1. Einleitung

1Die moderne Wissenschaft gilt als derjenige Bereich, welcher die verlässlichste Form des Wissens bereitstellt: Egal ob in naturwissenschaftlichen und geisteswissenschaftlichen Disziplinen, ob in ökonomischen und ökologischen Diskursen oder in sozialen und pädagogischen Zusammenhängen, überall steht das Prädikat der Wissenschaftlichkeit im Zentrum eines verlässlichen und begründeten Wissens. Was aber ist wissenschaftliche Verlässlichkeit?

2Um eine Antwort auf diese Frage zu gewinnen, bewegt man sich weniger auf einem wissenschaftsinternen als vielmehr auf einem wissenschaftsreflexiven Gebiet: Das Prädikat wissenschaftlich tritt nämlich nicht dezidiert als objektsprachlicher Terminus auf (wie z. B. der physikalische Kraft- und Massenbegriff), sondern reflektiert die Bedingungen und Möglichkeiten gelingender wissenschaftlicher Praxen selber. Hier vollzieht sich also ein Sprachebenenwechsel von objektsprachlichen zu nur metasprachlich fassbaren Begriffen. Daraus resultiert vornehmlich der Gegenstands- und Aufgabenbereich rein wissenschaftstheoretischer Reflexion.

3Wenn nun metasprachlich über die Verlässlichkeit wissenschaftlichen Wissens gesprochen werden soll, könnte es naheliegen, dass es sich hier nicht ausschließlich um wissenschaftstheoretische, sondern auch um ethische Fragestellungen handelt. Müsste dementsprechend erst eine ethisch-moralische Debatte darüber geführt werden, was als verlässlich gelten soll, um hieraus dann wissenschaftstheoretische Standards ableiten zu können? Unter methodischem Gesichtspunkt ist diese Frage zu verneinen. Erst nämlich, wenn geklärt ist, unter welchen Rationalitätskriterien wissenschaftliche Praxen als wissenschaftlich ausgezeichnet werden können, lassen sich ethische Implikationen ableiten. Diese Rationalitätskriterien müssen dabei zunächst nicht moralisch-ethisch gerechtfertigt sein, können aber (in Ausnahmefällen) für bestimmte rationale Begründungen herangezogen werden – z. B. im Rahmen von Technikfolgenabschätzungen. Erst wenn wissenschaftliche Standards wissenschaftstheoretisch artikuliert worden sind, können sodann im methodisch zweiten Schritt die ethisch-moralischen Dimensionen wissenschaftlicher Verfahren sinnvoll reflektiert werden. Diese dienen dann zur Rechtfertigung (im Unterschied zur Begründung) wissenschaftlicher Praxen.

4Den hier vorangestellten methodischen Überlegungen folgend, sollen im Weiteren die Standards und Kriterien wissenschaftlicher Verlässlichkeit diskutiert werden. Ausgangspunkt für die Überlegungen nehmen hierzu lebensweltliche Praxen, aus denen die jeweiligen wissenschaftlichen Verfahren hochstilisiert worden sind (vgl. Lorenzen 1988, 26). Dadurch ist sowohl eine methodische als auch historische Legitimation geliefert.

5Um besagte Standards bereit- und sicherzustellen, muss zunächst das wohl wirkmächtigste Instrument der Wissenschaften erörtert werden: das Experiment. Dieses gilt seit dem Aufkommen der neuzeitlichen Wissenschaften ab dem 17. Jahrhundert als eine entscheidende Instanz, an welcher sich die Verlässlichkeit wissenschaftlicher Resultate bemisst (vgl. Hacking 1983).

6In einem weiteren Schritt werden dann exemplarisch Rationalitätsstandards verschiedener Disziplinen vorgestellt: Ausgehend von der Bestimmung des Zahlbegriffs1 als Grundlage einer ersten methodischen Rekonstruktion der Arithmetik lassen sich anschließend zwei zentrale physikalische Begriffe – nämlich Zeit und Raum – als Prototypen für die in der Physik leitenden Konstruktionen anschließen. Daran knüpft sich die Einführung des Stoffbegriffs, um die Validität und Reliabilität des Wissens in der Chemie zu untersuchen. Abschließend werden die Ergebnisse auf einen relevanten Bereich der Biologie ausgedehnt, und zwar jenen der Phylogenetik – hiermit wird die Verlässlichkeit aktueller Aussagen zum Verlauf der organismischen Evolution beleuchtet. Insgesamt soll gewährleistet werden, dass – zumindest in exemplarischer Bestimmung – die Rationalitätsstandards und Validitätskriterien sowohl von Arithmetik und Physik bis hin zur Chemie und (Evolutions-)Biologie abgedeckt werden können.

7Leitend für alle exemplarischen Rekonstruktionen ist hierbei immer die These, dass das Vertrauen in die Verfasstheit der jeweiligen Wissenschaften keine Eigenschaft der „von Natur aus“ vorfindlichen Gegenstände (bzw. deren Abbildung) ist, sondern dass wissenschaftliche Standards aus menschlichen Praxisformen und deren expliziten Operationalisierungen hervorgehen. Was dies für die jeweiligen Wissenschaften bedeutet und wie dies eingelöst werden kann, soll nun im Folgenden gezeigt werden.

2. Lebensweltliche Anfänge

8Ausgangspunkt für die weitere Rekonstruktion ist die These, dass Wissenschaften spezifische Praxisformen sind, deren Besonderheiten u. a. in der Ausbildung von Theorien bestehen. Daran knüpft sich unmittelbar die folgende Frage an (deren Beantwortung bei Zurückweisung naturalistischer Ansätze notwendig auftaucht): Woher kommt das menschliche Wissen über die Regelmäßigkeit „der“ Natur? Schon diese Rede scheint – zumindest wenn an einem säkularen Äquivalent sakraler Konzepte von Naturgesetzlichkeit festgehalten wird – einen Anthropomorphismus nahezulegen, der allerdings dem modernen Ohr nicht sonderlich fremd klingt: Immerhin ist „Regelfolgen“ zunächst etwas am menschlichen Handeln Auszumachendes.2 Es kann dazu aufgefordert werden, Regeln zu befolgen – solche Aufforderungen lassen sich (etwa unter Hinweis auf einschlägige Gründe) zurückwiesen, sie lassen sich diskursiv beraten (inklusive der Möglichkeit ihrer Veränderung) und die Folgen dieses Tuns (wie des Unterlassens) wären ihrerseits zu verantworten. Die Regeln also, welchen die Natur Folge leistet, scheinen grundlegend einen ‚anderen Status‘ zu haben, als das, was im Ausdruck „Naturgesetz“ zum Ausdruck kommt. Wie auch immer dieser Status selber bestimmt wird,3 sollen lediglich jene Bestimmungen in den Blick genommen werden, welche uns das Wissen um die inkriminierte Regelmäßigkeit überhaupt erst ermöglichen. Hierbei scheint zunächst das Experiment als eine – wenn nicht die – zentrale Erfindung neuzeitlicher Wissenschaft von Relevanz zu sein, eine Form des Handelns, deren künstlicher Charakter selbst von eifrigsten Verfechtern des Naturalismus nicht bestritten wird.

2.1 Welterzeugung durch Experimente

9Schon in der als Wissenschaftstheorie zu lesenden Arbeit über Substanz- und Funktionsbegriff weist Cassirer (1980) auf die Bedeutung experimentellen Handelns für die Entstehung und Entwicklung der modernen Wissenschaften – hier allerdings wesentlich Naturwissenschaften – hin, ein Hinweis, der seine besondere Relevanz weniger durch gründliche (etwa handlungstheoretische) Fundierung erhält (dazu unten, sowie aus jeweils differentem Blickwinkel Dingler 1928, Janich 1997b, Rheinberger 2001, Hacking 1983). Es ist vielmehr die auf die Frage der Gegenstandskonstitution und ihre Bedingungen abzielende Untersuchung, deren Beantwortung den methodischen Rahmen experimentellen Handelns überhaupt abgibt. Cassirer weist darauf hin, dass trotz aller Versuche, Experimente in der Metapher von „Fragen an die Natur“ zu verstehen, von einem unmittelbaren oder unvermittelten Weltzugang gerade nicht die Rede sein kann. Experimente beziehen sich danach nicht auf unmittelbare Erfahrungen, sondern auf in und durch Messreihen präsentierte Zustände von Gegenständen. Die Messreihen werden ihrerseits mathematisch geordnet, eine Ordnung, die sie erst als Repräsentanten eines wissenschaftlich zugänglich gemachten Gegenstandes (welcher „unter Gesetzen“ steht) begreifbar werden lässt:

„Haben wir etwa die Folge der vierten Potenzen 1, 16, 81, 256, 625 … vor uns, so läßt sich die Beziehung, durch die hier die einzelnen Reihenglieder verknüpft sind, dadurch feststellen, daß wir zunächst die Differenzen zwischen ihnen und weiterhin die Differenzen dieser Differenzen usf. bilden, bis wir schließlich bei einer einfachen arithmetischen Reihe, mit einem konstanten Unterschied zwischen den Einzelgliedern stehen bleiben. Damit sind wir zu einem völlig bekannten und völlig beherrschbaren Reihentypus zurückgekehrt und haben zugleich den Weg bezeichnet, auf welchem wir, von dieser Grundform aus durch immer kompliziertere Mittelstufen hindurch, die gegebene Reihe wiederum erreichen können“ (Cassirer 1980, 335).

