Entropie und Altern: zwei Tage Köln, ein Wort, viele Bedeutungen

Drei Tage lang saßen in Köln Physiker, Biologen und Bioinformatiker im selben Raum und benutzten dasselbe Wort für sehr verschiedene Dinge. Das Wort war Entropie.

Vom 31. August bis 2. September 2026 lief im International House der Universität zu Köln der Workshop Entropy in Aging, organisiert von David H. Meyer, Maximilian Unfried und Sang Wouk Cho. Unter den Rednern waren Andreas Beyer, Aubrey de Grey, Uri Alon und Ian White. Laura, Kiarash und ich waren an den ersten beiden Tagen bei den Vorträgen. Die Workshops am dritten Tag haben wir ausgelassen, was die Entropie im Raum vielleicht sogar messbar gesenkt hat.

Gerade diese Vielfalt war für uns die wichtigste Beobachtung. Wer aus der Physik kommt, meint mit Entropie etwas anderes als jemand, der Daten auswertet oder Zellen untersucht. Das zeigt, wie jung das Feld noch ist: Welche Rolle Entropie beim Altern spielt, ist offen. Selbst die Begriffe sind noch nicht geklärt. Deshalb kam der Workshop zur richtigen Zeit. Die Veranstalter beschreiben sein Ziel auf der Website so (von uns übersetzt):

Das Treffen wird vom Tandem Project der Universität zu Köln ausgerichtet und soll Entropie als Denkmodell und als Messgröße für die Alternsforschung voranbringen.

Programm oder Zufall

Hinter dem Wort steht eine alte Grundfrage der Alternsforschung: Ist Altern ein Programm, das im Körper abläuft, oder die Folge von Zufall, der sich über die Jahre ansammelt? Programmtheorien sehen im Altern einen geregelten Ablauf, ähnlich wie die Entwicklung vom Embryo zum Erwachsenen. Zufallstheorien sehen darin Fehler und Abweichungen, die niemand geplant hat. Entropie wird in dieser Debatte häufig mit der Zufallsseite des Alterns in Verbindung gebracht. Die Idee dahinter ist, dass sich zufällige Veränderungen über die Jahre anhäufen und biologische Strukturen und Abläufe zunehmend verändern. Ob und wie sich diese Veränderungen durch Entropie beschreiben lassen, ist allerdings eine eigene Frage.

Neuen Schwung bekam die Debatte durch Alterungsuhren. Sie schätzen das biologische Alter aus Messwerten, meist aus chemischen Markierungen an der DNA. Weil sie so zuverlässig funktionieren, sehen manche darin einen Hinweis auf ein Programm: Wenn sich das Alter so genau ablesen lässt, muss ein geregelter Ablauf dahinterstecken.

Genau hier setzt eine 2024 in Nature Aging veröffentlichte Studie von Mitorganisator David Meyer und Björn Schumacher an. Die beiden simulierten Daten, in denen sich die Markierungen an der DNA oder die Aktivität von Genen rein zufällig veränderten. Schon aus diesem angesammelten Zufall ließen sich Alterungsuhren bauen. Auf echte Daten angewandt, schätzten die Uhren das Alter und erkannten Unterschiede, etwa bei Rauchen oder weniger Kalorien. Eine Alterungsuhr braucht also kein Programm, um zu ticken. Angesammelter Zufall, also genau das, womit Entropie in dieser Debatte häufig in Verbindung gebracht wird, könnte schon erklären, warum sie so verlässlich läuft. Ein Programm schließen die Autoren ausdrücklich nicht aus.

Das Modell hat allerdings eine Voraussetzung: einen Ausgangszustand, von dem aus sich der Zufall ansammelt. Dazu passt ein Befund von Csaba Kerepesi und Kollegen aus dem Jahr 2021. Bei Maus und Mensch zeigen Alterungsuhren, dass der Embryo in einer frühen Phase jünger wird, bevor sein biologisches Alter wieder steigt. Diesen tiefsten Punkt nennen die Autoren „ground zero“ und sehen darin den Beginn des Alterns. Damit gibt es einen möglichen Startpunkt, den das Modell braucht.

Ein Wort, mehrere Bedeutungen

Wenn angesammelter Zufall erklären könnte, warum Alterungsuhren ticken, stellt sich die Frage: Was ist Entropie überhaupt? Die Frage ist nicht neu. Schon 2007 sah Leonard Hayflick in einem Beitrag in PLoS Genetics in der Entropie die Erklärung für das Altern. Zugleich kritisierte er, wie unklar viele Begriffe in dem Feld verwendet werden. Neunzehn Jahre später ist dieses Problem noch nicht gelöst.

Im Alltag heißt Entropie oft einfach Unordnung. Fachleute meinen damit aber je nach Fach etwas anderes. In der Physik geht es ums Zählen: Wie viele Möglichkeiten gibt es, die Teilchen eines Systems anzuordnen, ohne dass sich das Gesamtbild ändert? Je mehr Möglichkeiten, desto höher die Entropie. In der Informationstheorie geht es um Überraschung: Wie schwer lässt sich vorhersagen, welches Ergebnis herauskommt? Eine Münze, die immer Kopf zeigt, hat keine Entropie. Eine faire Münze hat die höchste, die mit zwei Seiten möglich ist.

In der Alternsforschung ist meist die zweite Bedeutung gemeint: Wie unvorhersehbar sind die Messwerte? Dann muss man festlegen, was genau man betrachtet, etwa Markierungen an der DNA, die Aktivität von Genen oder die Mischung von Zelltypen in einem Gewebe. Je nach Wahl misst dieselbe Rechnung etwas anderes. Zwei ganz verschiedene Muster können sogar denselben Wert ergeben. Ein Entropiewert sagt also erst etwas, wenn klar ist, worauf er sich bezieht.

