5. Über Information und Leben  Was ist Information überhaupt?  Dieses Wort drückt schon aus, was es bedeutet könnte: nämlich einen bestimmten Stoff in seine Form zu bringen bzw. wieder zurückbringen oder in einem Lebewesen Bewusstsein zu schaffen bzw. dessen Geist zu perzipieren.. Mit Information und Materie befasst sich nicht nur die Physik im allgemeinen, sondern auch die Biophysik im speziellen. Der Begriff Biophysik setzt sich zusammen aus den griechischen Begriffen βίος - bios, was „Leben“ bedeutet, und φυσική – physike, was „Natur“ heißt. Konventionelle Physiker verstehen unter Physik üblicherweise die „Lehre von der unbelebten Materie“ und traditionelle Biologen unter Biologie die „Lehre von der belebten Materie“. Es scheint daher, dass der Begriff „Biophysik“ zunächst einen Widerspruch in sich darstellt. Allerdings muss beachtet werden, dass die Zellen aller Lebewesen – ob Einzeller oder Mehrzeller - aus unbelebter Materie (Atomen, Molekülen und makromolekularen Verbänden) aufgebaut sind. Die Grundprozesse der Biologie müssen also auch den Gesetzen der Physik gehorchen. Dazu zählt man nicht nur die Gesetze der Thermodynamik des Gleichgewichtes, die das schon angeführte Prinzip der maximalen Entropie bzw. der Unordnung als Prinzip toter Systeme enthält, sondern auch die Gesetze der Thermodynamik offener, dissipativer  Systeme fern vom thermodynamischen Gleichgewicht, die auch lebende Prozesse erklären können und für deren Entdeckung im Jahre 1977 der Nobelpreis für Chemie an den belgische Physikochemiker Ilya Prigogine vergeben wurde. Begreift man außerdem die Physik im modernen Sinne als Wissenschaft von den Eigenschaften und dem Verhalten der Materie und der Felder (somit generell von Stoffen, egal ob klassisch oder quantisiert) in Raum und Zeit, so wird klar, dass auch alle biologischen Prozesse den Gesetzen einer systemisch orientierten klassischen Physik und Quantenphysik genügen müssen. Die Biophysik befasst sich daher mit den Zuständen und Zustandsänderungen des lebendigen Organismus, sei es bei Pflanzen, bei Tieren oder auch beim Menschen. Wenn wir bloß die Materie und ihre Felder betrachten, so müssen wir anerkennen, dass jede Materie und jedes zugehörige Feld – ob anorganisch oder organisch - aus so genannten Elementarteilchen wie Elektronen, Quarks und Photonen aufgebaut  ist. Diese Teilchen bilden schließlich Atome und Moleküle, zwischen denen elektromagnetische Feldquanten bzw. Photonen wechselwirken und die man für biologische Systeme auch „Biophotonen“ nennt. Da Materie bzw. Masse m und Energie E untrennbar verbunden sind, wie man Einsteins berühmter Formel E = mc2 (c ist die Lichtgeschwindigkeit) entnimmt, geht es in der Biophysik weniger um Energie, die ja eine Erhaltungsgröße ist, sondern um die Bereitstellung von Information für Organellen, die aus vielen Atomen und Molekülen sowie Makro-molekülen bestehen. Man kann diese Behauptung, wonach es in der Biologie mehr um Information als um Energie bzw. Masse geht, sehr dramatisch darstellen: wird ein Säugling geboren, so wiegt er beispielsweise 2 Kilogramm; stirbt er unmittelbar darauf, weil sein Herz versagt, so hat er noch immer die gleiche Masse, wie man durch Abwägen feststellen kann. Was also hat sich durch den Übergang von Leben in den Tod verändert? Es ist die Ordnung, die geordnet Form, die Information, die ein Lebewesen von einem Toten unterscheidet!  