franklin bekannt, sondern musste 2007 sogar als Vorsitzender des Cold Spring Labors zurücktreten. Er wurde zuvor in den Medien mit der Aussagen zitiert, er sähe keine gute Zukunft für Afrika, denn alle unsere sozialen Aktivitäten gingen davon aus, dass deren Intelligenz der unseren entspricht – wenn Tests dem aber widersprechen. (In späteren Interviews gibt er an, sich an diese Aussagen nicht mehr erinnern zu können.)

Bei anderen wieder scheint der Nobelpreis zu einem Endpunkt der (ernsthaften) wissenschaftlichen Karriere zu werden. Linus Pauling (Chemie, 1954; Frieden, 1962), einer der bedeutendsten Chemiker des 20. Jahrhunderts, verirrt sich in späten Jahren in fragwürdige Thesen über medizinische Effekte von hohen Dosen an Vitamin C. Luc Montagnier (Medizin, 2008), einer der Entdecker des AIDS-Virus fällt in den letzten Jahren unter anderem durch Publikationen mangelnder Ernsthaftigkeit auf. So versucht er in einem Artikel die Wirksamkeit der Homöopathie darzustellen. Die dem Artikel zugrundeliegenden Experimente sind aber von so fragwürdiger Qualität, dass Montagnier von seinen Fachkollegen kaum mehr ernst genommen wird.

Brian Josephson (Physik, 1973) schwadroniert über Telepathie und William Shockley (Physik, 1956), der Erfinder des Transistors, macht durch Aussagen zur Eugenik wenig schmeichelhaft auf sich aufmerksam.

Kary Mullis (Chemie, 1993) ist ein besonders "bemerkenswerter" Fall. Er ist der Erfinder der Polymerase-Kettenreaktion, einer der wichtigsten methodischen Grundlagen moderner genetischer Forschung. In den letzten Jahren erklärt er, dass er an Astrologie glaube, aber AIDS und HIV nichts miteinander zu tun hätten. Auch den Klimawandel hält er für einen Irrtum:

"And these include the belief that AIDS is caused by human immunodeficiency virus, the belief that fossil fuel emissions are causing global warming, and the belief that the release of chlorofluorocarbons into the atmosphere has created a hole in the ozone layer.", Kary Mullis, Dancing Naked in the Mind Field, Vintage; Reprint edition (January 4, 2000)

Es wäre für alle Beteiligten besser gewesen, Mullis wäre schweigsam (meinetwegen auch nackt) durch  die Felder getanzt.

Jenseits der Autoritäten?

Es ist bedauerlich, wenn ein Wissenschafter seine intellektuelle Schärfe verliert. Noch schlimmer aber ist es, wenn wir derartige Aussagen nicht hinreichend hinterfragen, nur weil sie von einem Nobelpreisträgern (oder einer anderen Autoritäten) stammen. Das Leugnen von AIDS durch den früheren südafrikanischen Präsidenten Mbeki hat nach einer Harvard Studie mehr als 300.000 Menschen das Leben gekostet und die AIDS Infektion von 35.000 Babies hätte vermieden werden können.

Soviel zur Harmlosigkeit verirrter Aussagen.

Wir verleihen Preise, um vergangene Leistungen von Wissenschaftern zu würdigen. Daran ist nichts auszusetzen. Aus der Leistung in der Vergangenheit darf aber nicht notwendigerweise auf besondere Kompetenzen in der Zukunft oder in anderen Themenbereichen geschlossen werden. Gerade in der Wissenschaft ist Erfolg sehr häufig mit starker Fokussierung auf einen sehr engen Fachbereich verbunden. Es gibt erfolgreiche Wissenschafter mit großer Allgemeinbildung, kulturellen Interessen und sportlichen Aktivitäten, aber auch solche, die sich über Jahre und Jahrzehnte geradezu autistisch auf ein Thema konzentriert haben und über einen entsprechend eingeschränkten Horizont verfügen. Auch derartige Persönlichkeiten erhalten (zu Recht) Nobelpreise, sollten aber besser nicht in Fragen jenseits ihrer Kern-Expertise ernst genommen werden.

Liste aller Artikel dieser Serie

James Watson – "Die Doppelhelix"

Im Jahr 1968 veröffentlicht James Watson sein Buch, "Die Doppelhelix". Er beschränkt sich in diesem Buch nicht auf die Beschreibung der wissenschaftlichen Fakten, die zur Entdeckung der DNS geführt haben, sondern – und das machte das Buch so populär – er beschreibt auch die Arbeit der beteiligten Wissenschafter in sehr lebendiger Weise. Viele seiner Zeitgenossen vertraten die Ansicht, dass die Darstellung nicht nur lebendig, sondern an einigen Stellen grob verzerrend sei. Wäre es nach Francis Crick gegangen, so hätte er sich nur auf die Beschreibung der wissenschaftlichen Seite beschränken sollen. Das Buch wäre mit Sicherheit nicht so kontroversiell ausgefallen, aber ein Bestseller wäre es auch nicht geworden. Was ist von dem Buch zu halten? Gehen wir zurück ins Jahr 1966:

Der zunächst kontaktierte Verleger Harvard University Press ist offenbar verunsichert über Watsons Darstellungen einiger Personen und sendet das Manuskript an Kollegen Watsons, unter anderem an Max Perutz, Francis Crick und Maurice Wilkins. Max Perutz ist nicht prinzipiell gegen die Veröffentlichung, verwehrt sich aber gegen die Darstellung von Rosalind Franklin und Lawrence Bragg. Francis Crick und Maurice Wilkins hingegen kritisieren dem Verlag gegenüber das Manuskript mit deutlichen Worten und empfehlen Harvard University Press dieses Buch nicht zu veröffentlichen.