10Die Mathematisierung von Erfahrungen ist zumindest eine Grundtendenz, welche als Ziel experimentellen Handelns herauszustellen ist. Dabei hat der Experimentator nicht etwa die Gewissheit, dass die Natur eben in Zahlen geordnet sei, und daher seine Aufgabe nur in der Auffindung der „richtigen“ mathematischen Strukturen (hier eine einfache Potenzreihe) besteht. Weder ist die Situation, in welcher experimentiert wird, bereits gegeben, noch ist der Vorgang, der dabei handelnd herbeigeführt werden soll, schon einfach da. Vielmehr wird die spezifische Situation und der jeweilige Vorgang erst überhaupt durch den Experimentator hergestellt, herbeigeführt oder ausgelöst. Erst indem der Experimentator die Mathematisierung in konkreter Gestalt dem Experiment und den relevanten Vorgängen unterlegt, gelingt ihm die allerdings hier noch wesentlich gedankliche Strukturierung. Aus Messtokens alleine – so Cassirers Kritik am Induktivismus – lässt sich kein Gesetz generieren:

„Das Gesetz des Falles der Körper wird von Galilei nicht ermittelt, indem er beliebige Beobachtungen an sinnlich-wirklichen Körpern zusammenstellt, sondern indem er den Begriff der gleichförmigen Beschleunigung hypothetisch fixiert und als gedankliches Grundmaß den Tatsachen entgegenhält […]. Dieser Begriff liefert ihm für gegebene Zeitwerte eine Folge von Raumwerten, die nach einer festen, ein für allemal übersehbaren Regel fortschreiten“ (Cassirer 1980, 336).

11Die Realisierung dessen, was ideal schon vorausgesetzt wurde, erlaubt es, in immer stärkerem Maße weitere Bedingungen zu identifizieren und als wirksame (kausale) Faktoren zu verstehen, die auf den in Rede stehenden Vorgang einwirken. Während aber die rein mathematische Seite der Repräsentation insofern irrelevant ist, als sie eben durch die Sicherstellung der Konsistenz schon als „existent“ ausgewiesen werden kann, besteht das empirische (hier: physikalische) Interesse in dem Umgang mit wirklichen Körpern in ihrer besonderen „Unausschöpfbarkeit“:

„Der sinnliche Schein der Einfachheit des Phänomens weicht einem streng begrifflichen System der Über- und Unterordnung von Beziehungen. Gegenüber dem mathematischen Begriff aber zeigt sich jetzt der charakteristische Unterschied, daß der Aufbau, der innerhalb der Mathematik zu einem festen Ende gelangt, innerhalb der Erfahrung prinzipiell unabschließbar bleibt. So viele ‚Schichten‘ der Beziehung wir auch übereinander sich erhaben lassen mögen und je näher wir damit auch allen Einzelumständen des wirklichen Vorganges kommen mögen, so bleibt doch stets die Möglichkeit offen, daß irgendein mitbestimmender Faktor des Gesamtergebnisses außer Rechnung blieb und erst durch den weiteren Fortschritt der experimentellen Analyse zur Entdeckung gelangen wird“ (Cassirer 1980, 337).

12Der Fortschritt bezeichnet dabei nicht eine ominöse Wertung dessen, was durch Wissenschaft hervorgebracht wird; Cassirer nimmt hier vielmehr die Einsicht auf, dass experimentelles Handeln wesentlich iterativ verfasst ist. Aus jedem experimentell bestimmten Zusammenhang lassen sich weitere gewinnen, sodass man mit Goethe (1988, 63) sagen könnte:

„Zwar ist’s mit der Gedankenfabrik
Wie mit einem Weber-Meisterstück,
Wo ein Tritt tausend Fäden regt,
Die Schifflein herüber hinüber schießen,
Die Fäden ungesehen fließen,
Ein Schlag tausend Verbindungen schlägt.“

13Allerdings ist mit Iteration nicht nur die einfache Fortsetzung angesprochen, sondern auch die Möglichkeit der Umordnung und Umstrukturierung der ursprünglichen Fragerichtung. Da Experimente also letztlich nur in einem theoretischen Fragehorizont sinnvoll beschreibbar sind, und ihre Interpretation nur auf dem investierten Theoriezusammenhang vornehmbar ist, steht selbst bei einem einzigen betrachteten Experiment immer sehr viel mehr im Blick:

„Kein einzelnes astronomisches System, das Kopernikanische so wenig wie das Ptolemäische, sondern erst das Ganze dieser Systeme, wie sie sich gemäß einem bestimmten Zusammenhang stetig entfalten, darf uns demnach als Ausdruck der ‚wahren‘ kosmische Ordnung gelten“ (Cassirer 1980, 427).

14Sosehr damit ein holistisches Element des experimentellen Handelns getroffen ist, sowenig kann andererseits übersehen werden, dass die Veranstaltung des Experimentes selber, die Sicherstellung und Erzwingung jener Bedingungen, unter welchen „Beobachtungen“ und „Schlüsse“ als solche ceteris paribus in Geltung gesetzt werden, außer Betracht bleiben.4

15Immerhin aber hat die kurze Darstellung von Cassirers Analogie zwischen der mathematischen Reihenformbildung einerseits und dem experimentellen Handeln andererseits die Einsicht erbracht, dass vor jeder Befragung der Natur einiges an herstellendem Aufwand betrieben werden muss. Dies beginnt schon bei der Beschreibung des durch das Experiment zu bearbeitenden Vorganges selber: Es besteht nämlich ein erheblicher Unterschied darin, den Fall eines Apfels als Bewegung eines Körpers „nach unten“ zu beschreiben oder als Bewegung eines Massenpunktes im Schwerefeld eines anderen Körpers. Man erkennt an dieser Alternative sehr leicht, worin der Zweck jeglichen experimentellen Handelns besteht: Es ist darunter ein solches Handeln zu verstehen, mit dessen Hilfe es möglich wird, Geltungsansprüche von Aussagen zu begründen und gegen Einsprüche zu verteidigen. Da es sich in der Regel um wissenschaftliche Aussagen handelt, besteht die Aufgabe also darin, die transsubjektive Geltung derselben sicherzustellen. Dies gelingt dadurch, dass mittels Experimenten reproduzierbar (also unabhängig von Personen und Gegebenheiten) Situationen eines bestimmten Typs produziert werden, deren Beschreibung – formal gesprochen – das Antezedens einer Subjunktion darstellen. Eine solche Subjunktion findet sich schon lebensweltlich in typischen „was passiert wenn a“ oder „wenn a, dann b“ – Formulierungen. Diese verweisen auf ein Bewirkungswissen, das seinerseits die (lebensweltliche) Form von Rezepten, d. h. Sequenzen von (nicht finalen) Handlungsaufforderungen, widerspiegeln, welche die zu verwendenden Mittel explizit aufzählen. Die Verallgemeinerung solchen Wissens bildet damit die Grundform wissenschaftlichen Wissens, für welches die formale Darstellung als allquantifizierte Subjunktion (über Situationstypen) die Form von Naturgesetzen abgibt (dazu im Detail Tetens 1987, Hartmann 1993, sowie Lange 1999).