Da lebende Systeme überwiegend elektromagnetische Systeme sind, benutzt man zum Verständnis der Zustände und Zustandsänderungen biologischer Systeme in der Biophysik neben den physikalischen Gesetzen der Mechanik und Hydrodynamik vor allem die physikalischen Gesetze der Elektrodynamik bzw. der Quantenelektrodynamik. Gerne stellt man diesen physikalischen Disziplinen in der Biophysik noch ein „Bio“ vor und bezeichnet sie dann mit „Biomechanik“ oder „Bioelektrodynamik“, ähnlich wie man statt Photonen dann „Biophotonen“ sagt.   Das biologische Verhalten ist aber vor allem und überwiegend ein systemischer Prozess, der innig mit dem Informationsbegriff und Prigogines Gesetzen der Thermodynamik offener dissipativer Systeme zusammenhängt. Lebende Systeme müssen sich nämlich – wie es schon der geniale Physiker Erwin Schrödinger erkannte - fern vom Zustand der maximalen Entropie bzw. Unordnung aufhalten, um zu überleben. Sie müssen all die Entropie bzw. Unordnung, die ein lebendes System ständig zur Aufrechterhaltung der Gleichgewichtsferne bzw. des Lebens bei der Umwandlung der Sonnenenergie und der Nährstoffe in hoch geordnete biologische Strukturen (Eiweiß, Kohlehydrate, Nukleinsäuren, etc.) produziert, ständig los werden, indem sie diese Entropie in Form der Stoffwechselprodukte und der Wärme an die Umgebung ab- bzw. zurückgeben (als Kot, Harn, CO2, Wärme, infrarote Wärmestrahlung).   Es geht demnach in der Biophysik nicht um die Energie, sondern um die Umwandlung der hohen Ordnung einer Energieform in eine andere, um ein biologisches System in die erforderliche hoch geordnete Form zu bringen und zu erhalten: um es zu informieren. Man nennt diesen Bedarf an hoher Ordnung in der Thermodynamik auch „Negentropie“ und in der Systemtheorie „Information“.  Den Pflanzen geht es dabei um die Umwandlung der elektromagnetischen Feldenergie der Sonnenstrahlen durch Photosynthese in die Negentropie bzw. Information der biochemisch gespeicherten Energie und um deren Bereitstellung für ihre Lebensprozesse (Aufnahme von Nährstoffen, Aufbau von Zellen und Pflanzenteilen,  Fortpflanzung etc.). Den Tieren und Menschen geht es um den Erwerb der Negentropie bzw. Information in der biochemisch gespeicherter Energie aus Pflanzen und Tieren der Nahrungskette und um deren Bereitstellung für ihre Lebensprozesse (Bewegung, Verdauung, Aufbau und Erhaltung von Zellen und Organen, Fortpflanzung etc.). Negentropie bzw. Information sind damit fundamentale immaterielle Begriffe, die deutlich von dem materiellen Energiebegriff unterschieden werden sollten. Um Nachrichten bzw. Informationen wie Sprache oder Musik zu übertragen, benötigt man einen materiellen energetischen Träger, z.B. Schallwellen oder elektromagnetische Wellen wie Radiowellen spezieller Wellenlängen bzw. Frequenzen bei Hörfunk- und Fernsehübertragungen; um Informationen wie den genetischen Code als eine definierte lineare Folge von Triplets entsprechender Basenpaare von einer DNA auf eine RNA weiterzugeben, benötigt man materielle Nukleotide, die sich zur polymerisierten DNA verbinden. Damit aber ein Empfänger eine Information aufnehmen kann, die ihm ein Sender übermittelt, müssen beide, nämlich Sender und Empfänger, in Resonanz stehen, d.h. die gleiche Trägerfrequenz verwenden. Der Fernsehsender 3sat, der vor allem für Zuseher aus Deutschland, Österreich und Schweiz sendet, benutzt eine Trägerfrequenz von 11, 95350 GHz = 11953500000 Hz bzw. Schwingungen pro Sekunde. Um aber die Ton- und Bildinformationen  von 3sat zu empfangen, muss man daher den Schwingkreis des Empfängers seines Fernsehgerät auf genau diese Trägerfrequenz einstellen, damit es zur Resonanz zwischen Sender- und Empfängerfrequenz kommt. Dann kann man auch durch einen passenden Knopfdruck auf den Kanal seiner Fernbedienung die