Philosophie der Naturwissenschaften

Philosophische und theoretische Grundlagen der Entstehung klassischer naturwissenschaftlicher Disziplinen

Probleme der Konzeptualisierung in der Geschichte der Biologie

Das zentrale Erkenntnismotiv in der Untersuchung der lebenden Natur ist mit der Vielfalt der von Wissenschaftlern beobachteten Tier- und Pflanzenformen verbunden und mit der Suche nach ihrer gemeinsamen strukturellen Grundlage. Das allgemeine Verständnis von der Einheit des Lebendigen in seiner Vielfalt beruhte auf der Vorstellung von der Spontanerzeugung des Lebens aus den Naturelementen (Feuer, Wasser, Erde und Luft), die bereits in der Antike formuliert und bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannt wurde.

In den 1830er-Jahren wurde die Zelltheorie des Lebendigen entwickelt, die die Grundlage für den naturwissenschaftlichen Bereich bildete, der Botanik, Zoologie und Embryologie umfasst. Ihre Urheber sind der Botaniker Matthias Jakob Schleiden (1804–1881) und der Biologieprofessor Theodor Schwann (1810–1882). Schleiden stellte fest, dass alle Pflanzen aus Zellen bestehen, Schwann erweiterte diese Lehre auf das gesamte Tierreich. Schwann vertrat die Auffassung, dass das Leben der Zellen nicht vom Zellinhalt, sondern vor allem von der Hülle bestimmt wird, dass Zellen von Geweben und Organismen autonom sind und dass die Eigenschaften von Organismen auf die Summe der Eigenschaften einzelner Zellen zurückgeführt werden können, die aus nichtzellulärer Substanz entstehen.

Die Zellteilung wurde später entdeckt. Den ersten Hinweis darauf fand der Moskauer Botaniker I. D. Chistyakov (1843–1877), doch in der Geschichte der Biologie wird diese Entdeckung dem Histologen W. Flemming (1843–1905) zugeschrieben, der die Abfolge aller Stadien der Zellteilung aufzeigte und die Begriffe Mitose und Amitose einführte. In den Forschungen von R. Virchow und E. Haeckel wurde festgestellt, dass eine lebende Zelle nur durch Teilung entsteht und die Vererbung von Merkmalen über den Zellkern erfolgt. Diese Entdeckungen untermauerten und präzisierten die Zelltheorie, die zur Grundlage der klassischen und modernen Biologie wurde.

Die verschiedenen Forschungsbereiche der lebenden Natur vereinte die Evolutionstheorie. Die Idee von Einheit und Evolution lebender Organismen wurde von Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829) entwickelt, der auch den Begriff „Biologie“ einführte. Lamarck widersprach der damals vorherrschenden Vorstellung von der Unveränderlichkeit der Arten und argumentierte in seinem Werk „Philosophie zoologique“ (1809), dass die Vielfalt der Lebewesen durch die Vererbung neuer Eigenschaften entsteht, die über lange Zeiträume unter dem Einfluss der Umwelt entwickelt werden. Lamarck unterschied zwei unabhängige Entwicklungsrichtungen der Lebewesen: die Gradation (Entwicklung vom Einfachen zum Komplexen gemäß dem angeborenen Streben nach Vollkommenheit) und die natürliche Veränderung von Organismen unter dem Einfluss der Umwelt, wodurch die Vielfalt der Arten auf jeder Stufe der Gradation entsteht.

Er formulierte zwei Naturgesetze der Veränderung von Organismen: 1) Nutzung eines Organs; 2) Vererbung erworbener Eigenschaften. Das erste Gesetz spiegelt bestehende Tatsachen wider, erklärt jedoch nicht die Entwicklung der meisten adaptiven Merkmale, die eine Schutzfunktion erfüllen (z. B. der Panzer von Schildkröten). Das zweite Gesetz ist bis heute empirisch nicht bestätigt.

Gegen die Evolutionstheorie wandte sich Georges Cuvier, der Lamarck als Fantasten betrachtete. Cuvier (1769–1832) ist bekannt als Begründer der vergleichenden Anatomie und Paläontologie und entwickelte das Prinzip der Korrelation der Organe. Nach diesem Prinzip stellt jede Form eines tierischen Organismus ein geschlossenes System dar, dessen Teile sowohl in Bezug auf ihre Struktur (Gesetz der Unterordnung der Organe) als auch auf ihre Funktion (Gesetz der funktionalen Korrelation – organische Zusammenhänge) aufeinander abgestimmt sind. Jede Veränderung eines Teils bewirkt zwangsläufig eine entsprechende Änderung eines anderen Teils. Aufgrund der Kenntnis eines Teils lassen sich folglich Rückschlüsse auf den gesamten Organismus ziehen. Cuvier betrachtete das Prinzip der Organkorrelation rein theologisch: Der Schöpfer aller Wesen (Gott) musste bei der Erschaffung des Lebendigen nur einem Gesetz folgen – der Notwendigkeit, jedem seiner Geschöpfe die Mittel zum Überleben zu geben.