Watson hat allerdings (als Nobelpreisträger) kein Problem einen anderen Verleger zu finden. "Die Doppelhelix" wird ein sehr großer Erfolg. Dies ist bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass sich Wissenschafts-Bücher, die eine recht komplexe Materie behandeln, in der Regel nicht sehr gut verkaufen. Was steckt nun hinter der Kritik an Watsons Buch? Gerade Wissenschafter neigen fallweise dazu, Sachverhalte in allen Details und möglichst präzise darlegen zu wollen, was der Popularisierung komplexer Themen nicht dient. Vereinfacht der Autor und schlägt eine lockere Sprache ein, ist das Ergebnis manchen Kollegen zu "unernst". War die Kritik der Kollegen also übertrieben? Waren sie einfach nur zu humorlos?

"Rechthaberische Narren"

Watson versucht das Zusammenspiel der Persönlichkeiten, die Konflikte, Freundschaften und auch "Mauscheleien" auf humorvolle Weise darzustellen. Dies ist dem Buch grundsätzlich zu Gute zu halten, denn es gelingt auch nicht-Wissenschafter für diese komplexe Materie zu interessieren. Zwischen humorvoller Betrachtung in flapsigem Stil und überheblicher Aburteilung anderer ist aber nur ein schmaler Grat und Watson gelingt dieser Balanceakt nicht immer. Die Überhöhung führt auch dazu, dass wichtige wissenschaftliche Prinzipien verzerrt dargestellt werden. Watson schreibt beispielsweise über die Rolle der DNS als Träger der genetischen Information:

"Natürlich gab es auch Wissenschafter, die das Beweismaterial, das für die DNS sprach, nicht für schlüssig hielten und lieber glaubten, die Gene seien Proteinmoleküle. Francis [Crick] kümmerte sich jedoch nicht weiter um diese Skeptiker. Viele von ihnen waren rechthaberische Narren, die mit unfehlbarer Sicherheit stets auf das falsche Pferd setzten. Überhaupt konnte man nicht erfolgreich Wissenschaft treiben, ohne sich darüber klar zu sein, daß die Wissenschaftler […] zu einem beträchtlichen Teil nicht nur engstirnig und langweilig, sondern auch einfach dumm sind."

Zugegeben, viele Menschen sind dumm, und auch unter Wissenschaftern findet man nicht nur Anwärter auf den Nobelpreis. Dennoch bin ich verlockt hier anzumerken, dass es im Nachhinein leicht ist, gescheit zu reden. Es stimmt, heute wissen wir, dass der Ansatz von Watson und Crick richtig war. Ende der 1940er Jahre und bis Mitte der 1950er Jahre war dies nicht so eindeutig. Es gab meines Wissens nach noch vergleichsweise wenig stichhaltige Daten, und beide Möglichkeiten waren noch im Spiel. Überhaupt gibt es in der Wissenschaft eigentlich nie "Beweise" sondern nur "Hinweise". (Es könnte sich hier allerdings auch um eine problematische Übersetzung in der deutschen Version handeln.) Beweise (proof) gibt es nur in der Mathematik. In den Naturwissenschaften und der Medizin spricht man von "evidence". Dieses Wort lässt sich leider nur schwer ins Deutsche übersetzen. Im Wörterbuches liest man "Hinweis", "Anzeichen", "Beleg" aber auch "Beweis". Die ersten Begriffe sind im deutschen zu schwach, "Beweis" ist hingegen zu stark.

Bleiben wir aber noch beim Zitat: In der Geschichte der Wissenschaft kommt es regelmässig vor, dass (junge) Wissenschafter neue Ideen haben, neue Theorien vorschlagen, oder Beobachtungen machen, die sie selbst für bahnbrechend halten. Eben diese Wissenschafter halten dann häufig auch ihre Kollegen für verbohrt, weil diese nicht die gleiche Begeisterung für ihre neuen Ideen aufbringen, sondern diese kritisch hinterfragen. Aber gerade dieses kritische Hinterfragen (und das sollte auch Watson wissen) ist der entscheidende Unterschied zwischen Wissenschaft und Esoterik.

