Evolution
- Wie entstand das Leben auf der Erde?
|
Startseite
|
Evolution
aus naturwisschaftlicher Sicht
0. Vorwort
1.
Frühere Ansichten über die spontane Entstehung von Leben
2. Die
chemische Entwicklung der Erdatmosphäre
3.
Die
Entstehung organischer Kleinmoleküle, Theorie der "Ursuppe"
4. Das Problem der
UV-Strahlung und der Urey-Effekt
5. Die klass.
Theorie in der Krise: Wächtershäuser und die Theorie des
Biofilms
6. Keime des Lebens
in der Tiefsee
7. Von der Theorie
des Biofilms zu Karl Stetters "Pyritorganismen"
8. Erstes Leben, DNS
und die Rolle der Enzyme
9.
Quasispezies und
Hyperzyklen
10. Entstehung der ersten Urorganismen
11. Meteoriten könnten Schlüssel zur
Entstehung des Lebens sein
12.
Literaturhinweise
Der neue Ursprung des
Lebens
1. Der neue Ursprung des Lebens
2. Katzengold
3. Die Evolution des Lebens
4. Leben: Woher es kam
Pflanzen und Tiere erobern das Land
Wie die Tiere vom Wasser aus das
Land eroberten
Seit wann
gibt es Halbaffen, Menschenaffen und Affen?
Die menschliche
Evolution
0.
Vorwort Top
Kein
Thema berührt, mit Ausnahme der Kosmologie, das
Selbstverständnis des Menschen so sehr, wie das der Entstehung des
Lebens auf der Erde. Heute, nach jahrtausendelanger Vorherrschaft
mystischer Schöpfungsvorstellungen, beginnt sich der Nebel der
Unwissenheit ganz allmählich zu lichten. Obwohl wir noch immer
nicht in der Lage sind (und es vermutlich auch niemals sein werden), den Verlauf des Lebens in allen
Details zu rekonstruieren, das heißt die historisch
einmaligen Randbedingungen und komplexen chemischen
Vorgänge, die sich in grauer Vorzeit auf der Erde abspielten,
vollständig zu entflechten, sind wir dennoch in der Lage, die
Notwendigkeiten,
das heißt die physico-chemischen Mechanismen im Labor zu
erforschen. Anhand der experimentellen Ergebnisse lassen sich dann
Rückschlüsse ziehen, unter welchen Bedingungen irdisches
Lebens möglicherweise entstanden ist, so daß wir die
chemische Evolution naturwissenschaftlich erforschen und wenigstens im
Allgemeinen und Prinzipiellen verstehen und erklären können.
Dies unterscheidet naturalistische Entstehungstheorien von
supernaturalistischen (göttlichen) Schöpfungsvorstellungen,
denn die
postulierten, übernatürlichen Vorgänge lassen sich nicht
empirisch-wissenschaftlich erforschen, können letztlich immer nur
geglaubt werden und tragen nichts zum kausalen Verständnis der
Vorgänge in der Welt bei. Der Prozeß der Lebensentstehung,
den es zu erklären gilt, wird mit anderen Worten nur in ein
unerforschliches Mysterium ausgelagert. Eine
erklärungsmächtige, wissenschaftliche, rational
begründete Schöpfungstheorie kann es daher nicht geben, so
daß sie nicht als ernstzunehmende Alternative zum
naturalistischen Konzept infragekommt.
Nichtsdestotrotz erfreuen
sich Schöpfungstheorien, die die Entstehung und Entfaltung des
Lebens auf den "unforschlichen Ratschluß" des Schöpfers
zurückführen und uns eine kosmische Geborgenheit sowie einen
festen Platz im Weltgefüge versprechen, nach wie vor großer
Beliebtheit. So ist heute bei einer steigenden Zahl von Menschen die
Evolutionstheorie wieder "out", die These der biblischen
Weltschöpfung dagegen "in". Der vorliegende, populärwissenschaftlich geschriebene Essay soll
dem Leser hingegen eine konsequent naturwissenschaftliche
Sichtweise der Lebensentstehung vermitteln und zeigen, daß auch und gerade die modernen, naturalistischen
Naturwissenschaft faszinieren kann, weil nur sie den
Schlüssel zum kausalen Begreifen der Vorgänge in der Natur in
sich trägt. Denn wenn man die Evolution mitbedenkt, kommt zum
Staunen über die innige Verflechtung von Ursache und Wirkung der
chemischen Prozesse in der Natur das Staunen über die
Selbstorganisation der Materie, deren Prinzipien sie zu immer neuen
Erscheinungsformen lenken konnte.