16Methodologisch von Bedeutung ist nun aber, dass Transsubjektivität nicht als deskriptiver, sondern als präskriptiver Sachverhalt aufzufassen ist, sodass experimentelles Handeln wesentlich als Resultat von Forderungen an die entsprechende Praxis verstanden werden muss. Dies drückt sich in den Anforderungen an die (wissenschaftlich zu verschärfenden) Rezepte aus. Mindestens folgende Anforderungen müssen dabei erfüllt sein: personen- und gegebenheitsinvariante Aktualisierungsmöglichkeit, Nominatoren- oder Kennzeichnungsfreiheit, iterative Nutzung der Subjunktion außerhalb des ursprünglichen Einführungszusammenhanges, nicht-redundante sowie wirksame Bestimmung der einzelnen Handlungsschritte (s. Lange 1999, 103 ff.). Bei gelingender Verteidigung dieser Forderungen im Einzelfall gilt demzufolge für die entsprechenden generellen Subjunktionen:

„Eine Subjunktion S₁→S₂, die alle oben aufgeführten Forderungen erfüllt, heiße ein Experimentalgesetz. Jedes Experimentalgesetz ist ein Naturgesetz, aber nicht jedes Naturgesetz ist […] ein Experimentalgesetz. Ein Experimentalgesetz, das aus den im vorletzten Absatz genannten Gründen nicht generell ist, soll genauer als indiziertes Experimentalgesetz bezeichnet und so von den echten Experimentalgesetzen unterschieden werden. Der Index verweist dabei auf die historisch konkrete Praxis, in der der betreffende Gegenstand zur Verfügung steht. Auch physikalische Gesetze, in denen metrische Größen absolut – d. h. nicht nur in Verhältnissen – auftreten, sind in diesem Sinne indiziert, weil sie ohne Verweis auf den zur Einheitenbestimmung benötigten Standard weder begründet noch angewendet werden können“ (Lange 1999, 105 f.).

17Ein Experiment – so könnte man diesen Gedanken fortführen – ist also wesentlich ein Handlungswissen, das zur Erarbeitung anderen (z. B. Gesetzes-) Wissens eingesetzt wird. Um nun ein Experiment tatsächlich durchführen zu können, sind zahlreiche Verrichtungen vonnöten, deren Komplexität mit den jeweiligen Fragestellungen und den Vorannahmen erheblich variieren. Als grundlegende Elemente sind aber in jedem Fall die Sicherstellung der relevanten Standardbedingungen, die Präparation und Vorbereitung der jeweiligen Untersuchungsgegenstände zu nennen. Die Untersuchung der entsprechenden Gegenstände – man denke hier exemplarisch an anatomische oder morphologische Strukturen, aber auch an taxonomische Typenexemplare – erfolgt dabei notwendigerweise nicht an „natürlichen“ sondern an zugerichteten Objekten, die sich mit Fug und Recht als Artefakte ansprechen lassen.5

18Von besonderem Interesse für die Handlungsform des Experimentes sind Verläufe – stellen diese doch die größten Ansprüche an die Reproduzierbarkeit. Hier sind nämlich die „Gegenstände“ selber das durch den Übergang von der Anfangs- in die Endsituation jeweils Bereitzustellende.

19Erst auf der Grundlage all dieser handelnd erzeugten, bereit- und sichergestellten Vorrichtungen ist die Reproduzierbarkeit und die Nachprüfbarkeit der experimentell erzeugten Ergebnisse möglich: jene Eigenschaften wissenschaftlichen Wissens, die seine Verlässlichkeit sicherstellen.

2.2 Bedingungen verlässlichen Experimentierens

20Unsere bisherigen Überlegungen haben verdeutlicht, dass die Verlässlichkeit wissenschaftlicher Aussagen über die Natur nicht zunächst von deren Verfasstheit als vielmehr von unserer Fähigkeit abhängen, die Geltungsbedingungen experimentellen Handelns zu reproduzieren. Auf diesem Wege wird ein Wissen zur Verfügung gestellt, welches den Anspruch auf Transsubjektivität erheben kann. In einem weiteren Schritt wollen wir das oben grundsätzlich Entwickelte nun konkretisieren, indem – einem Hinweis Cassirers auf die Grundform (natur-)wissenschaftlichen Wissens folgend – drei Wissensbestände hinsichtlich ihres methodologischen Anfangsstatus dargestellt werden, welche für experimentelles Handeln selber notwendige Bedingung sind: nämlich Zahl, Zeit und Raum. Dass das Buch der Natur in Zahlen geschrieben sei, ist eine – keinesfalls erst seit Galilei – kaum noch bestrittene Tatsache. Es stellt sich nun aber wiederum die Frage, ob Zahlen selber „von Natur aus“ bestehen oder nur in einer bestimmten und d. h. von uns bestimmbaren Hinsicht gelten.

2.3 Zahl

21Was sind Zahlen? Üblicherweise werden Zahlen über das Zählen bestimmter Gegenstände festgestellt. Für die Einführung von Zahlen über die Fähigkeit des Zählens ergibt sich aber die Schwierigkeit, wie man sicherstellen kann, dass immer die richtige Reihenfolge eingehalten wird. Wird beispielsweise eine neue Fremdsprache gelernt, muss nicht das Zählen neu gelernt werden, sondern nur die einzelnen Zahlwörter. Das Prinzip soll und muss erhalten bleiben: Zählen ist dementsprechend mehr als die richtige Aneinanderreihung von Zahlwörtern. So kann man beispielsweise bei kleinen Kindern beobachten, dass sie schon die Zahlen bis „zehn“ aufsagen können, ohne dies auf andere Bereiche übertragen zu können. Genau diese Übertragung auf andere Bereiche, nämliche die Zählbarkeit beliebiger Gegenstände, zeigt aber an, dass das Prinzip des Zählens verstanden worden ist. Egal also, ob Blumen oder Vögel, Mengen oder Träume gezählt werden, das Verfahren muss immer dasselbe bleiben.

22Die Übertragbarkeit auf andere Bereiche zeigt demnach verlässlich an, dass das Prinzip verstanden wurde. Was ist aber das Prinzip bzw. das Verfahren selber? Um dies festzustellen, bedarf es zunächst bestimmter Zählzeichen. Aufgrund der Einfachheit und ersten Übersichtlichkeit bieten sich hierfür Striche an: „Wo eine solche Strichnotation vereinbart ist – man denke an die Notation konsumierter Getränke auf einem Bierdeckel –, brauchen Zahlwörter nicht verwendet werden“ (Janich 2001, 130). Grundsätzlich lassen sich hier aber beliebige Zeichen festsetzen. Die jeweilig vereinbarten und dadurch normierten Notationen zum Zählen sollen Ziffern heißen: So lassen sich arabische, römische, binäre und hexadezimale Ziffern auszeichnen. Der zweite und entscheidende Schritt besteht jetzt darin, dass die jeweiligen Ziffern nicht mehr willkürlich normiert, sondern aufeinander übertragen werden können. Dies erfolgt über ein spezifisches Verfahren konstruktiver Vorschriften. Lorenzen führt dies mit Hilfe des sog. Strichkalküls vor (Lorenzen 1987, 150):

23Indem diese konstruktive Vorschrift für die einzelnen Notationen jeweils zugrunde gelegt wird, ist sichergestellt, dass dieselben Zählresultate gewonnen werden. Statt von bloßen Ziffern jeweiliger Notationen kann jetzt von Zahlen geredet werden. Begrifflich fasst man das dadurch, dass unterschiedliche Ziffern dieselben Zahlen darstellen. So stellen beispielsweise römische und arabische Ziffern jeweils Zahlensysteme dar, da ihre unterschiedlichen Ziffern für dieselben Zahlen stehen. Die Ziffern sind dabei dieselben Zahlen, weil für beide das gleiche Verfahren des oben genannten Strichkalküls gültig ist. Damit ist das Verfahren die Invariante zwischen den verschiedenen Ziffernsystemen.

24Greift man jetzt die oben gestellte Frage auf, was Zahlen sind, kann also zusammenfassend gesagt werden, dass Zahlen weder durch bloßes Abzählen von in der Natur vorfindlichen Gegenständen gewonnen werden können (d. h. nicht rein deskriptiv vorliegen), noch durch eine bloße Beschreibung bestimmter Gebräuche von Ziffernsystemen vorhanden sind: Vielmehr bedarf es einer konstruktiven Vorschrift für die Bestimmung, Gewinnung und Sicherstellung gleicher Zählresultate. Diese lassen sich aus spezifisch konstruktiven Vorschriften für die invariante Verwendung von Ziffern erzielen. Damit ist aber nicht allein eine Differenz von Ziffern und Zahlen geleistet, sondern auch der Anfang für weitere Schritte im methodischen Aufbau arithmetischer Systeme gelegt. So können nämlich jetzt – wie Lorenzen zeigt – Regeln für die Verwendung arithmetischer Operatoren angeschlossen werden, die einen systematischen Ausbau der konstruktiven Mathematik leisten (vgl. dazu Lorenzen 1955, 1987). Leitend sind hierfür nicht bestimmte Invarianten in der Natur vorfindlicher Gegenstände, sondern nur präskriptive Forderungen für die Verwendung und Übertragbarkeit abgestimmter Operatoren innerhalb kohärenter und konsistenter Systeme.