gesendeten Informationen (Nachrichten, Musik, Dokumentationen, etc.) empfangen. Bei jeder Informationsübertragung geht es darum, gleiche Wellenlängen bzw. Frequenzen unterschiedlicher Technik (Rundfunk, TV, automatisches Garagentoröffner etc.) zu benutzen, um in Resonanz zu geraten und die Informationen zu verarbeiten. Um beispielsweise ein Garagentor automatisch durch eine Fernsteuerung zu öffnen, müssen nicht nur die Trägerfrequenzen von Fernbedienung und Empfänger übereinstimmen, sondern der Empfänger muss die Information des Senders auch verarbeiten können – etwa durch einen Stromimpuls, der einen Schaltkreis schließt und einen Motor einschaltet, der das Tor öffnet. Was aber hat dies alles mit der „Dynamisierung von Wasser“ zu tun? Lebewesen und damit auch Menschen bestehen zu einem großen Teil, bis zu 75 % , aus Wasser. Der Rest ist organische Materie (Proteine, Kohlenwasserstoffe, Nukleinsäuren, Lipide etc.) und anorganische Materie (Salze, Spurenelemente etc.). Der Grund für den hohen Anteil an Wasser liegt darin, dass Lebewesen als einzellige Prokaryoten im Meer entstanden sind. Proteine und Nukleinsäuren sind Polymere, die sich – wie uns der Nobelpreisträger Manfred Eigen hinterließ – in so genannten Hyperzyklen gemeinsam im Meerwasser besser reproduzieren konnten als jedes einzelne Polymer für sich. Eine Zellmembran aus Lipoproteinen umschloss dieses sich selbst reproduzierende System aus Meerwasser, Proteinen und Nukleinsäuren, das jedoch als offenes System auf die Negentropie bzw. Information des Sonnenlichtes und auf den Stoffwechsel angewiesen war, um den ständigen Bedarf an Materie (gelöste Stoffe) aus dem umgebenden Meerwasser für den Aufbau seiner organischer Bestandteile zu decken. Es ist in diesem Zusammenhang wichtig, wieder darauf hinzuweisen, dass die Sonnenenergie als Erhaltungsgröße schon bei den einfachen Einzellern nicht verbraucht, sondern nur die benötigte Negentropie bzw. Information bei der Umwandlung der Sonnenenergie in biochemische Energie gewonnen und verbraucht wurde! 6. Über dissipative Systeme Um das Verhalten von Wasser in Lebewesen als offene Systeme zu verstehen, ist es empfehlenswert, die thermodynamischen Gesetze zu betrachten, die in offenen Systemen wirken, und sie von den thermodynamischen Gesetzen zu unterscheiden, die in geschlossenen und damit auch in toten Systemen vorherrschen. Flüssigkeiten als offene Systeme organisieren sich zu so genannten dissipativen Systemen, die durch eine hohe Ordnung ausgezeichnet sind und deren thermodynamisch-physikalisches Verhalten der bereits genannte Nobelpreisträger Ilya Prigogine untersucht hatte. Als bevorzugte dissipative Strukturen findet man so genannte bienenwabenartige Benard-Zellen sowie spiralige Muster, die mit Hilfe der Mathematik nichtlinearer Differentialgleichungen im Rahmen der Wissenschaft der „Nichtlinearen Dynamik“ nicht nur beschrieben, sondern aus den vielfältigen Lösungen dieser Gleichungen (z.B. periodisches, mehrfach periodisches oder chaotisches Verhalten) auch verstanden werden können.     Abb.3: Dissipative Flüssigkeitsstruktur (Benard-Zellen) einer erwärmten Flüssigkeit als offenes System, sichtbar gemacht mit Aluminumpulver (links); dissipative spiralige Strukturen vom AMP, das von einzelligen Schleimpilzen bei Nahrungsmangel ausgesendet wird (rechts), um den mehrzelligen Verband zu bilden (rechts). ...weiter> 7. Über das Wasser  

Die Dynamisierung von Wasser Teil 2

"In jedem Tropfen Quellwasser sind mehr Kräfte vorhanden, als ein mittleres Kraftwerk der Gegenwart zu erzeugen vermag."          (Viktor Schauberger)