Demgegenüber wirken die
"Erklärungen" und "Argumente" der Verfechter einer
Schöpfungslehre mühsam und unglaubwürdig. Das einzige,
was tatsächlich als Erklärung gelten kann, ist die Aussage,
daß der Schöpfer die Welt, die physico-chemischen Prinzipien
und das Leben auf mysteriöse Weise und aus irgend einem Grunde so
erschaffen hat, wie es ihm gefiel. Damit werden die methodologischen
Prinzipien der Naturwissenschaft verlassen und zerstören das
intellektuelle Verlangen nach kausalem Begreifen der Welt. Erst das Verständnis der Kausalbeziehungen lehrt uns,
daß wir im Lichte naturalistischer Theorien keinesfalls aus der
weltlichen Geborgenheit herausgerissen werden, sondern daß wir
uns erst recht in einem rein naturgesetzlich verstehbaren Universum
zuhause fühlen dürfen. "Das unbegreifliche und
faszinierende an der Welt ist," so hatte Einstein
sinngemäß einmal festgestellt, "daß wir sie
verstehen können."
1.
Frühere Ansichten über die spontane Bildung von Leben Top
Die Entstehung des Lebens
Eines
der Urgeheimnisse dieser Erde, die Entstehung des Lebens, war
jahrtausendelang ein unlösbares Mysterium und wurde lange Zeit nur
der Kraft einer geheimnisvollen göttlichen Schöpfung
zugeschrieben. Rund 300 vor Christus war Aristoteles noch
überzeugt, daß "Würmer, Motten und Kröten spontan
durch göttliche Schöpfung aus nasser Erde, Bienen aus
Exkrementen" entstünden. Die Beobachtung des Alchimisten
Helmont schien etwa im Jahre 1577 die Theorie der
spontanen Genese aller Kreaturen zu stützen. Er gab
Getreidekörner und schmutzige Wäsche zusammen und
beobachtete, daß dem Gemenge nach einiger Zeit Mäuse
entsprangen. Seine Schlußfolgerung war einfach: Ein Stoff in der
verschmutzten Wäsche mußte unmittelbar zur Bildung von
Mäusen führen. Bald darauf schien die "Tatsache", daß
sich aus toten Tierkörpern Fliegen und Maden sowie aus Rinderkot
Bienen "entwickelten", zu zeigen, daß die Abiogenese offenbar das
Vorhandensein organischer Materie voraussetzte (siehe Abbildung 1).
Die "spontane Urzeugung" schrieb man einer geheimnisvollen Vitalkraft,
der sogenannten vis vitalis zu, derzufolge Leben nicht
aus anorganischer, toter Materie, sondern nur aus organischen
Substanzen gebildet werden konnte.

Abbildung 1: Im 16. Jahrhundert
glaubte man, daß Mäuse spontan aus Getreide und schmutziger
Wäsche, Bienen aus Tierkot und Fliegen aus Muskelfleisch
entstünden. Später erkannten Alchimisten, daß Fliegen
und Bienen nur dann "entstehen", wenn Muskelfleisch und Kot nicht von
der Umwelt abgeschlossen sind.
Andere Wissenschaftler
widersprachen derartigen Thesen heftig und vertraten die Meinung,
daß Lebewesen stets nur aus Lebewesen ihrer Art hervorgehen
könnten. Allerdings hatte noch Lamarck,
der 1809 (im Geburtsjahr
Darwins) erstmals eine Evolutionstheorie niedergeschrieben hatte, noch
die Idee spontaner Urzeugungen1
verfochten; ein Gedanke, der im 18. und
beginnenden 19. Jahrhundert allgemein weit verbreitet war. Erst im
Jahre 1884 wurde der Disput entschieden, nachdem der französische
Arzt Louis Pasteur in einer Reihe von Versuchen zeigen
konnte, daß sich Mikroorganismen keinesfalls spontan bilden
können: "Omne vivum e vivo", alles Leben stammt von
Leben ab.
1Der Begriff Urzeugung
oder Spontanzeugung (Abiogenese) bezeichnet die heute nicht mehr
vertretene Auffassung, dass Lebewesen spontan und zu jeder Zeit von
neuem aus unbelebter Materie entstehen.
Diese Erkenntnis
Pasteurs, welche die endgültige Klärung dieser Frage
erbrachte, hat bis heute Gültigkeit. Lebewesen können unter
den gegenwärtig herrschenden irdischen Bedingungen nicht spontan
aus unbelebter - sei es organische oder anorganische - Materie
entstehen. Allerdings sagt diese Feststellung nichts über die
Möglichkeit spontaner Urzeugungen unter ganz anderen
Verhältnissen, als sie heute auf der Erde herrschen, aus. Gab es
möglicherweise in einer früheren Epoche der Erdgeschichte
Bedingungen, welche die spontane Entstehung von Leben aus anorganischer
Materie ermöglichten oder welche Leben gar zwingend (im Sinne
einer Konsequenz der Urchemie) hervorbringen mußten? Gab es
womöglich eine Urschöpfung weitab vom Terrain
religiös-mystischer Vorstellungen über eine göttliche
Intervention?