2.4 Zeit

25Während der nicht-empirische Status von Zahlen vermutlich kaum mehr strittig ist und mit den Überlegungen von Frege, Wittgenstein und Lorenzen seine u. E. überzeugendsten Bestätigungen gefunden hat, ist dies bei den beiden „Formen der Anschauung“ auf den ersten Blick nicht vergleichbar deutlich. Zunächst spricht eine gewisse lebensweltliche Intuition dafür, Zeit für einen – wiewohl zugegebenermaßen eigenartigen – Gegenstand zu halten. Diese Intuition – so wohl gegründet sie sich auch geben mag – scheitert allerdings schon an der ersten hier zu nehmenden Hürde: Es ist kaum möglich, Zeit exemplarisch einzuführen. Mehr noch, selbst der Verweis auf Uhren hilft insofern nicht weiter, als gelten mag, dass zwar „Zeit“ dasjenige ist, was Uhren messen – doch dass diese erste Antwort eher eine Problemverschiebung bedeutet, wird durch die anzuschließende Frage ersichtlich, wer denn die erste Uhr gebaut (und mithin ihren „richtigen“ Gang kontrolliert) habe. Eine weiterführende Antwort erhalten wir auf die Frage nach der Zeit, wenn wir den Bezug auf ein anderes, die Bewegung nämlich, herstellen:

„Denn eben das ist die Zeit: Die Meßzahl von Bewegungen hinsichtlich des ‚davor‘ und ‚danach‘. Also: Nicht gleich Bewegung ist die Zeit, sondern insoweit die Bewegung Zahl an sich hat (gehört sie zu ihr). Ein Beleg dafür: Das ‚mehr‘ oder ‚weniger‘ entscheiden wir mittels der Zahl, mehr oder weniger Bewegung mittels der Zeit; eine Art Zahl ist also die Zeit“ (Aristoteles Physik IV, 11 219b; Zekl 1987).

26Aristoteles schlägt also vor, unter Zeit einen Maßbegriff zu verstehen, der wesentlich „etwas an etwas“ kennzeichnet, hier also an Bewegungen. Wir können diese Überlegungen aber für unsere Fragestellung nach der Verlässlichkeit von Zeit nutzen, indem wir sie als Hinweis darauf verstehen, dass der Referent des Ausdruckes „Zeit“ nicht gegenständlich zu verstehen ist. Vollziehen wir den Übergang von Zeit zu „zeitlichen Ausdrücken“, kommt zum einen der attributive Charakter derselben zur Geltung. Zum anderen lassen sich nun schon lebensweltlich eingeübte Redeformen angeben, welche im besten Sinne des Wortes als zeitliche Angaben verstanden werden können, ohne dass wir zur naturwissenschaftlichen Fundierungsvermutung gezwungen wären. Mit Janich (2001) lassen sich nämlich modale, ordinale und durative Aspekte unterscheiden.

27Modale Bestimmungen umfassen danach unsere Unterscheidung von Gegenwart, Zukunft und Vergangenheit, die sich jeweils auf menschliches Tun zurückbesinnen lassen. Denn das Verfertigen eines Berichtes kann als das gegenwärtig vollzogene Tun aufgefasst werden, während die darin geschilderten Sachverhalte ein in der Vergangenheit vollzogenes, die daraus möglicherweise folgenden Sachverhalte hingegen zukünftige bezeichnen. Am selben Handeln (also hier dem Verfertigen eines Berichtes) können ferner ordinale Verhältnisse geklärt werden, durch welche wir Reihenfolgen von Handlungen festlegen – entsprechend wären die Berichtssachverhalte als früher bezüglich des Verfassens, dieses später bezüglich Ersterer anzusehen. Präzisiert man hier, so kann die ordinale Unterscheidung in davor, danach und zugleich weiter differenziert werden.

28Als dritter Aspekt kann schließlich die „durative“ Verwendung genannt werden, mit welcher der Vergleich von Dauern angesprochen ist. Es kommen dabei Ausdrücke wie „gleichlang“ oder polar-konträre wie „länger-kürzer“ zur Geltung. Als besondere Pointe erweist sich Janichs Rekonstruktion solcher Sprachstücke insofern, als mit der Abfolge von modalen, ordinalen und durativen Aspekten zugleich die Vermutung einer methodischen Reihenfolge verbunden ist, welche es uns gestattet, von der jeweils erstgenannten zur folgenden überzugehen.

29Ganz ähnlich dem im Zusammenhang des „Raumes“ anzuwendenden Verfahrens (vgl. unten Kapitel 2.5) können wir schließlich in der konstruktiven Lesart auch hier zu einem Reflexionsterminus übergehen, zu einem Redestück also, das über eine – im Prinzip offene – Liste (hier) zeitlicher Sprachstücke eingeführt wird. Der durch den bestimmten Artikel erweckte Eindruck eines gegenständlichen Referenten entpuppt sich also in der vorgestellten Rekonstruktion als grammatischer Schein. Zeit als Substantivierung zusammenfassender Rede über zeitliche Verhältnisse fungiert vielmehr in den angezeigten und in den daran angeschlossenen Sprachspielen auf höchst unterschiedliche Weise. Dies wird besonders deutlich beim Übergang zur Zeitmessung.

30Es stellt sich nämlich schon lebensweltlich die Frage, wie eigentlich Dauern zu vergleichen sein sollen, sodass exakte Aussagen über einzelne Zeitstrecken (diese Rede kann, wie sich gleich zeigen wird, wörtlich verstanden werden) möglich sind. Der Verweis auf Uhren ist zwar sachhaltig und einschlägig, enthebt uns aber keinesfalls einiger typischer, mit Zeitmessung verbundenen definitorischen und technischen Problemen. Es könnte etwa auf periodische Vorgänge verwiesen werden, die sich ihrerseits „in der Natur“ vorfänden – beispielsweise der Tag-Nacht-Rhythmus. Dies ist eine Lösung, die zwar unstrittig erster Intuition entspricht, wir wären aber – hinsichtlich der Bestimmung solcher Bewegungen als gleichmäßige (denn nur das garantierte die Identität der genannten Strecken) mit einem hysteron-proteron konfrontiert (s. Janich 1980).

31Ein Vergleich von Dauern gelingt hingegen, dem handlungstheoretischen Argument folgend, durch Auszeichnung oder Herstellung normierter und standardisierter Bewegungen. Uhren wären danach nicht zunächst Instrumente zur Messung eines ominösen Naturgegenstandes namens Zeit als vielmehr Geräte zur Erzeugung gleichmäßiger Bewegungen. Solche Bewegungen lassen sich auf unterschiedlichem Wege realisieren und sind zudem von der Geometrie der Skalen unabhängig: Also etwa von der Frage, ob Translations- oder Rotationsbewegungen eingesetzt werden. Als Messgrundlage gilt dabei der Vergleich durchmessener Strecken, sodass sich die oben angesprochene methodische Reihenfolge von räumlicher und zeitlicher Rede nun in ihrer praktischen Notwendigkeit zeigt.

32Bezogen auf die Normen, welche der Herstellung von Uhren dienen und mittels derer die Funktionsfähigkeit derselben überprüft und sichergestellt werden kann, lassen sich die entscheidenden Eigenschaften von Uhren ableiten. Durch Vergleich von Bewegungen mehrerer Geräte lassen sich Homogenitätskriterien angeben, deren Erfüllung (ideativ) für die Einführung des Ausdruckes „gleichförmig“ genutzt werden kann.

„Entsprechend den methodologischen Erörterungen […] muß jetzt noch ein Ideationsverfahren angegeben werden. Zu diesem Zweck wird das chronometrische Homogenitätsprinzip aufgestellt:

sευ ∧ s´ευ ∧ a(s,υ) → a(s´,υ)

d. h. zwei Stellungen s und s’ aus dem Vorgang v (im Gerät G) sind ununterscheidbar, ‚a‘ sind dabei Aussagen, in denen keine freien Variablen vorkommen dürfen, wohl aber unter Quantoren gebunden. Durch eine in diesem Sinne zulässige Ersetzung von a durch eine Aussage, die mithilfe des Vokabulars der uhrenfreien Kinematik möglich ist, entsteht aus dem Homogenitätsprinzip (H) der Homogenitätssatz H. Beschränkt man sich auf diejenigen Aussagen A, die aus H logisch folgen, spricht man also invariant bezüglich Realisierungsmängeln über gleichmäßige Vorgänge, so soll zur terminologischen Kennzeichnung dieses Übergangs an die Stelle von ‚gleichmäßig‘ der Ideator ‚gleichförmig‘ treten. […] Ein Gerät, an dem sich ein Punktkörper (Zeiger) gleichförmig bewegt, heiße Uhr“ (Janich 1980, 202).