Der Wissenschaft wäre in keiner Weise gedient, würde jede neue Idee Begeisterungstürme auslösen. Ganz im Gegenteil: In der Esoterik folgt eine Guru, der behauptet die Erklärung der Welt gefunden zu haben, in Wahrheit aber nichts vernünftiges beigetragen hat, dem nächsten. Die (sehr!) kritische Reflexion neuer Ideen aber ist der Weg, der zu neuem Wissen führt. Denn was "Guru-Watson" verschweigt ist, dass die allermeisten neuen "genialen" Einfälle sich als falsch herausstellen. Sie sind nach kurzer Zeit aus dem wissenschaftlichen Diskurs verschwunden und wieder vergessen. Davon erfährt man natürlich in der Öffentlichkeit wenig. Man liest nur von den wenigen Fällen (wie der DNS, Watson und Crick) wo die "Jungen" in spektakulärer Weise recht hatten. So hat Watson selbst von der mühsamen Prüfung seiner Ideen durch viele andere (langweilige) Wissenschafter profitiert. Einen Nobelpreis für den (von anderen) ungeprüften Vorschlag der DNS-Struktur hätte er mit Sicherheit nicht erhalten.

Rosalind Franklin

Besonders kritisiert wurde Watsons Buch aufgrund der Beschreibung von Rosalind Franklin. Im Buch ist zu lesen:

"Außerdem wurde es immer schwieriger, Maurice [Wilkins] von seiner Assistentin Rosalind Franklin abzulenken. Nicht etwa, daß er in Rosy – wie wir sie aus sicherer Entfernung nannten – verliebt gewesen wäre. Ganz im Gegenteil: fast von dem Augenblick an, wo sie in sein Labor kam, begannen die beiden sich gegenseitig zu ärgern. […] Ich nehme an, daß Maurice anfangs noch die Hoffnung hatte, Rosy werde sich beruhigen. Doch brauchte man sie nur anzusehen, um zu wissen, daß sie nicht leicht nachgeben würde. Sie tat ganz bewußt nichts, um ihre weiblichen Eigenschaften zu unterstreichen. Trotz ihrer scharfen Züge war sie nicht unattraktiv, und sie wäre sogar hinreißend gewesen, hätte sie nur das geringste Interesse für ihre Kleidung gezeigt. […] mit ihren einundreißig Jahren trug sie so phantasielose Kleider wie nur irgendein blaustrümpfiger englischer Teenager."

Hier dürfte die Grenze des guten Geschmackes und auch der humorvollen Betrachtung von Kollegen und Kolleginnen deutlich überschritten sein. Und es geht weiter:

"Eines war klar: Rosy mußte gehen, oder an ihren richtigen Platz verwiesen werden. Ersteres war natürlich vorzuziehen, denn angesicht ihrer kriegerischen Launen würde es für Maurice immer schwieriger werden, seine herrschende Position zu verteidigen, die alleine es ihm gestattete, ungehindert über die DNS nachzudenken."

Es ist ein interessantes Argument, dass Wilkins nicht ungestört nachdenken konnte und Franklin damit die Arbeit an der DNS behinderte hätte; vor allem wenn man bedenkt, dass erst die Röntgen-Aufnahme von Rosalind Franklin Watson und Crick die fehlenden Informationen lieferte, die sie für die Aufklärung der Struktur benötigten. Aber in Watsons Buch ist die Sache klar: Franklin stört, ist zickig und muss daher weg:

"Unglücklicherweise sah Maurice absolut keine Möglichkeit, Rosy auf anständige Weise hinauszuwerfen. Erstens hatte man ihr zu verstehen gegeben, daß sie nun für mehrere Jahre eine feste Stellung habe. Außerdem ließ sich nicht leugnen, daß sie ein kluger Kopf war."

In diesem Kapitel des Buches zeichnet Watson ein Bild von Franklin, das man, so denke ich, als peinlich bezeichnen muss – peinlich für Watson. Es entsteht für den Leser der Eindruck, Franklin wäre ein tollpatschiger Teenager gewesen, der zwar im Prinzip recht gescheit ist, aber doch nur zwischen den Füßen der Erwachsenen herumläuft und alle beim Vorankommen hindert:

"Das alles war höchst verwirrend für Maurice. […] Das Gespann Linus [Pauling] und Francis [Crick], deren Atem er im Nacken spürte, lies ihn nicht in Ruhe schlafen. […] Das eigentliche Problem war und blieb Rosy. So kam er von dem Gedanken nicht los, daß eine Frauenrechtlerin am besten im Labor eines anderen aufgehoben wäre."

Es ist zutreffend, dass es Konflikte zwischen Wilkins und Franklin gab, Konflikte, die an Schärfe zunahmen. Es dürfte ebenfalls zutreffen, dass Franklin ihren Beitrag zur Eskalation geleistet hatte. Dennoch kann man diese Art und Weise über Rosalind Franklin zu schreiben nicht akzeptieren. Selbst wenn es zutreffen sollte, dass Franklin ihre "weiblichen Eigenschaften" nicht unterstreichen wollte, so war dies alleine ihre Entscheidung und ging Watson nichts an. Ausserdem spielen Äußerlichkeiten, "weibliche Eigenschaften" und Kleidung keinerlei ernsthafte Rolle in diesem Konflikt oder in der wissenschaftlichen Arbeit an der DNS. Diese Stelle(n) in Watsons Buch sind paternalistisch, sexistisch und selbst vor dem Hintergrund der 1960er Jahren nicht akzeptabel.