Mithilfe der von ihm entwickelten vergleichend-anatomischen Methode konnte Cuvier Veränderungen und Beziehungen der Organe in allen Tiergruppen verfolgen, führte den Begriff der Typen in der Biologie ein (gleichzeitig mit dem russischen Embryologen K. M. Baer) und vereinte Wirbeltiere – Säugetiere, Vögel, Amphibien und Fische – in einem Typ. Die übrigen Tiere ordnete er drei weiteren Typen zu: Gliederfüßer, Weichtiere und Strahlentiere. Grundlage der Klassifikation der Typen bildete der Aufbau des Nervensystems, das alle Körperfunktionen steuert.

Das Prinzip der Organkorrelation ermöglichte es Cuvier, fossile Organismen anhand weniger bei Ausgrabungen gefundener Teile zu rekonstruieren. Er beschrieb neue fossile Formen von Reptilien, Vögeln, Fischen und Säugetieren und stellte, was besonders wertvoll ist, Zusammenhänge zwischen fossilen Formen und den geologischen Schichten her, in denen sie gefunden wurden. Er zeigte, dass die fossilen Formen in geologisch jüngeren Schichten komplexer aufgebaut sind, während in den ältesten Schichten fossile Formen vollständig fehlen.

In Cuvier's Klassifikation zeichnete sich deutlich eine Evolutionslinie ab. Dennoch standen seine theoretischen Ansichten im scharfen Widerspruch zu den gewonnenen Fakten. Er erkannte keine gemeinsame Herkunft der Tiere innerhalb der von ihm definierten Typen an und betrachtete Arten als konstant und unveränderlich. Um seine Entdeckungen mit seinen Vorstellungen in Einklang zu bringen, entwickelte Cuvier die Theorie der Katastrophen (oder Kataklysmen), die das Fehlen einer Kontinuität zwischen aufeinanderfolgenden Lebensformen beweisen sollte. Nach Cuvier führten gewaltige Katastrophen auf einem großen Teil der Erdoberfläche zur Vernichtung allen organischen Lebens, wonach neue Formen entstanden.

Cuvier lehnte sowohl Lamarcks Lehre von der Veränderbarkeit des Lebendigen als auch die Ansicht von Étienne Geoffroy Saint-Hilaire über die Einheit der Organisation der Tiere vollständig ab. Die im Jahr 1830 entbrannte Diskussion zwischen Cuvier und Saint-Hilaire endete mit dem Sieg Cuvier's, der die Kreationismus-Konzeption in Bezug auf die Entstehung der Arten vertrat.

Die Transformismus-Konzeption (J. Buffon, E. Darwin, M. V. Lomonossow), in der die Kontinuität der Arten betont wurde, sowie die zu Beginn des Jahrhunderts entwickelte Evolutionstheorie von Lamarck wurden von der wissenschaftlichen Autorität nicht anerkannt.

Mitte des 19. Jahrhunderts stellte Charles Darwin (1809–1882) die Evolutionstheorie der Arten auf der Grundlage der natürlichen Selektion vor. Durch die Analyse von Daten aus Botanik, Zoologie und landwirtschaftlicher Praxis kam Darwin zu dem Schluss, dass die moderne organische Welt nicht das Ergebnis göttlicher Schöpfung, sondern das Resultat einer langen Entwicklung von Organismen aus einer oder mehreren primitiven Formen ist.

Darwins Lehre von der Evolution durch natürliche Selektion umfasste ein komplexes System biologischer Phänomene, von der Variabilität über die Vererbung aufgetretener Veränderungen bis hin zum Überleben der am besten angepassten Organismen im Kampf ums Dasein.

Darwin sammelte über viele Jahre hinweg Daten zur Untermauerung seiner Theorie. Sein berühmtes Werk „On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life“ erschien erst 1859. Gleichzeitig kam A. Wallace (1823–1913) zu ähnlichen Schlussfolgerungen und erkannte, dass Darwin den Evolutionsprozess weitaus umfassender und tiefer analysiert hatte.

Grundprinzipien der Evolutionstheorie nach Darwin:

1. Jede Art ist zu unbegrenzter Fortpflanzung fähig.
2. Begrenzte Lebensressourcen verhindern die Verwirklichung des Fortpflanzungspotenzials. (Ein Großteil der Individuen stirbt im Kampf ums Überleben und hinterlässt keinen Nachwuchs.)
3. Überleben oder Tod im Kampf ums Dasein ist selektiv. Individuen einer Art unterscheiden sich in ihrer Gesamtheit der Merkmale. In der Natur überleben und reproduzieren vor allem die am besten angepassten Individuen. Dieses selektive Überleben und die Fortpflanzung der bestangepassten Organismen bezeichnete Darwin als natürliche Selektion.
4. Unter dem Einfluss der natürlichen Selektion sammeln Gruppen von Individuen einer Art über Generationen hinweg unterschiedliche Anpassungsmerkmale an. Diese Unterschiede werden so bedeutend, dass neue Arten entstehen.

Darwins Lehre stieß auf erbitterte Angriffe seitens der Geistlichkeit und eines Teils der Wissenschaftler. Versuche, den Darwinismus zu widerlegen, werden bis heute unternommen.