2.
Die chemische
Entwicklung der Erdatmosphäre
Top
Wie
man diversen Lehrbüchern über terrestrische (irdische)
Bedingungen
entnehmen kann, besteht die Luft zu rund 78% aus Stickstoff und zu 21%
aus Sauerstoff. Man spricht ob des hohen Gehalts an Sauerstoff von
einer oxidierend wirkenden Atmosphäre, die
über kurz oder lang Stahlblech zum Rosten bringt, organische
Substanzen chemisch angreift und Lebewesen altern läßt. Doch
sie ist auch stets eine lebensspendende Atmosphäre, ohne die
gegenwärtig kein Leben möglich wäre. Die Wissenschaft
ist heute anhand von Gaseinschlüssen in
der Lage, in uralten
Gesteinsschichten schlüssig zu belegen, daß die
Zusammensetzung unserer Atmosphäre bereits vor rund 350 Millionen
Jahren, in der erdgeschichtlichen Epoche des Perm also, im wesentlichen
dieselbe war wie heute. Der aggressive Sauerstoff (insbesondere in Form
atomarer Radikale, die chemisch nicht abgesättigten Valenzen
enthalten) verhindert aber jede spontane Entstehung von Leben,
zerstört zahlreiche organische Verbindungen rasch und wirkt fast
ebenso stark oxidierend wie elementares Chlor. Selbst niedrige
Chlorkonzentrationen in der Atemluft führen zu schweren Lungen-
und Hautverätzungen und nach kurzer Zeit zum Tode. Nur einem
ausgeklügelten Enzymsystem im Stoffwechsel eines jeden Lebewesens
ist es zu verdanken, daß wir nicht binnen kurzer Zeit durch
Luftsauerstoff getötet werden.
Gehen wir allerdings in
der Erdgeschichte an den Anfang zurück, stellen wir fest,
daß sich der chemische Aufbau der Atmosphäre wesentlich vom
heutigen unterschieden und sich während Jahrmilliarden mehrmals
geändert haben muß. Erst vor gut 350 Millionen Jahren war
ein chemisches Gleichgewicht erreicht, das bis heute - von
geringfügigen säkularen (irdischen) Schwankungen abgesehen -
recht stabil
geblieben ist. Unser naturwissenschaftlicher Kenntnisstand versetzt uns
in die Lage, die Entwicklung der Erdatmosphäre während der
langen Zeiträume der Erdgeschichte chronologisch nachzuvollziehen.
Daraus ergibt sich in etwa folgendes Bild:
Als vor 4,6
Milliarden Jahren die Erde durch die Zusammenballung kosmischer
Materie entstand (Das Universum entstand vor etwa 13 Milliarden
Jahren.), mußte die Oberflächentemperatur der Erde
weit über 1000 Grad Celsius betragen haben, aufgrund radioaktiver
Zerfallsprozesse, Meteoriteneinschläge und der adiabatischen
Kontraktionswärme glutflüssig gewesen sein. Die hohe
Temperatur bewirkte, daß sich die damals bereits vorhandene
sogenannte Uratmosphäre
("Primordialatmosphäre") weitestgehend in den Weltraum
verflüchtigte und dabei der Anteil an Wasserstoff, Stickstoff,
Kohlenoxiden und Edelgasen um mindestens den Faktor 1000 abnahm. Es
gingen überwiegend Wasserstoff, Helium, Argon, Wasser, Ammoniak,
Methan, und Kohlendioxid verloren. Spekralanalysen der
erdferneren Planeten Jupiter und Saturn legen folgende Zusammensetzung
der Atmosphären nahe: Neben Wasserstoff und Helium bilden Methan
und Ammoniak die Hauptbestandteile. Auf der Erde verflüchtigten
sich jedoch Wasserstoff und Helium, so daß Methan und Ammoniak
in der Uratmosphäre verblieben sein dürften.
Vor etwa 4,2
Milliarden Jahren hatte sich die Erde soweit abgekühlt,
daß sich flüssiges Wasser auf ihr halten konnte, das
beständig aus dem Erdinnern ausgaste. Wie man heute weiß,
waren die Gase dieser nachfolgenden ersten Atmosphäre allesamt
vulkanischen Ursprungs. Nach der Abkühlung der Erdoberfläche
setzte zudem eine Fragmentierung ein, die zu dem typischen Aufbau des
Erdinnern führte. Zeitgleich bildeten sich das Weltmeer und die
Atmosphäre aus.