Max Perutz Reaktion

Nach der Veröffentlichung fühlt sich auch Max Perutz unter Druck gesetzt, weil er den MRC-Bericht an Watson und Crick weitergegeben hatte. Diese Episode wird in verschiedenen Artikeln, unter anderem in Scientific American, diskutiert. Perutz fühlt sich verpflichtet seine Handlung zu verteidigen und schreibt Briefe an Science und Scientific American. Er stellt seine Sicht der Dinge klar: einerseits wäre der Bericht nicht vertraulich gewesen, andererseits hätte dieser keine Informationen enthalten, die Watson und Crick nicht ohnedies schon aus Seminaren oder persönlichen Gesprächen gekannt hätten. Er merkt weiters an, dass er zu dem Zeitpunkt noch unerfahren gewesen wäre und Randall hätte um Erlaubnis fragen müssen, betont aber, dass der Bericht nicht als vertraulich gekennzeichnet war. Science veröffentlicht 1969 Briefe von Perutz, Wilkins und Watson.

Watson und Crick haben ihr Modell auf experimentellen Grundlagen anderer aufgebaut. Ob deren Anteil hinreichend gewürdigt wurde, ist bis heute nicht ganz unumstritten.

Watson und Franklin

Es bleibt überraschend, dass trotz dieser Ansichten, die Watson in seinem 1968 erschienenen Buch über Franklin verbreitete, beide doch einen offenbar guten Kontakt miteinander hatten. So ist ein durchaus reger Briefwechsel bekannt, Franklin besucht Watson in den USA und Watson schreibt Franklin sofort einen Brief als er von ihrer Erkrankung erfährt.

Was Watson zu solchen Aussagen verleitet hat, bleibt für viele ein Rätsel. Vielleicht sind ihm, beim Wunsch locker und humorvoll zu schreiben, die Pferde durchgegangen. Bei einem Interview im Jahr 2012 will er von vielen dieser konfliktträchtigen Aussagen (auch seinen späteren als rassistisch interpretierten Zitaten) nichts mehr wissen.

Franklin hat die Veröffentlichung des Buches nicht mehr erlebt. Ihr Bruder aber war schockiert, als er dieses Buch zu Gesicht bekommen hatte.

Im Epilog (zumindest der späteren Auflagen; die Texte stammen aus meiner deutschen Ausgabe aus dem Jahr 1971) entschuldigt sich Watson über die Wortwahl und schreibt:

"1958 starb Rosalind Franklin im Alter von siebenunddreißig Jahren. Da sich meine ersten (in diesem Buch festgehaltenen) Eindrücke von ihr – sowohl in persönlicher als auch in wissenschaftlicher Hinsicht – weitgehend als falsch erwiesen haben, möchte ich hier etwas über ihre wissenschaftlichen Leistungen sagen […] "

In etwa zwei Absätzen würdigt er dann wesentliche wissenschaftliche Arbeiten von Franklin, und schreibt schließlich:

"[…] wir beide [Crick] lernten ihre persönliche Aufrichtigkeit und Großmütigkeit schätzen. Einige Jahre zu spät wurde uns bewußt, was für Kämpfe eine intelligente Frau zu bestehen hat, um von den Wissenschaftlern anerkannt zu werden, die in Frauen oft nur eine Ablenkung vom ernsthaften Denken sehen. Rosalinds Integrität und ihr vorbildlicher Mut wurden allen offenbar, die erlebten, wie sie, obwohl sie wußte, daß sie unheilbar krank war, niemals klagte und bis wenige Wochen vor ihrem Tod ihre Arbeit auf einem hohen Niveau fortsetzte."

Diese Entschuldigung ist anzuerkennen, wenngleich sich die Frage stellt, wann er zu dieser Erkenntnis gelangt ist, denn sein Buch wird ja erst Jahre nach Franklins Tod veröffentlicht. Es wäre wohl besser gewesen, diese Entschuldigung nicht im Epilog zu verstecken, sondern die entsprechenden Passagen im Hauptteil des Buch zu ändern. Denn abgesehen von einigen Passagen, wo es mit Watson durchgeht, ist das Buch selbst nach mehr als 40 Jahren noch frisch und lebendig und spannend zu lesen.

2012 erscheint eine Neuauflage dieses Werkes: The Annotated and Illustrated Double Helix.

Alle wörtlichen Zitate in diesem Artikel stammen aus der deutschen Auflage des Jahres 1971 der "Doppelhelix".

Liste aller Artikel dieser Serie

Weiterführende Literatur

• James D. Watson, Die Doppelhelix (1971)
• James D. Watson, The Annotated and Illustrated Double Helix (2012)
• Interview mit James Watson, Science Friday (November 2012)
• Brenda Maddox, Rosalind Franklin, The Dark Lady of DNA
• Georgina Ferry, Max Perutz and the Secret of Life

Die Struktur der DNS Teil 2: Das Modell

Francis Crick war sich über die Bedeutung der DNS schon früh im klaren. Zu Beginn der 50er Jahre arbeitete er aber noch an Proteinen und wagte sich noch nicht an die Untersuchung der DNS. Nach James Watsons Einschätzung, war die Arbeit an der DNS in dieser Zeit (in England) das "Privatvergnügen" von Maurice Wilkins am King's College. Dort herrschten aber erhebliche Konflikte zwischen Maurice Wilkins und Rosalind Franklin. Ein Konflikt, der für der Aufklärung der DNS mit Sicherheit nicht hilfreich war.