33Danach wäre letztlich jedes Gerät, welches Bewegungen der geforderten Art liefert, definitionsgemäß eine Uhr. Diese Unterscheidung ist allerdings keine deskriptive, sondern eine aus den Normen des Gerätebaues präskriptiv gewonnene. Die Verlässlichkeit von Zeitmessung ist also zum einen weder an den – wie gesehen scheinbaren – Charakter von Zeit als Naturgegenstand gebunden. Noch ist sie wesentlich mit dem Moment der Genauigkeit verknüpft. Unsere Rekonstruktion zeigt vielmehr, dass der entscheidende Schritt im normativen Verständnis von Zeit liegt und letztlich an die Erzwingung von Geräteeigenschaften gebunden ist.

2.5 Raum

34Der Raum ist auf den ersten Blick ein ganz selbstverständlicher und wohlvertrauter Gegenstand, der zudem innerhalb der wissenschaftlichen Tradition von allerlei Seiten eine so gründliche Behandlung erfahren hat, dass eine weitere Beschäftigung mit ihm kaum zu lohnen scheint. Was allerdings bis heute unklar bleibt, ist die Frage nach dem ontologischen Status, welcher dem Ausdruck des generischen Singulars Raum zukommen kann (vgl. z. B. Lyre 2007, 243). Identifizieren lassen sich hierbei mindestens zwei Positionen:

1. eine substantialistische Position: „Both bodies and space are substances in that bodies and space points or regions are elements of the domains of the intended models [of space-time theories] of the physical world“ (Earman 1989, 114).

2. eine relationalistische Position: „Bodies alone exhaust the domains of the intended models [of space-time theories of the physical world]“ (Earman 1989, 114).

35Stellt also der Substantialismus den Raum gleichrangig (als Entität sui generis) der körperhaften Materie gegenüber, wird im Relationalismus der Raum nur über die Menge aller möglichen Lagebeziehungen von Körpern definiert. Für beide Positionen lassen sich sowohl überzeugende als auch disqualifizierende Argumente finden, die von rein logisch-methodologischen Gründen bis hin zu relativitätstheoretischen Überlegungen reichen (vgl. Bartels 1996, Dicks 2006, Huggett 1999, Maudlin 1990, Mittelstaedt 1963).

36Um eine konstruktive Lösung für die Bestimmung und Entscheidbarkeit einer verlässlichen Theorie des Raumes zu finden, soll die Frage an die geometrische Auffassung räumlicher Formen geknüpft werden. Als Kandidat qualifiziert sich hier die euklidische Geometrie des Raumes. Lässt sich eine konstruktivistische Bestimmung der Euklidizität leisten und beispielsweise von einer nicht-euklidischen Geometrie abgrenzen (wie sie von Bolyai, Gauß und Lobatschewski durchgeführt worden ist), kann dies als Anhaltspunkt für die Bestimmung des ontologischen Status in der Rede vom Raum gewertet werden (s. u.).

37Als methodischer Anfang für die Einführung und Begründung euklidischer Geometrie müssen bestimmte Formen erzeugt werden: Als erste Form steht hierbei die Ebene zur Verfügung. Diese ist – im Unterschied zu der Reihenfolge der euklidischen Axiome – deshalb die erste Form, weil hieraus alle weiteren Formen abzuleiten sind. Erzeugen und kontrollieren lässt sich die Ebene, indem über das sog. „Dreiplattenverfahren“ drei vorgeebnete Platten wechselnd paarweise so aneinander abgeschliffen werden, dass je zwei der drei Platten verschiebbar aufeinander passen. Die jeweils dritte Platte dient dementsprechend als Kontrollplatte für die wechselseitige Passung (vgl. Dingler 1964, 177). Damit ist eine prototypenfreie Reproduzierbarkeit sichergestellt; d. h. die Ebene kann ohne Zuhilfenahme anderer Formen wiederholend erzeugt werden.

38Im zweiten Schritt können jetzt an den geebneten Körpern bestimmte Keile erzeugt werden, indem weitere Schleifverfahren angewendet werden:

„Liegen vier Körper vor, die bereits ein ebenes Oberflächenstück tragen, so kann eines als Grundebene zur Führung der drei anderen genommen werden – an den schon erhaltenen Ebenen wird nun nicht mehr geschliffen –, um ein Tripel rechter Keile zu erzeugen […].

Dieses Schleifverfahren ist ein methodisch primäres Erzeugungsverfahren für einen ‚rechten Schnitt‘ durch einen Körper. (Bei einer detaillierten Durchführung sind hier jeweils viele zusätzliche terminologische Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um Mehrdeutigkeiten und Sonderfälle auszuschließen – hier sei nur der methodische Gang der Herstellungsverfahren veranschaulicht.)“ (Janich 1992, 35 f.).

39Der dritte Schritt zur poietischen Erzeugung einer parallelen Form wird nun dadurch gewonnen, dass aus einem Keil, d. h. einem Körper mit zwei sich schneidenden Ebenen mit einem beliebigen Öffnungswinkel, ein Querschnitt vollzogen wird. Damit lassen sich zwei neue Formen gewinnen: terminologisch werden sie bei Janich (1992, 36) als so genannte „Tortenstücke“ eingeführt. Werden nun zwei durch einen Querschnitt aus einem Keil erzeugte Tortenstücke auf einer Ebene so aneinander gelegt, dass sie sich an einer der beiden Teilseiten berühren, ihre Spitzen dabei in entgegengesetzte Richtung zeigen, so wird dadurch die dritte Form hergestellt: die parallele Form zweier Ebenen. Damit sind die ersten drei räumlichen Grundformen (Ebenheit, Orthogonalität und Parallelität) im Rahmen einer prototypenfreien Reproduzierbarkeit realisiert. Ersichtlicherweise sind dadurch auch die planimetrischen Grundbegriffe definierbar: So führt der Schnitt zweier Ebenen zu einer geraden Kante; über das Tortenstück sind orthogonale Geraden bestimmt; am Doppelkeil lassen sich schließlich zwei parallele Geraden auszeichnen, die von einer dritten geschnitten werden. Längenverhältnisse können dadurch operationalisiert werden, indem über die erzeugte Parallelität bestimmte Parallelogramme konstruierbar sind, deren jeweils gegenüberliegende Seiten terminologisch als „gleichlang“ einführbar sind (weitere Schritte vgl. Janich 1997a).

40Hier lassen sich also operational an poietischen Tätigkeiten alle Stücke für die Rekonstruktion einer geometrischen Geometrie leisten. Entscheidend ist also, dass es sich nicht um bloße axiomatische Setzungen handelt, noch dass auf eine empirisch oder abstraktiv gewonnene Intuition rekurriert werden braucht. Dadurch ist aber ein Instrumentarium geliefert, um begründet die Entscheidung für eine euklidische im Gegensatz zu beispielsweise einer nicht-euklidischen Geometrie zu liefern: Die operationale Einführung paralleler Ebenen und Geraden belegt überzeugend die Annahme des Parallelenaxioms.

41Zusammenfassend lässt sich also zeigen, dass die Eigenschaften räumlicher Formen nicht Attribute eines empirischen Raumes selber sind, sondern dass sie sich auf spezifisch poietische Tätigkeiten (des Schleifens und Schneidens) an geeigneten Körpern beziehen. Erst die menschlichen Tätigkeiten und deren normierte Verfahren ermöglichen verlässliche Aussagen über Formen und Eigenschaften von physischen Körpern. Weder muss dafür eine substantialistisch-ontologische Annahme über die Unabhängigkeit des Raumes gemacht werden, noch bedarf es einer relationalistischen Vermutung, welche die spezifischen Eigenschaften räumlicher Beschreibung von Körpern ignoriert. Beide Positionen übersehen nämlich den spezifisch konstruktiv-herstellenden Charakter körperlicher Formen, die erst sinnvolle und verlässliche Aussagen über räumliche Eigenschaften ermöglichen. Aussagen über den generischen Singular „der“ Raum werden dann einfach dadurch gewonnen, dass sammelnd über diese hergestellten Eigenschaften von und an Köpern nach Größe, Position, Lage und Form gesprochen werden kann.

