Unser Planet, die Erde, ist derzeit der einzige, von dem wir mit Sicherheit wissen, dass darauf Leben existiert. Der Beginn des Lebens liegt in der Erdgeschichte unglaublich weit zurück. Noch immer gibt es viele Rätsel, welche Prozesse zur Bildung des Lebens geführt haben.
Definition von „Lebewesen“
Doch was ist eigentlich „Leben“? Als Lebewesen werden in der Biologie alle Organismen definiert, die folgende Eigenschaften haben:
a) Sie können sich bewegen.
b) Sie betreiben Stoffwechsel.
c) Sie reagieren auf Reize.
d) Sie können sich selbstständig fortpflanzen und vermehren.
e) Sie wachsen.
Diese fünf Kennzeichen lernen wir alle im Biologieunterricht. Doch ist das alles auch wirklich richtig? Einigen Wissenschaftlern ist das bereits zu weit gefasst. Auch die primitivsten Formen des Lebens, die noch keine Reizwahrnehmung besaßen oder wachsen konnten, waren ja irgendwie doch schon „lebendig“.
Und was ist mit den Viren? Viren gibt es auch schon seit Ewigkeiten, und sie stehen im engen Zusammenhang zu der Evolution des Lebens. Zwar können sich Viren nicht selbstständig fortpflanzen, sie reagieren auch nicht auf Reize und betreiben auch keinen Stoffwechsel. Aber sie können sich vermehren, indem sie andere Zellen infiltrieren. Auch Viren werden durch die DNS (englisch: DNA) codiert, und dieser Code kann sich verändern. Viren unterliegen somit den gleichen Faktoren der Evolution wie alle „echten“ Organismen. Sie können auch mutieren und sich weiterentwickeln. Viele Evolutionsbiologen sind heute davon überzeugt, dass Viren auch eine wichtige Rolle bei der Evolution anderer Organismen spielten. Durch sie könnten z.B. die Zellorganellen entstanden sein, die wir heute in allen Lebewesen finden.
Die Definition von „Leben“ ist also nicht ganz eindeutig. Und somit ist auch der Beginn des Lebens nur schwer zeitlich zu definieren.
Die Entstehung des Universums, des Sonnensystems und der Erde
Das Universum ist etwa 13 Milliarden Jahre alt. Nach den modernen Theorien der Physik ist es aus einer einzigen Singularität heraus entstanden. Alle Materie, aus denen alle Sternenhaufen, Galaxien, Sterne und ihre Planeten bestehen, war einst an einem einzigen winzigen Punkt vereint. Und dann kam der Urknall: In einer gewaltigen Explosion dehnte sich das Universum blitzschnell aus. Raum und Zeit existierten vorher noch gar nicht, sodass es ein „vorher“ eigentlich gar nicht gibt.
Das Hadaikum: Der Ursprung unserer Erde
Unsere Erde, auch unser ganzes Sonnensystem ist aber erst vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden und dementsprechend noch verhältnismäßig jung. Das erste Äon unserer Erdgeschichte nennen wir Hadaikum, benannt nach dem griechischen Gott der Unterwelt, Hades.
Die Entstehung des Mondes
Der derzeit schlüssigsten Theorie zufolge kollidierte die Proto-Erde kurz nach ihrer Entstehung mit einem anderen, kleineren Planeten namens Theia. Bei dieser gewaltigen Kollision verschmolzen die Planeten miteinander. Ein kleinerer Teil der Gesteinsmassen wurde jedoch herausgeschleudert. Dies bildete zuerst einen Ring aus kleineren Gesteinsfragmenten, ganz ähnlich wie ihn heute noch der Saturn hat. Der Ring verdichtete sich jedoch im Laufe der Zeit und fing alle die Erde umkreisenden Gesteinsbrocken ein. So bildete sich schließlich unser Mond, der die Erde seither als treuer Begleiter umkreist.
Die Entstehung der Ozeane
Auch der Mond hat mit seiner Gravitationswirkung immensen Einfluss auf die Erde und das Leben auf ihr. Durch den Mond werden u.a. die Gezeiten verursacht, also Ebbe und Flut. Die Meere sollten allerdings erst einige Zeit später entstehen. Zuerst musste unsere Erde – damals noch ein Glutofen mit einer aus flüssigem Gestein bestehenden Oberfläche – sich abkühlen. Schon im Hadaikum entstanden durch Ausgasung des im Erdinneren enthaltenen Wassers die ersten Wolken aus Wasserdampf. Weiteres Wasser gelangte aber vor allem durch Meteoriten auf die Erde, in der Zeit des „großen Bombardements“. Wasserreiche Himmelskörper, wahrscheinlich vor allem aus dem Asteroidengürtel, trafen damals im Dauerfeuer die junge Erde. Möglicherweise gab es auf der Erde aber schon in ihrer Frühzeit flüssiges Wasser. Wegen des extrem hohen atmosphärischen Drucks haben sich vielleicht auch schon bei Temperaturen weit über 100°C die ersten Meere gebildet.