"Wissenschafts-Clowns" – Die ersten Schritte

Obwohl Crick noch nicht sonderlich daran interessiert war selbst an der DNS zu arbeiten, stellte er sich sehr wohl die Frage, wie Gene sich vervielfältigen können. Das Zusammentreffen mit Watson war vermutlich für Crick der Auslöser, sich näher mit der DNS zu beschäftigen. 1952 trafen Watson und Crick Erwin Chargaff, der ebenfalls intensiv an der DNS arbeitete. Chargaff war von diesem Treffen allerdings nicht sehr angetan. Er hielt Watson für linkisch, Crick für aalglatt. Sein Urteil über das Team war zu dem Zeitpunkt gefällt, als er feststellen musste, dass Crick die chemischen Unterschiede zwischen den vier DNS Basen nicht richtig erklären konnte. Er hielt die beiden für Marktschreier auf der Suche nach einer Helix. Watson schrieb in seinem populären Buch Die Doppelhelix:

"Chargaff, einer der bedeutendsten DNS-Experten, war zunächst gar nicht entzückt, dass zwei krasse Außenseiter das Rennen gewinnen wollten. Erst als John [Kendrew] ihn mit der Bemerkung beruhigte, ich sei kein typischer Amerikaner, ging ihm auf, daß er im Begriff war, einem Verrückten zuzuhören. […] Ihren Höhepunkt erreichte Chargaffs Verachtung, als er Francis das Geständnis entlockte, er könne sich an die chemischen Unterschiede zwischen den vier Basen [der DNS] nicht mehr erinnern."

In einem späteren Brief an John Kendrew fragte Chargaff, "was denn seine beiden wissenschaftlichen Clowns im Schilde führen". Er sollte mit seiner Einschätzung letztlich nicht recht behalten. Zwar dürfte es richtig gewesen sein, dass die Kenntnisse von Watson und Crick zu dieser Zeit noch (erhebliche) Lücken aufwiesen, aber beide hatten sowohl das Talent als auch den Antrieb diese zu schliessen. Das Zusammenspiel der beiden unterschiedlichen Persönlichkeiten dürfte einen wichtigen Beitrag in der konstruktiven Auseinandersetzung mit der komplexen Materie geleistet haben.

Modellbildung vs. Strukturaufklärung?

Indem sie frühzeitig versuchten Modelle zu bauen, schlugen die beiden einen anderen Weg ein als beispielsweise Rosalind Franklin. Sie war der Ansicht, dass die experimentellen Erkenntnisse (Röntgenaufnahmen) noch keine Strukturvorschläge zulassen würden. Sie kritisierte folglich auch die Vorgehensweise Watson und Cricks als vorschnell. Franklins Ansatz war es, zunächst zu soliden und besseren Messungen zu kommen und dann erst Strukturmodelle zu erarbeiten. Auch lehnte Franklin zu dieser Zeit (im Gegensatz zu Watson/Crick und Wilkins) die Idee einer Doppelhelix ab.

Watson hingegen sah sich selbst inspiriert von Linus Pauling, der kurz zuvor einen Strukturvorschlag (alpha-Helix) des Hämoglobins veröffentlicht hatte:

"Ich kam bald dahinter, dass Paulings Leistung ein Produkt des gesunden Menschenverstandes und nicht das Ergebnis komplizierter mathematischer Überlegungen war. Hier und da hatte sich eine Gleichung in seine Beweisführung verirrt, aber in den meisten Fällen hätten es Worte auch getan. Der Schlüssel zu Paulings Erfolg war sein Vertrauen auf die einfachen Gesetze der Strukturchemie. Die Alpha-Spiralle war nicht durch ewiges Anstarren von Röntgenaufnahmen gefunden worden. Der entscheidende Trick bestand vielmehr darin, sich zu fragen, welche Atome gern nebeneinander sitzen. Statt Bleistift und Papier war das wichtigste Werkzeug bei dieser Arbeit ein Satz von Molekülmodellen. […] Wir sahen also keinen Grund warum wir das DNS Problem nicht auf die gleiche Weise lösen sollten."

Letztlich ist das aber zu einfach gedacht. Alleine aus Modellierungs-Versuchen heraus lassen sich derartige Probleme natürlich nicht lösen. Denn auch Paulings Entwurf des Hämoglobins war zunächst eben nur ein Vorschlag, der erst durch Perutz' experimentelle Arbeit bestätigt wurde. Ein plausibel aussehendes "schönes" Modell ist völlig wertlos, wenn es nicht experimentell geprüft wird. In der Geschichte der Wissenschaft gab es viele "elegante", "schöne" Ideen, die sich als falsch herausgestellt haben. In der Praxis ist daher die Strukturaufklärung ein Wechselspiel zwischen experimentellen Daten und darauf folgenden Modell-Vorschlägen, die dann wieder mit (gegebenenfalls neuen) experimentellen Daten geprüft und in vielen Fällen verworfen werden. So wird sich zeigen, dass sowohl Watson/Crick als auch Franklin in ihren Ansätzen zunächst zu extrem waren. Watson und Crick wird der Durchbruch erst gelingen, als sie ihre Modellierung mit Kenntnissen, die von Franklins Experimenten stammen, ergänzen.