2.6 Stoff

42Geht man davon aus, dass der Grundbegriff der Chemie der Ausdruck „Stoff“ ist, muss dieser auch als Ausgangspunkt für die handlungstheoretische Bestimmung von verlässlichen Standards in der Chemie dienen. Umgangssprachlich wird normalerweise das Wort Stoff rein dinglich verwendet, z. B.: „ein Schwert ist aus hartem Stoff“. Auch in klassischen Lehrbüchern findet sich gewöhnlich die Einführung des Ausdruckes „Stoff“ (wenn überhaupt) über die Bezugnahme auf Elemente und Verbindungen, die dinglich-substantiell auftreten. Dadurch wird suggeriert, dass die jeweiligen Stoffe in einem hierarchischen Aufbau von Atomverbindungen bis hin zu komplexen Molekülen „von Natur aus“ gegliedert sind (vgl. Voet/Voet 1992, 15 f.). Es wird aber übersehen, dass das für diesen Aufbau nötige und investierte Wissen wesentlich ein umgängliches Können und Kennen ist, welches aus Handlungspraxen hervorgegangen ist.

43Historisch lässt sich dies dadurch belegen, dass die Entstehung der neuzeitlichen Chemie im 18. Jahrhundert vornehmlich durch bestimmte Standardisierungen von lebensweltlichen Praxen mit und an spezifischen Stoffen einzuordnen ist. Diese Praxen reichen hierbei von Bereichen der Nahrungsmittelherstellung und deren Konservierung, der Herstellung von Heil- und Arzneimitteln über Metallscheide- und Legierungskünste bis hin zu Veränderung von Stoffen für Ton-, Keramik- und Glasgegenstände (vgl. Janich 1997a, 153).

44Ein erster methodischer Schritt im Übergang von einem lebensweltlich zu einem wissenschaftlich verfassten Wissen besteht nun darin, dass die dinglichen Umgänge mit und an Stoffen durch jeweilige stoffliche Prädikationen ersetzt werden. Dadurch lassen sich die Gegenstände explizit und eindeutig charakterisieren. Allerdings können Stoffeigenschaften prädikativ einem jeweiligen einzelnen Körper je sicherer zu- oder abgesprochen werden, desto einheitlicher sie diese Eigenschaft zeigen:

„Deshalb muss sich das Bemühen, wissenschaftliche Aussagen über Stoffeigenschaften zu ermöglichen, auf die technische Herstellung von Homogenitäten richten […]. ‚Homogenität‘ heißt dabei, dass Teile eines Körpers bezüglich einer fraglichen Stoffeigenschaft ununterscheidbar sind – wie außerwissenschaftlich am besten bei den Flüssigkeiten bekannt, technisch erzeugt dann auch bei Stoffen wie Metallen, die aus einer gut verrührten Schmelze, etwa unterstützt durch Abschöpfen oder Ausgießen, hervorgegangen sind“ (Janich 1997a, 155).

45Die wesentliche Feststellung ist also, dass diese Eigenschaften nicht natürlich vorgefunden, sondern durch spezifische Herstellungsverfahren erzeugt werden. Als wissenschaftlich qualifizieren sich die Verfahren dadurch, dass sie bezüglich ihrer Ergebnisse reproduzierbar und eindeutig explizierbar sind.

46Der Ausdruck Stoff ist dann aber kein Naturprodukt mehr, sondern die wissenschaftliche Herstellung gleicher und reiner Stoffeigenschaften: d. h. Homogenität.6 Die Homogenität der Stoffeigenschaften lässt sich dabei erzielen, indem jeweils explizit bestimmte Unveränderlichkeiten (Invarianten) ausgezeichnet werden, die im Rahmen des jeweiligen Herstellungsverfahrens relevant sind. Bezieht man sich auf die (für die jeweiligen Umsetzungen) relevanten7 Eigenschaften, wie etwa „Dichte“, „Schmelzpunkt“, „Farbe“, dann folgt für den Ausdruck „Stoff“:

„Ein Abstraktor Stoff_i zeigt die invariante Rede bezüglich der Gleichheit bestimmter stofflicher Eigenschaften an. Mit dem Zusprechen des Prädikators Stoff_i wird die Homogenität bezüglich diesen Eigenschaften behauptet. Mit Prädikatoren wie ‚Eisen‘ […] behauptet man mehr als nur Stoff_i (d) über ein Ding d, nämlich:

Stoff_{1,2, …, k} (d) und s₁ = a₁ und s₂ = a₂ und … und s_k = a_k

Mit den Konstanten a_i für die Werte s i der jeweiligen stofflichen Eigenschaften i. D. h., die Eigenschaften i werden auf einen bestimmten Wert a_i fixiert“ (Hanekamp 1997, 68 f.).

47Der Abstraktor Stoff referiert demnach nicht mehr primär dinglich-substantiell, sondern bezeichnet eine Reihenform8, die nur rein klassifikatorisch fungiert. Sie bildet vielmehr die handlungspraktische Grundlage der weiteren (wiederum experimentell gestützten) Konstruktion chemischer Gesetzmäßigkeiten.9 Unter der Bedingung einer als Norm verstandenen Rede von „Massenerhaltung“ lässt sich dann weiterführend das Gesetz der multiplen Proportionen einführen und – über die Bestimmung chemischer Äquivalente – schließlich die Rede von „Atom“ und „Molekül“ (dazu weiter Hanekamp 1997).

48Wie bei Cassirer (1980), so kann auch in einer methodischen Rekonstruktion auf die Rede von Atomen zu Zwecken der chemischen Gegenstandskonstitution verzichtet werden. Diese sind als „theoretische Konstrukte“ über solche Formen von Praxen definiert, welche die Konstanz der jeweils bezeichneten Gegenstände durch handelndes Hervorbringen kontrollieren und sicherstellen:

„Es ist gar nicht nötig, realistisch über Atome und Moleküle zu reden. Die Wissenschaft Chemie verliert mit dieser Redeweise nichts als metaphysischen Ballast. Dennoch kann man natürlich über Atome und Moleküle sprechen. Man darf nur niemals den Status der verwendeten Begriffe vergessen. Ihnen eine ‚objektive Realität‘ zu attestieren ist sinnlos. Eine ‚objektive Realität‘ soll also nicht bestritten werden, d. h., wir setzen einem: ‚Es gibt Atome!‘ kein: ‚Nein, es gibt keine Atome!‘ entgegen. Das wäre ebenfalls sinnlos. Es ist ein Kategoriefehler, über theoretische Termini so zu reden, und deswegen wollen wir darauf verzichten“ (Hanekamp 1997, 90).

49Abschließend kann also analog zu den Ausdrücken Raum und Zeit konstatiert werden, dass der wissenschaftliche Gegenstand Stoff kein Naturgegenstand ist, sondern dass sich sein wissenschaftlicher Gebrauch aus den jeweiligen Handlungs- und Herstellungspraxen ableiten lässt, welche für die Verlässlichkeit der Resultate in der Chemie unabdingbar sind.

2.7 Phylogenese

50Das oben zur Grundlegung der chemischen Wissenschaften Ausgeführte gilt auch noch bei der Frage nach der historischen Herkunft der Materie, wiewohl sich bei dieser Untersuchungsrichtung Bearbeitungsansätze aus Chemie, Physik und Mathematik überlagern. Dies ist in gleicher Weise zu beachten, wenn man sich den biologischen Disziplinen zuwendet, denn für gewöhnlich wird hier der übergeordnete Status der Evolutionsbiologie – und damit die historische Betrachtung von Organismen und Lebensphänomenen – besonders betont. Aufgrund dieser zentralen Bedeutung, die bekanntlich in Dobzhanskys (1964) Diktum „nothing in biology makes sense except in the light of evolution“ gipfelte, wollen wir uns im Folgenden nur auf aktuelle Lehrbuchaussagen der evolutionsbiologischen Forschung beziehen. Zu beachten ist dabei, dass es nicht um das Phänomen „Evolution“ in seiner Totalität geht (d. h. der irreversiblen Umwandlung von Organismenverbänden im Laufe der Generationen), sondern um einen speziellen Ausschnitt, die Phylogenese: Letzteres bezeichnet die Stammesgeschichte der Organismen bzw. bestimmter Organismengruppen. Die Stammesgeschichte wird gewöhnlich in Form von Stammbäumen (Phylogrammen) dargestellt, d. h. es stehen nicht die konkreten strukturellen Umwandlungen, sondern die zeitliche Abfolge der Entstehung, und damit die verwandtschaftliche Nähe von Organismengruppen im Fokus der Betrachtung. Solche Stammbaumrekonstruktionen wurden seit Darwins Zeiten anhand von Ähnlichkeitsaussagen auf der morphologischen Ebene begründet. Auf diese Weise entstanden eine Vielzahl phylogenetischer Hypothesen, deren Ergebnisse allerdings um die Jahrtausendwende herum immer heftiger kritisiert wurden, da Vergleiche auf DNA-Ebene zu ganz anderen Ergebnissen führten. Mittlerweile (d. h. nach einer Phase erbitterter Auseinandersetzungen zwischen Morphologen und Molekularbiologen) gelten die „DNA-Stammbäume“ als eindeutig verlässlicher – die Frage ist, wie das Vertrauen in diese neuen Ergebnisse letztendlich zu begründen ist.