Diese sogenannte erste
Atmosphäre ging aus einem gewaltigen
Hochofenprozeß hervor, der zu einer Reduktion von Eisen- und
Nickeloxiden führte. Die reduzierten Metalle sanken in die Tiefe
ab und bildeten den Erdkern. Dabei erhöhte sich der oxidative
Charakter der Atmosphäre; Methan und Ammoniak wurden oxidiert.
Daher ist nach den neuesten Erkenntnissen anzunehmen, daß die
erste Atmosphäre nicht, wie zunächst angenommen, aus Methan
und Ammoniak, sondern - nebst Spuren von Methan und Ammoniak -
im wesentlichen aus Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff und Kohlenmonoxid
bestand. Heute geht man von dem Gedanken aus, daß die erste
Atmosphäre etwa dieselbe Zusammensetzung gehabt hatte, wie die
heute noch von Vulkanen ausgestoßenen Gase, so daß
ungefähr folgende Zusammensetzung als wahrscheinlich gilt:
80% Wasser und
Stickstoff, 10% Kohlendioxid, 7 % Schwefelwasserstoff, 0,5%
Kohlenmonoxid, 0,5% Wasserstoff, Spuren an Methan und Ammoniak.
Durch die Kondensation des Wassers setzte ein
etwa 40.000 Jahre andauernder Regen ein, der zu einer relativen
Anreicherung der übrigen Gase führte. Die Atmosphäre war
schwach reduzierend und bestand jetzt hauptsächlich aus
Kohlenoxiden, Stickstoff und Wasserstoff. Bemerkenswert ist auch,
daß man Vulkane und Geysire kennt, deren Exhalationsprodukte
relativ reich an Methan und Ammoniak sind, so daß man annehmen
muß, daß reduzierende Gase in Nischenbereichen der Urerde
stellenweise höhere Konzentrationen erreicht haben dürften.
Durch den
Einfluß
der Sonne, die immer stärker zu strahlen begann, wurden die
reduzierenden Gase der ersten Atmosphäre aber auf den sonnennahen
Planeten (Venus und der Erde) in zunehmendem Maße wieder chemisch
gespalten. Die verbliebenen Elemente verbanden sich, chemischen Regeln
folgend, zu Kohlendioxid und Stickstoff. Das Kohlendioxid löste
sich teils im Meer unter Bildung gewaltiger Carbonatsedimente
und wurde teils infolge veränderter vulkanischer Aktivitäten
durch ausgasenden Stickstoff und Wasserdampf verdrängt. Es bildete
sich daher eine Lufthülle, die im wesentlichen aus Stickstoff mit
Beimengungen von Wasser, Kohlendioxid und Argon bestand. Vor etwa 3,4
Milliarden Jahren hatte sich diese sogenannte zweite
Atmosphäre vollständig ausgebildet, die nun weder
reduzierend, noch oxidierend war. Durch den Löseprozeß des
Kohlendioxids im Meer verringerte sich überdies auch der
Treibhauseffekt, so daß sich die noch immer recht warme
Erdatmosphäre weiter abkühlen konnte (siehe Abbildung 2).
Abbildung
2:
Im Laufe
der
Jahrmillionen wurde das Kohlendioxid aus der Atmosphäre
herausgefiltert und im Meer gelöst. Dort entstanden im Laufe der
Zeit gewaltige Kalk-Sedimente, die sich, durch tektonische Kräfte
im Erdinnern zu Gebirgen auffalteten. Unsere heutige Atmosphäre
unterscheidet sich daher von der Uratmosphäre und der sog. "ersten
Atmosphäre" fundamental.
Durch die Entstehung des
Lebens wandelte sich die Atmosphäre schließlich ein drittes
Mal. Aufgrund der Entwicklung der ersten primitiven Autotrophen2 (wie
Cyanobakterien bzw. blaugrüne Algen) vor etwa 3,5 Milliarden
Jahren, wurde nach und nach das Kohlendioxid bis auf einen kleinen Rest
beseitigt, denn sie "veratmeten" das Kohlendioxid unter Bildung von
Sauerstoff. Dieser Sauerstoff reicherte sich zunächst im
Meerwasser an. Vor etwa 2,5 Milliarden Jahren entstanden somit riesige
Eisenoxidablagerungen auf dem Meeresboden. Vor etwa 2 Milliarden Jahren
war fast das gesamte Eisen im Meer als Oxid ausgefällt und der
Sauerstoff begann in die Atmosphäre auszugasen. Im Laufe der
Evolution paßten sich die Lebewesen nach und nach an die immer
mehr oxidierend wirkende Atmosphäre (welches jetzt
das "Stoffwechselgift" Sauerstoff enthielt) an, und
aerobe Einzeller begannen gar, den Sauerstoff zur effizienten
"Nahrungsveratmung" zu nutzen.