Der Rückschlag? Ein DNS-Modell von Linus Pauling

Aber greifen wir nicht zu weit vor. Der nächste (vermeintliche) Rückschlag für die beiden folgte im Jahr 1952: Peter Pauling (der Sohn Linus Paulings) kam nach Cambridge ins Peterhouse-College, um mit John Kendrew zusammenzuarbeiten. Sein Vater schlug ihm vor auch mit Crick Kontakt aufzunehmen. So war Peter Pauling des Öfteren zu Gast im Haus von Francis Crick und seiner Frau Odile. Eines Tages berichtete Peter Pauling von einem Brief seines Vaters, in dem dieser mitteilte, dass es ihm und seinem Mitarbeiter Corey gelungen wäre, die DNS zu "knacken".

Linus Pauling
[Wikimedia Commons]

Watson war am Boden zerstört. Crick fährt mit seiner Schwester auf Skiurlaub, in der Meinung, Linus Pauling hätte das Rennen gewonnen. Denn Pauling galt als einer der bedeutendsten Chemiker der Zeit und eine derartige Ankündigung musste man ernst nehmen.

Ende Jänner 1953 hatten Peter Pauling, Watson und Crick schliesslich einen Vorabdruck des wissenschaftlichen Artikels über Linus Paulings Strukturvorschlag in Händen. Watson erkannte sofort, dass auch dieses Modell nicht stimmen konnte. Es war dem ersten eigenen (falschen) Modell zu ähnlich. Dieses Modell überraschte Watson, denn einem Chemiker wie Pauling hätte auffallen müssen, dass die chemische Struktur, die eigentlich eine Säure sein sollte, eben keine war. Der Artikel machte auf Watson und Crick den Eindruck, als wäre er in aller Eile geschrieben worden und würde nicht die Sorgfalt aufweisen, die üblicherweise Paulings Arbeiten auszeichneten.

Beiden war klar, dass nach der offiziellen Publikation auch andere diese Probleme schnell bemerken würden und Pauling dann alles daransetzen würde, seinen Fehler zu korrigieren. Bis zur Publikation aber – rund zwei Monate später – hätten er und Crick einen Vorsprung um das eigene Modell zu verbessern, beziehungsweise an einem neuen Vorschlag zu arbeiten.

Aufnahme 51

Ein fehlender Baustein zum Verständnis der DNS wurde James Watson eher zufällig von Maurice Wilkins geliefert. Wilkins zeigte Watson die beste DNS-Aufnahme, die er im Labor am King's College zu Verfügung hatte: Aufnahme 51 von Rosalind Franklin. Franklin selbst wußte nicht, dass Wilkins diese Aufnahme Watson zeigte. Ob dies ein Vertrauensbruch oder einfach "normaler" wissenschaftlicher Gedankenaustausch war, ist heute nicht einfach zu beurteilen. Man muss auch bedenken, dass Wilkins offenbar nicht klar war, welche Bedeutung dieser Aufnahme beizumessen ist. Außerdem dürfte Wilkins nicht einmal gewusst haben, dass Watson und Crick nach wie vor an dem DNS-Modell arbeiteten. Watson hingegen verstand sofort, dass dies eine der entscheidenden Informationen war, die Crick und ihm noch gefehlt hatten: Die Doppelhelix ist geboren. Mit Watsons Worten:

"In dem Moment, in dem ich dieses Bild sah, stand ich da mit offenem Mund, und mein Herz begann zu rasen."

Wilkins gab das Foto allerdings nicht aus der Hand. So zeichnete Watson das Muster auf der Zugfahrt von London nach Cambridge aus dem Gedächtnis nach.

Nun ging es schnell voran und auch Bragg gab auf ihr Drängen nach, vermutlich in der Hoffnung Linus Pauling, seinen alten Rivalen, doch noch schlagen zu können. Watson und Crick hatten nun doch den Rückhalt des Cavendish-Labors. Sie bekamen weitere Details über die Arbeiten am King's College (auch von Rosalind Franklin) aus einem Evaluierungs-Bericht, den Max Perutz erhalten hatte. Auch hier ist umstritten, ob es sich um einen Vertrauensbruch gehandelt hatte. Max Perutz antwortete später in einem Artikel auf den Vorwurf, er hätte diesen Bericht nicht weitergeben dürfen, dass er noch jung und unerfahren gewesen wäre und mit solchen Dingen eher informell umging. Zudem wäre dieser Bericht nicht vertraulich gewesen.

Jedenfalls hielten Watson und Crick nun die notwendigen Informationen in den Händen. Dennoch folgten zunächst viele erfolglose Modell-Versuche. Beide waren ratlos.

Chargaffs Beobachtung...