2.7.1 Vergleichende Morphologie: Ähnlichkeiten und Abstammungsaussagen

51Die Verlässlichkeit evolutionsbiologischer Rekonstruktionen gründet sich letztendlich auf eine kritische Auswertung von Ähnlichkeitsaussagen. Bekanntlich war die abgestufte anatomische bzw. morphologische Ähnlichkeit von Organismen (z. B. verschiedener Tiergruppen) schon lange vor Darwin im Sinne einer Abstammung von einem gemeinsamen Vorfahren gedeutet worden, und auch die Frage nach der Herkunft des Menschen musste vor dem Hintergrund dieser Hypothese überdacht werden. So lässt sich acht Jahre vor Darwins 1859 vorgelegtem Hauptwerk „On the Origin of Species“ der deutsche Philosoph Arthur Schopenhauer (in der Erstausgabe seiner „Parerga und Paralipomena“) wie folgt vernehmen:

„Jedoch, was soll man vom Pöbel erwarten, wenn es Gelehrte und sogar Zoologen giebt, welche, statt die ihnen so intim bekannte Identität des Wesentlichen in Mensch und Thier anzuerkennen, vielmehr bigott und bornirt genug sind, gegen redliche und vernünftige Kollegen, welche den Menschen in die betreffende Thierklasse einreihen, oder die große Aehnlichkeit des Schimpansees und Orangutans mit ihm nachweisen, zu polemisieren und zelotisieren“ (Schopenhauer 1988, 331).

52Der Aufweis einer „großen Aehnlichkeit“ genügte offenbar auch innerhalb der Fachwelt nicht, um den biologischen Status des Menschen im Sinne der Abstammungslehre zu verordnen. Erst die Darstellung eines nachvollziehbaren Evolutionsmechanismus durch Darwin stärkte diese Position entscheidend: Ähnlichkeiten und Unterschiede konnten jetzt detailliert anhand der Begründung von Selektionsvorteilen diskutiert werden. Kurz vor dem Erscheinen von Darwins Buch, nämlich im Jahre 1856, waren außerdem die ersten Neanderthalerknochen ausgegraben worden – die These einer schrittweisen Herkunft des Menschen aus dem Tierreich wurde danach mit weiteren Fossilfunden untermauert, es ging in der Folge also nicht mehr um die Frage der Abstammung selbst, sondern „nur“ noch um den genauen Verlauf, d. h. morphologische Umwandlungsprozesse und ihre kausale Begründung, sowie die Verzweigungsfolge der einzelnen Evolutionslinien (= Stammbaumrekonstruktion).

53Wenn von der Verlässlichkeit evolutiver Stammbäume die Rede ist, wird in der Regel auf drei Haupt-Datenquellen verwiesen, nämlich 1. Organisation und Verhalten heute vorfindlicher (= rezenter) Organismen, 2. Fossilfunde und Paläogeographie sowie 3. molekularbiologische Befunde – Letzteres stellt den vergleichsweise modernsten Zugang dar. Die historisch so ungemein wertvollen Informationen, die Fossilfunde bieten, fallen allerdings bei vielen wirbellosen und v. a. auch kleinwüchsigen Tieren weg: Die Chancen einer guten Weichteilkonservierung sind generell sehr viel geringer als bei Hartteilen wie Knochen oder Schalen. So nimmt es nicht Wunder, dass Aussagen zum Evolutionsverlauf bei diesen Tiergruppen insgesamt viel unsicherer sind als bei Wirbeltieren. In der Ära der rein vergleichend-morphologischen Evolutionsbiologie kam es hier zu etlichen krassen Fehleinschätzungen, in denen Ähnlichkeiten identifiziert wurden, die entweder zu subjektiv begründet waren oder die Möglichkeit einer unabhängigen (konvergenten) Evolution unterschätzten. Eines von etlichen Beispielen sei hier zitiert, die Behauptung einer „zweifelsfreien“ Verwandtschaft zweier Wurmgruppen, den Nematoden (Fadenwürmern) und Gastrotrichen (Bauchhärlingen):

„Lange Zeit erschienen die Nematoden als sehr isolierte Gruppe. Heute besteht kein Zweifel, daß sie mit den Gastrotrichen verwandt sind, deren marine Vertreter zahlreiche Hinweise auf die Nematoden-Organisation bieten“ (Remane et al. 1986, 125).

54Nach Aufkommen molekularbiologischer Untersuchungsmethoden konnte diese Aussage, ebenso wie zahlreiche andere, aus der vergleichend-morphologischen Forschung, nicht mehr aufrechterhalten werden10: Die Fadenwürmer zeigen genetisch keinerlei Nähe zu den Bauchhärlingen. Stattdessen ergeben sich deutliche Affinitäten zu den Arthropoden, also den Gliederfüßern (Insekten, Spinnen, Krebstiere) – ein Ergebnis, das als sensationell empfunden wurde, da von einer morphologischen Ähnlichkeit dieser Gruppen kaum die Rede sein kann (Aguinaldo et al. 1997). Die sich anschließende Auseinandersetzung um dieses (als „Ecdysozoa-Hypothese“ bekannte) Resultat steht sozusagen stellvertretend für die Diskussion neuer molekularbiologisch begründeter Stammbäume und den mit ihnen verbundenen, z. T. erheblichen Abweichungen von traditionell-morphologischen Rekonstruktionen. Nach gut zehnjähriger Debatte ist allerdings festzuhalten, dass die molekularbiologischen Positionen sich vollständig durchgesetzt haben11 und Morphologen gezwungen sind, ihre Vorstellung vom Ablauf der organismischen Evolution in vielen Punkten zu überdenken.

55Es stellt sich also die Frage, warum DNA-Merkmale verlässlicher sein sollen als morphologische Merkmale. Normalerweise wird hierauf kurz und bündig geantwortet, dass das Genom eines beliebigen Lebewesens – d. h. die Basensequenzfolge, in der sich die Gesamt-DNA darstellt – eine riesige Anzahl auswertbarer Vergleichsmerkmale zur Verfügung stellt. Außerdem lässt sich das Kriterium „Ähnlichkeit“ hier problemlos quantifizieren, d. h. auszählen und in Prozentwerten darstellen, während in der Periode der vergleichend-morphologischer Phylogenetik erbitterte Streitereien über die „Ähnlichkeit“ bzw. Ähnlichkeitsgrade anatomischer Merkmale an der Tagesordnung waren.12

56Sieht man allerdings genauer hin, so stellt man fest, dass die Verlässlichkeit „molekularer Stammbäume“ in entscheidender Weise von biochemischem und zellbiologischem Hintergrundwissen abhängt, ohne die entsprechenden Aussagen über die „Ähnlichkeit“ oder „Unähnlichkeit“ von Basensequenzen nicht in einer für die Evolutionsbiologie sinnvollen Weise vorgenommen werden könnten. Eine Erläuterung dieses Sachverhaltes führt letztendlich zu einer allgemeinen Beantwortung der Frage, wie vertrauenswürdig bestimmte evolutionsbiologische Szenarien sind.