Die Entstehung der Erdkruste und der Kontinente
Die Oberfläche der Erde kühlte sich allmählich ab. Sie bildete nun eine dünne, jedoch feste Kruste, die auf einem flüssigen Erdmantel treibt. Diese Plattentektonik ist ein wesentliches Merkmal unserer Erde, und der Kontinentaldrift bestimmt ihr ganzes Aussehen bis heute. Bereits vor 4,3 Milliarden Jahren begannen die Kontinente ihre Wanderung. Und dieser Kontinentaldrift ist einer der wesentlichsten Elemente für den Beginn des Lebens. Ohne die sich ständig ändernden Lebensbedingungen auf der Erde gäbe es keine Evolution!
Das Archaikum – Die Erde wird bewohnbar
Zu Beginn des nächsten Äons, im Archaikum, stabilisierte sich schließlich auch das durch den rotierenden Eisenkern gebildete Erdmagnetfeld. Vor 3,8 Milliarden Jahren endete auch das „Große Bombardement“, Meteoriteneinschläge wurden jetzt immer seltener. Die kochenden Ozeane kühlten sich weiter ab und auf der Oberfläche herrschten nun Temperaturen zwischen 50 und 30°C. Dies brachte nun endlich Bedingungen mit sich, unter denen Leben existieren kann. Wann das Leben auf der Erde tatsächlich begann, ist anhand der vielen Unsicherheiten aber kaum mit Sicherheit zu sagen. Genauso wenig ist das „Warum“ zu klären. Das ist aber auch eigentlich eher eine Frage für die Philosophen und Theologen als für die Naturwissenschaftler.
Vor 3,5 Milliarden Jahren haben wohl die ersten frühen Formen des Lebens auf der Erde ihre Spuren hinterlassen. Forscher entdeckten in Südafrika mikroskopisch kleine Fäden, die als die Überreste von primitiven Cyanobakterien interpretiert werden. Auch die Genetiker vermuten durch Rückrechnungen der mitochondrialen Uhr, dass sich der „Last Universal Common Ancestor“ (LUCA), also der letzte gemeinsame Vorfahren allen Lebens, in dieser Zeit entwickelte.
Unsicherheit über den Beginn des Lebens
Doch manche Forscher werfen ein, dass diese Spuren auch anorganisch, also durch natürliche, geologische Prozesse zu erklären sind. Auch die mitochondriale Uhr ticke bei frühen Lebensformen ganz anders und ungenau. Sie setzen den Beginn des Lebens deshalb in deutlich jüngere Phasen der Erdgeschichte. So könnte das älteste Leben auch eine ganze Milliarde Jahre jünger sein als bislang angenommen!
Nach der derzeit gängigste Theorie zur Entstehung des Lebens geht die Entwicklung erster stoffwechselbetreibender Organismen auf Eisen-Schwefel-Oberflächen zurück. Diese sind heute noch in der Umgebung von vulkanischen Ausdünstungen („schwarzen Rauchern“) zu finden. In der Frühzeit des ersten Lebens war die Atmosphäre noch reich an Gasen wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Die Ozeane enthielten dagegen noch hohe Konzentrationen von Eisen und Nickel. In solchen Milieus gedeihen noch heute primitive Archaeen, die weder auf Sauerstoff noch auf Sonnenlicht für ihren Stoffwechsel angewiesen sind. Andere Forscher sind der Ansicht, dass die ersten Aminosäuren sich nicht auf der Erde bildeten, sondern dass die Grundbausteine des Lebens von Meteoriten auf die Erde gebracht wurden. Vielleicht sind wir also alle eigentlich Aliens!