Schwierigkeiten bereitete unter anderem eine chemische Besonderheit der DNS, die Chargaff gefunden hatte: Die Hasenpaare der DNS (Adenosin, Cytosin, Thymin und Guanin) kommen nämlich nicht in beliebiger Konzentration, sondern vielmehr in bestimmten Verhältnissen vor. Die Anzahl der Thymin-Moleküle ist immer gleich der Zahl der Adenin-Moleküle und die Zahl der Cytosin-Moleküle gleich der Zahl der Guanin-Moleküle. Dies war eine ungeheuer wichtige Beobachtung, wenngleich die konkrete Bedeutung zunächst nicht verstanden werden konnte.

… und Donohues Vorschlag

Der letzte und entscheidende Hinweis kam von einem Kollegen des eigenen Labors, Jerry Donohue, einem Chemiker. Die Basen der DNS können in zwei chemischen Formen vorkommen, in einer sogenannten Enol- sowie einer Keto-Form (siehe Abbildung). Donohue schlug vor, statt der Enol-Form, die Keto-Form der Basen zu verwenden. Watson war diese Idee nicht gekommen, weil in damals gängigen Lehrbüchern der Sachverhalt anders dargestellt wurde. Donohue meinte schlicht, dann wären eben die Bücher falsch.

Keto-Enol Tautomerie: Das Molekül kann
schnell zwischen diesen beiden Formen wechseln

Mit den richtigen chemischen Formen und den Erkenntnissen Chargaffs gelang Watson der Durchbruch. Denn die noch offene Frage war, wie die beiden Stränge der DNS miteinander verbunden wären. Watson hatte zunächst eine "Gleiches mit Gleichem" Theorie vorgeschlagen: So würde sich beispielsweise Guanin mit Guanin binden, Adenin mit Adenin usw. Diese Theorie wurde von Crick kritisiert, da sich damit weder kristallographische Daten korrekt wiedergeben ließen, noch eine Erklärung der Chargaffschen Regeln daraus folgen würden. Als sich Watson näher mit dem Vorschlag Donohues, die Keto-Formen der Basen zu verwenden, auseinandersetzte, machte er eine fundamentale Entdeckung:

"Plötzlich merkte ich, daß ein durch zwei Wasserstoffbindungen zusammengehaltenes Adenin-Thymin-Paar dieselbe Gestalt hatte wie ein Guanin-Cytosin-Paar […]"

Damit ließ sich die Verbindung zwischen den beiden Strängen der DNS kristallographisch korrekt darstellen. Wenn zur Bindung immer entweder ein Adenin-Thymin-Paar oder ein Guanin-Cytosin-Paar notwendig waren, so erklärt dies natürlich auch die experimentellen Daten Chargaffs.

Watson und Cricks DNS-Struktur-Modell
(C) Cold Spring Harbor Laboratory Library & Archives

Februar 1953: Am Ziel angelangt!

Der Legende nach, hat Crick am 28. Februar 1953 im Pub "The Eagle" verkündet, das Geheimnis des Lebens gefunden zu haben. Aus wissenschaftlicher Sicht bedeutsamer als die Verkündigung in einem britischen Pub war natürlich die Publikation in einem Fachjournal; nichts anderes zählt in der Wissenschaft um darzustellen, dass man als erster durchs Ziel gegangen ist. So senden Watson und Crick einen Artikel an Nature. Der nur eine Seite lange Artikel beginnt mit den Worten:

"Wir wollen eine Struktur für das Salz der Desoxyribonukleinsäure vorschlagen. Diese Struktur hat neuartige Eigenschaften, die von besonderem biologischen Interesse sind."

DNS-Doppelhelix
Phosphatrückgrat außen, gelb
Basenpaare:
Grün: Adenin
Violett: Thymin
Blau: Guanin
Orange: Cytosin
[Wikimedia Commons]

Sie schlagen in dem Artikel eine helikale Struktur aus zwei Strängen vor, die sich um dieselbe Achse "wickeln". Das Rückrat dieser Ketten wird von einer Phosphatdesoxyribose gebildet, einem Kette, die aus immer wiederkehrenden chemischen Elementen besteht. Spannend ist die Verbindung dieser beiden Ketten, die eben durch die genannten Basenpaare erfolgen (siehe Abbildung).

Berühmt ist auch der folgende Satz aus diesem Artikel:

"Es ist uns nicht entgangen, dass diese spezifische Art der Paarbildung, die wir vorgeschlagen haben, sofort einen möglichen Kopier-Mechanismus für das genetische Material nahelegt. (It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.)"

Mit britischem Understatement wird in diesem Artikel eine weitere Bombe gezündet. Was Watson und Crick andeuten ist ein entscheidender Durchbruch: Denn ihr Modell erklärt auch, wie genetische Information kopiert werden kann. Löst sich ein Strang der DNS ab, so kann dieser kopiert werden, indem die nun nicht gepaarten Basen sich ihre entsprechenden Partner aus der Umgebung "schnappen" und somit den zweiten Strang wieder aufbauen.