2.7.2 Aus der Zelle auf den Bildschirm: die DNA-Sequenz als Untersuchungsobjekt

57Bekanntlich lassen sich in der Basenabfolge eines DNA-Stranges nur vier „Elementarbausteine“ unterscheiden, d. h. vier verschiedene Nukleotide, die mit A, C, G und T abgekürzt werden. Zur Lesbarmachung dieser linearen Sequenz, die mehrere Millionen Basen umfassen kann, muss eine gegebene DNA-Probe im Labor aufgereinigt, vervielfältigt und dann in der richtigen Reihenfolge „ausgezählt“ und abgespeichert werden – die letztgenannten Schritte laufen voll automatisiert und unter Nutzung natürlicher Enzyme, deren außerordentlich hohe „Kopiergenauigkeit“ in- und außerhalb der Zelle belegt ist. Der erste Schritt hin zu einem molekularen Stammbaum ist also eine verlässlich genaue Kopie natürlich vorkommender DNA-Sequenzen, und bei Erstellung derselben vertraut der Experimentator neben Aufreinigungs-Routinen und biotechnologischen Apparaturen v. a. auf die erstaunliche Leistungsfähigkeit der eingesetzten Enzyme. In ihrem Lehrbuch der molekularen Zellbiologie geben Alberts et al. (2005, 223) interessante Zahlenwerte an, um die Kopiergenauigkeit eines solchen „Replikationsenzyms“ darzustellen:13 Es macht nach allen vorliegenden Daten nur ungefähr einen Fehler pro 10⁷ kopierter Nucleotide. Mit Hilfe eines im selben Enzym vorhandenen Fehlerkorrekturmechanismus (sog. Mismatch-Reparatur) werden 99 % aller Kopierfehler berichtigt, d. h. die Fehlerquote wird nochmals auf einen Fehler pro 10⁹ kopierter Nucleotide abgesenkt. Alberts et al. (ebd.) unterstreichen diese in Zahlen bereits sehr beeindruckende Kopiergenauigkeit durch statistisch ermittelte „Unfallquoten“ aus dem alltäglichen Leben: u. a. 1 verlorenes Gepäckstück unter 200 im Fluglinien-Gepäckbetrieb, 1 Fehler auf 250 Anschläge bei einem professionellen Stenotypisten, der 120 Wörter pro Minute schreibt, 1 Toter pro 10⁴ Personen beim Autofahren in den USA.

2.7.3 Die DNA-Sequenz als Vergleichsgegenstand: korrigierte „Ähnlichkeiten“

58Ein auf molekularer Basis forschender Evolutionsbiologe kann auf dem heutigen Stand der Technik also davon ausgehen, dass er die DNA-Stränge aus den Zellen beliebiger Organismen mit sehr hoher Kopiergenauigkeit in die weitere, üblicherweise computergestützte Auswertung überführt. Bei dieser geht es, wie oben schon gesagt, primär um die Feststellung der prozentualen Ähnlichkeit bestimmter DNA-Abschnitte (unter Umständen auch des gesamten Genoms, ein Ansatz, der erst seit wenigen Jahren mit technisch vertretbarem Aufwand möglich ist und der als „Phylogenomics“ von den bisherigen Verfahren – d. h. Vergleich weitaus kürzerer Sequenzen – unterschieden wird (vgl. Telford/Copley 2005). Vor der Annahme einer evolutiven Trennung – d. h. ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren der verglichenen Organismenarten – könnte man davon ausgehen, dass die sichtbaren Unterschiede in bestimmten DNA-Abschnitten, welche auf eine vom gemeinsamen Vorläufer ererbte Sequenz zurückgehen sollen, für die weitere Analyse allein entscheidend sind. Weist also Organismus 1 eine Sequenz von ATG ACT auf, Organismus 2 an der entsprechenden Stelle aber ATG ACC, so ist es im Lauf der Auseinanderentwicklung offenbar nur zu einem einzigen Basenaustausch in diesem kurzen Bereich gekommen. Das Tückische jedoch ist, das sich hinter der „Gleichheit“ der anderen Basen viele „Ungleichheiten“ verbergen können, dergestalt, dass etwa bei Organismus 2 das erste A im Laufe der Zeit zu einer beliebigen anderen Base mutiert, dann aber nochmals zu einem A rückmutiert sein kann. Aufgrund solcher „versteckter“ Mutationen plus Rückmutation ist die Basensubstitutionsrate in aller Regel größer, als der direkte Vergleich von Sequenzen vermuten lässt. Es versteht sich deshalb von selbst, dass bei einer Ähnlichkeitsauswertung von DNA-Sequenzen zellbiologisches Hintergrundwissen eine Rolle spielen muss: Je mehr über die Mechanismen von Basensubstitutionen bekannt ist, desto genauere biochemische Korrekturmodelle können in die reinen Ähnlichkeitsauswertungen der Sequenzen einfließen. Z. B. ist bekannt, dass Basen mit Aminofunktion (A, C) sich bevorzugt in die korrespondierenden Basen mit Ketofunktion (G, T) umwandeln. Die Einschätzung von Substitutionsraten14 richtet sich nach diesem Zusatzwissen aus (vgl. Knoop/Müller 2006, 163).

59Allgemein formuliert, basieren bestimmte computergestützte Berechnungen molekularer Stammbäume auf Verfahren, in denen biochemische Modelle zur Sequenzevolution berücksichtigt werden.15 Für alle auf diesem Weg erzielten Resultate gilt, dass über den Modus der evolutiven Veränderung – nämlich die Basen-Substitutionsrate auf einem DNA-Strang – ein ausformuliertes Wissen besteht: Die Veränderungen selber, sowie ihr Zustandekommen, d. h. Aspekte ihrer Kausalität, sind modellhaft erfasst. Dieser Unterschied zu klassisch-morphologischen Argumentationen wird häufig übersehen: denn bei diesen konnte zwar gesagt werden, welche einzelnen Umwandlungen im Laufe der Evolution stattgefunden haben mussten, doch über den Modus der Veränderung bestand meist kein ausformuliertes Wissen. Die Verlässlichkeit molekularer Stammbäume beruht also nicht einfach auf den viel größeren Datenmengen bzw. Vergleichsmerkmalen, sondern aus dem Zusammenspiel dieses Faktors mit sinnvollen – d. h. modellhaft begründeten – Korrekturfaktoren, mit denen die Wertigkeit der Merkmale so präzise wie möglich erfasst werden kann. Bestimmung von Ähnlichkeiten und begründetes Wissen um den wahrscheinlichsten Ablauf einer evolutiven Veränderung steigern in ihrem Zusammenwirken die Reliabilität von phylogenetischen Szenarien. Die Feststellung von Ähnlichkeit alleine reicht sicherlich nicht aus, sie hat höchstens einen – hier allerdings zentralen – hypothesengenerierenden Effekt. Dies gilt es zu bedenken, wenn es um die Frage der Vertrauenswürdigkeit evolutionsbiologischer Aussagen geht – allzu viele beruhen auf unkritisch formulierten Ähnlichkeitsbegründungen – und sogar wenn Übergangsmodelle angelegt werden, so wäre das in diese investierte Wissen jeweils zu überprüfen, bevor von wissenschaftlicher Reliabilität ausgegangen werden kann.

3. Fazit

60Zusammenfassend konnte also gezeigt werden, dass die Verlässlichkeit wissenschaftlicher Resultate nicht über spezifische Abbildungsvorschriften von „Natur“ aus vorfindlichen Strukturen geleistet werden konnte, sondern nur im Rahmen menschlicher Praxisformen und deren spezifischen Operationalisierungen hervortritt. Anhand der jeweiligen methodischen Rekonstruktionen in den verschiedenen Disziplinen – von Arithmetik und Physik bis Chemie und (Evolutions-)Biologie – konnte dies exemplarisch vorgeführt und eingelöst werden: Nicht die Natur- sondern die jeweiligen Kulturleistungen bringen die wissenschaftlichen Standards hervor. Die dafür nötigen Kriterien werden hierbei nicht aus den jeweiligen Wissenschaften entnommen, sondern artikulieren sich in einer wissenschaftstheoretischen Reflexion auf die Wissenschaften selber. Artikulation meint deshalb hier vornehmlich, dass in der wissenschaftstheoretischen Rekonstruktion diejenigen wissenschaftlichen Kontexte zur Sprache kommen, die erst den jeweiligen Wissenschaften sinnvoll den Status der Wissenschaftlichkeit zukommen lassen. Egal also, ob es um die Strukturierung situtationsinvarianter Kontexte oder um die Etablierung eines personenunabhängigen Wissens geht, immer sind es die wissenschaftstheoretischen Reflexionen, welche den Wissenschaften das Prädikat wissenschaftlich logisch sinnvoll zuordnen können.

61Ohne diesen Status wäre es dementsprechend unmöglich, die Wissenschaften als Wissenschaften überhaupt zu verstehen. Damit ist die metasprachliche Analyse nicht etwas, was noch nachträglich den Wissenschaften beigeordnet werden kann; vielmehr wird erst durch die jeweiligen Rekonstruktionen das Fundament wissenschaftlicher Rede etabliert. Diese ist dann zugleich Grundlage für die Reliabilität und Validität der Wissenschaften selber.