Die Herkunft des atmosphärischen Sauerstoffs
Sauerstoff war zu dieser Zeit auf unserem Planeten noch so gut wie gar nicht vorhanden. Erst vor etwa 3,2 bis 2,8 Milliarden Jahren sollte sich das ändern. Zu dieser Zeit entwickelten einige Mikroorganismen die Fähigkeit, mithilfe von Sonnenlicht Stoffwechsel zu betreiben und aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Energie zu erzeugen. Als Abfallprodukt entstand dabei Sauerstoff. Diese „Technologie“, bekannt als Fotosynthese, wenden heute noch viele Einzeller, aber auch die Pflanzen an. Die sich langsam erhöhende Sauerstoffkonzentration hatte massive Auswirkungen auf das Klima. Der Kohlenstoffdioxid-Anteil sank nun nämlich ab und der Treibhauseffekt wurde schächer. Auch die Ozonschicht bildete sich zu dieser Zeit und warf einen großen Teil der wärmenden UV-Strahlung zurück ins All. Vor 2,8 Milliarden Jahren kam es deshalb zu einer ersten Eiszeit: Am Südpol bildete sich ein dicker Gletscherschild. Die weltweiten Durchschnittstemperaturen sanken rapide ab, auf nur etwa 10°C. Die Erde war damals also kälter als heute.
Das Proterozoikum – Das Äon der großen Langeweile
Vor etwa 2,45 Milliarden Jahren, an der Grenze zum Äon des Proterozoikum, kam es zu einer Katastrophe. Damals steig die Konzentration des Sauerstoffs auf etwa 0,4%. Wir Menschen hätten in dieser Atmosphäre unmöglich atmen können, doch für viele Mikroorganismen war das schon zu viel. Beim ersten großen Massenaussterben der Erdgeschichte wurden viele einzellige Lebensformen ausgelöscht, für die der Sauerstoff nämlich giftig war. Das in den Meeren gelöste Eisen reagierte mit dem Sauerstoff und begann zu „rosten“: Alle Weltmeere waren damals wahrscheinlich blutrot!
„Kurz“ darauf begannt bereits das nächste Eizeitalter: diesmal sanken die Temperaturen aber so weit ab, dass der gesamte Planet überfror! Die Erde verwandelte sich vor etwa 2,3 Milliarden Jahren, während der Huronischen Eiszeit, in einen einzigen großen Schneeball. Die weltweiten Durchschnittstemperaturen sanken auf unter -20°C, und das für etwa 300 Millionen Jahre!
Die „Boring Billion„
Als die Erde vor etwa 2 Milliarden Jahren wieder auftaute, könnte man erwarten, dass das Leben nun endlich zu seinem großen Wurf ausholte. Doch nö. Nichts dergleichen passierte. Möglicherweise entstanden vor etwa 1,8 Milliarden Jahren schon erstmalig die frühesten Kulturen aus mehreren Zellen. Doch entwickelten die sich aus irgendeinem Grund kaum weiter! Die Zeit von vor 1,8 bis 0,8 Milliarden Jahren nennen Forscher deshalb die „Boring Billion“ (langweilige Milliarde). In dieser Zeit ereignete sich weder geologisch noch biologisch irgendetwas von besonderer Relevanz.
Der Grund könnte sein, dass in dieser Zeit die Plattentektonik extrem stabil war. Die Kontinente bildeten damals die meiste Zeit eine einzige große Landmasse, die man in der Anfangszeit Columbia, nach einem kurzzeitigen Auseinanderbrechen und einer anschießenden Wiedervereinigung Rodinia nennt. Die Landmassen trieben entlang des Äquators hin und her, doch ohne dass geologische Kräfte auf ihr Gebirgsmassive auftürmten. Jeder kleine Hügel wurde so von der Erosion sofort wieder abgetragen. Die Erde war komplett glattgeschmirgelt und der landschaftlich wohl langweiligste Planet im gesamten Sonnensystem. Ohne Gebirge wurden durch die Flüsse auch kaum Mineralien in die Ozeane getragen, sodass die Evolution des Lebens dort stagnierte. Da sich die Lebensbedingungen in dieser Zeit kaum änderten, bestand für die Lebewesen ebenfalls keine Notwendigkeit dazu.
Erst vor etwa 800 Millionen Jahren sollte sich das ändern. Der Beginn des Lebens, also des höheren Lebens, ereignete sich dementsprechend erst im letzten Fünftel der gesamten Erdgeschichte! Doch dazu mehr im nächsten Kapitel!
Folgende Episoden aus der Reihe „Die Geschichte unserer Erde“ sind außerdem bereits erschienen:
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Eine Reise durch die Zeit
Der Beginn des Lebens auf unserer Erde Der Jura Die Kreide Das Paläogen Das Neogen Das Quartär Die Welt der Zukunft |
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1 thought on “Episode III – Der Beginn des Lebens auf unserer Erde”