Das offensichtliche Problem war jedoch, dass die gesamte experimentelle Arbeit nicht von ihnen, sondern vielmehr am King's College (v.a. von Franklin) durchgeführt worden war, und sie diese Daten offiziell nie bekommen hatten. In diesem Artikel erwähnen Watson und Crick daher die Leistungen Donohues, sowie "unveröffentlichte experimentelle Ergebnisse und Ideen" von Wilkins, Franklin und deren Mitarbeitern. Auch erschien in derselben Ausgabe von Nature ein Artikel von Franklin und Gosling in der auch das Foto 51 gezeigt wird, sowie die Vermutung, dass die Aufnahme eine helikale Struktur nahelege. Für Leser blieb es aber verborgen, dass gerade diese Aufnahme von Watson und Crick verwendet wurde. Auch den Herausgebern von Nature war dieser Zusammenhang nicht klar, andernfalls hätten sie wohl auf eine deutliche Klarstellung bestanden. Auch Donohue meinte später, dass sein Beitrag nicht angemessen dargestellt worden wäre:

"Sehen wir es wie es ist, wenn der Zufall nicht dafür gesorgt hätte, dass Watson und Crick mit mir eine Büro geteilt haben, würden sie immer noch mit den Enol-Formen der Basen herumspielen."

Ob dies zutrifft oder nicht, ist im Nachhinein kaum zu beurteilen. Einerseits stimmt es, dass Watson und Crick Informationen von verschiedensten Seiten erhalten hatten. Andererseits hat Erfolg immer viele Väter und Mütter, und erzeugt Neid bei denjenigen, die am Ende nicht im Rampenlicht stehen.

Jahre der Prüfung

Apropos Rampenlicht: es wäre ein Irrtum anzunehmen, der heute legendäre Nature-Artikel des Jahren 1953 von Watson und Crick hätte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft wie eine Bombe eingeschlagen, und von heute auf morgen das Verständnis der DNS verändert. Derartige spontane Umbrüche widersprechen wissenschaftlichen Prinzipien und kommen daher auch nicht vor (auch wenn sie im Nachhinein gerne so dargestellt werden).

Vielmehr hatte es Jahre gedauert, bis die Bedeutung des Vorschlages anerkannt wurde. Das ist nicht unverständlich, sondern vielmehr gute wissenschaftliche Praxis. Einerseits gab es konkurrierende Modelle, etwa das Modell von Linus Pauling. Franklin hielt das Modell für einen Vorschlag, der erst gründlich geprüft werden müsse. Auch Chargaff blieb lange skeptisch und viele andere warteten nur auf den Zeitpunkt, wo sich dieses Modell (wie alle anderen zuvor) als Irrtum herausstellen würde.

Die Webseite des Kings College London schreibt über diese Zeit (und die Rolle von Maurice Wilkins):

"Dies war der Beginn von weiteren sieben Jahren Arbeit für Maurice Wilkins und seine Kollegen um Watson und Cricks hypothetisches Modell zu prüfen und zu verifizieren. Für diese Arbeit, sowie seine früheren Röntgendiffraktions-Studien wurde Wilkins gemeinsam mit Watson und Crick der Nobelpreis des Jahres 1962 verliehen."

Dies ist eine realistische Einschätzung des Sachverhaltes. Ein Modell vorzuschlagen ist eine Sache. Zu prüfen, ob es sich in der Realität bewährt dann weitere, oft jahrelange, mühsame Arbeit. Eine mühsame, aber mindestens ebenso bedeutende Arbeit, die einen Nobelpreis rechtfertigen kann; wenngleich eine, die oft im Schatten derjenigen steht, die die ursprüngliche Idee präsentieren.

In der Wissenschaft kommt es (entgegen der populären Darstellung) so gut wie nie vor, dass ein "Genie" einen bahnbrechenden Vorschlag unterbreitet und in kürzester Zeit diese Nachricht wie eine Lawine die Wissenschaft verändert. Gerade vermeintlich spektakuläre Vorschläge, wie das Modell von Watson und Crick, müssen besonders gründlich untersucht werden. Denn die meisten "völlig neuen und bahnbrechenden" Vorschläge erweisen sich als Irrtum. Erst eben diese Jahre der Prüfung machten das Modell "legendär" und stellten klar, dass es sich um die korrekte Darstellung der DNS-Struktur handelt.

Die Anerkennung für das Modell sowie die geleistete Arbeit erhalten Maurice Wilkins, James Watson und Francis Crick in Form des Nobelpreises des Jahres 1962.

Liste aller Artikel dieser Serie

Weiterführende Literatur

• James D. Watson, Die Doppelhelix (1971)
• Watson J.D. and Crick F.H.C., A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid, Nature 171, 737-738 (1953)
• The Discovery of the Molecular Structure of DNA - The Double Helix (Nobelprize.org)
• The Nobelprize in Physiology or Medicine 1962 (Nobelprize.org)
• Interview mit James Watson, Science Friday (November 2012)
• Brenda Maddox, Rosalind Franklin, The Dark Lady of DNA
• Andrew Brown, J D Bernal, The Sage of Science
• Georgina Ferry, Max Perutz and the Secret of Life
• History of LMB
• Krishna R. Dronamraju, Perspectives. Anecdotal, Historical and Critical Commentaries on Genetics; Edited by James F. Crow and William F. Dove. Erwin Schrödinger and the Origins of Molecular Biology