Auch die Physik liefert keine fertige Antwort. Oft heißt es, Altern folge einfach aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, nach dem die Entropie nie abnimmt. Das gilt aber nur für ein isoliertes System. Der Körper ist keines, denn wir essen, atmen und geben Wärme ab. So kann in uns Ordnung erhalten bleiben, während die Entropie von Körper und Umgebung zusammen steigt. Ein Kühlschrank macht es vor: innen kalt, hinten warm, die Stromrechnung zahlt den Unterschied. Das Gesetz allein erklärt das Altern also nicht.

Viele Blickwinkel

So verschieden wie die Bedeutungen des Wortes waren auch die Blickwinkel der Redner. Vier Beispiele aus der veröffentlichten Forschung zeigen die Spannweite: von Genen über das Sterberisiko bis zur Frage, wie man die Wirkung von Interventionen misst. Nicht alle dieser Studien haben Entropie im engeren Sinne gemessen. Sie untersuchen aber Prozesse, die häufig mit dem Begriff in Verbindung gebracht werden, also zufällige Veränderungen oder den Verlust von Koordination.

Zusammenspiel der Gene

In einer 2024 veröffentlichten Studie haben Ana Carolina Leote, Francisco Lopes und Andreas Beyer untersucht, wie Gene im Alter zusammenarbeiten. Gene wirken nicht allein, sondern regeln sich gegenseitig. In acht menschlichen Geweben blieben die meisten dieser Verbindungen im Alter erhalten. Schwächer wurden vor allem Verbindungen zwischen Genen, die in der Zelle verschiedene Aufgaben haben, während andere sogar stärker wurden. Altern heißt hier also nicht, dass alles gleichmäßig in Unordnung gerät. Vor allem lässt die Abstimmung zwischen verschiedenen Aufgaben der Zelle nach.

Sterberisiko

Omer Karin, Uri Alon und Kollegen nutzen Zufall, um zu erklären, warum das Sterberisiko im Alter so steil ansteigt. In ihrer Studie von 2019 fanden sie, dass seneszente Zellen im Alter langsamer beseitigt werden als bei jungen Tieren. Das sind Zellen, die sich nicht mehr teilen, aber auch nicht absterben. Weil sie langsamer verschwinden, bleiben zufällige Schwankungen in ihrer Zahl länger bestehen und Unterschiede zwischen Individuen nehmen zu. Im Modell der Autoren tritt der Tod ein, sobald diese Schwankungen eine Schwelle überschreiten. So lässt sich das Gompertz-Gesetz nachbilden: Ab dem Erwachsenenalter verdoppelt sich das Sterberisiko in festen Abständen, beim Menschen etwa alle acht Jahre. Ein langsamerer Abbau und die Schwankungen, die daraus folgen, reichen in diesem Modell also aus, um den steilen Anstieg zu erklären.

Omega-3 und Alterungsuhren

Auch Karsten H. Weylandt sprach in Köln. Er forscht seit Jahren zu Omega-3-Fettsäuren. Wie vorsichtig man Messwerte in diesem Gebiet deuten muss, zeigt die DO-HEALTH-Auswertung. In einer nachträglichen Analyse mit 777 Menschen ab 70 Jahren zeigten diejenigen, die drei Jahre lang täglich ein Gramm Omega-3 bekamen, auf drei epigenetischen Uhren (PhenoAge, GrimAge2 und DunedinPACE) etwas weniger Alterung, insgesamt etwa drei bis vier Monate. Das ist eine Veränderung von Messwerten. Sie zeigt nicht, dass diese Menschen länger gesund leben. Nach der Studie von Meyer und Schumacher bleibt zudem offen, ob die Uhren dabei ein Programm erfassen oder angesammelten Zufall.

Kombinierte Interventionen

Joachim Krug, theoretischer Physiker an der Universität zu Köln, blickt aus der Physik auf die Lebensdauer. Mit Kollegen hat er 2018 in der Zeitschrift Biology eine Methode beschrieben, mit der sich prüfen lässt, ob zwei Interventionen zusammen stärker wirken als erwartet oder einfach unabhängig voneinander. Sie sagt voraus, wie die Überlebenskurve aussieht, wenn beide unabhängig wirken, also wie viele Tiere zu jedem Zeitpunkt noch leben. In Daten aus dem Fadenwurm wirkten die Interventionen meist fast unabhängig voneinander, auch wo der übliche Vergleich der mittleren Lebensdauer ein stärkeres Zusammenspiel nahelegte. Wer die ganze Kurve betrachtet statt nur einen Mittelwert, kommt also zu einem anderen Schluss.

Was wir mitgenommen haben

In Köln trafen Fächer aufeinander, die mit Entropie noch Verschiedenes meinen. Das spricht nicht gegen den Workshop, sondern zeigt, wo das Feld steht. Genau dafür war der dritte Tag gedacht: In Arbeitsgruppen sollten die Teilnehmer einen Fahrplan für das Feld entwerfen und die Begriffe vereinheitlichen. Was dabei herauskam, können wir nicht berichten, weil wir nicht dabei waren. Nötig ist dieser Schritt aber, denn ob Altern eher Programm oder angesammelter Zufall ist, lässt sich erst klären, wenn alle wissen, was sie messen.

Mitgenommen haben wir deshalb vor allem bessere Fragen. Wenn jemand sagt, eine Maßnahme senke die Entropie: Was genau hat sich verändert, in welchem Gewebe und was bedeutet das für den Körper? Wenn eine Alterungsuhr ausschlägt: Zeigt sie ein Programm oder angesammelten Zufall? Diese Fragen kann man schon heute stellen, auch bevor sich alle Fächer auf ein gemeinsames Maß geeinigt haben.