2Unter Autotrophie
(altgr. autotroph – wörtlich:
„sich selbst ernährend“ von autos – „selbst“, trophe – „Ernährung“) wird
in der Biologie die Fähigkeit von Lebewesen verstanden, ihre
Baustoffe (und organischen Reservestoffe) ausschließlich aus
anorganischen (aus der unbelebten Natur) Stoffen aufzubauen. Dies
trifft vor allem auf Photosynthese betreibende Primärproduzenten
(insbesondere Pflanzen) zu.
Mit zunehmender
Konzentration des Sauerstoffs in der Atmosphäre wurde dieser
vermehrt durch die nach wie vor hohe UV-Einstrahlung der Sonne in
atomaren Sauerstoff gespalten. Dieser "aktive" Sauerstoff verband sich
mit molekularem, "normalem" Luftsauerstoff zu dreiatomigem Ozon.
In rund 15-30 km Höhe bildete sich die stratosphärische
Ozonschicht aus, welche für die Evolution des Lebens von
entscheidender Bedeutung war. Das stratosphärische Ozon filtert
heute rund 70% der UV-Strahlung heraus und ermöglichte vor rund
350 Millionen Jahren die Entstehung der ersten Landlebewesen.
Vor rund 400 Millionen
Jahren hatte sich die Ozonschicht vollständig ausgebildet, so
daß das Leben unter dem Schutz dieses UV-Filters eine
explosionsartige Entwicklung erfuhr, die schließlich auch zur
Entstehung des Menschen führte. Seit 350 Millionen Jahren
ändert sich praktisch nur noch die Zusammensetzung der Spurengase.
Zusammenfassend läßt sich also sagen, daß kurz nach
der Entstehung der Erde ganz andere Verhältnisse auf der Erde
existierten als heute. Doch wie war es möglich, daß
die Entstehung des Lebens in dieser scheinbar so lebensfeindlichen
ersten Atmosphäre überhaupt entstehen konnte?
3.
Die Entstehung organischer Kleinmoleküle, Theorie der "Ursuppe" Top
Bereits Charles
Darwin stellte sich vor über 100
Jahren die Frage, wie aus anorganischen Kleinmolekülen Leben hatte
entstehen können. Er dehnte den Evolutionsgedanken auch auf die
unbelebte Natur aus; später wurde von der "kosmischen und
chemischen Evolution" gesprochen. Fast alle Naturwissenschaftler
griffen die Theorie auf, nach welcher auf chemischer Ebene aus den
Spurengasen der ersten Atmosphäre, wie Methan, Ammoniak und
Kohlenmonoxid, kompliziertere Substanzen hervorgehen sollten,
aus denen sich immer komplexere Systeme bildeten, die schließlich
zur Bildung der ersten Einzeller führten.
In den 20er Jahren
formulierten der russische Biochemiker Oparin und der Brite Haldane
diese allgemeine Vermutung in ihrer bekannten "Theorie der Ursuppe".
Danach sollten biotisch relevante, organische Verbindungen durch
chemische Prozesse in der Atmosphäre entstehen, sich in den
Weltmeeren anreichern und eine Art "Ursuppe" bilden, der
im Laufe der Zeit komplexe Biosysteme entstiegen. Ein großes
Problem war jedoch, daß diese Hypothese lange Zeit empirisch
nicht zu stützen war. Zahlreiche Kritiker zogen gegen den
Gedanken zufelde und bemerkten, daß die Entstehung von
Biomolekülen unter physico-chemischen und präbiotischen
Bedingungen ganz und gar unwahrscheinlich war. Vor allem waren es die
Kreationisten, welche die offene Frage wieder einmal durch ihre
"Lückenbüßer-Theologie" ausfüllen wollten.
Doch im Jahre 1953 hat
der Chemiker Stanley Miller in
seinem berühmt gewordenen Experiment einen historisch
entscheidenden Schritt zur Klärung der Frage getan, der das ganze
Koordinatensystem verschoben und dazu geführt hat, daß die
"Lückenbüßer-Theologie" - wie so oft in der
Wissenschaftsgeschichte - wieder einmal einen Schritt
zurückweichen mußte. Miller konnte nämlich zeigen,
daß die Entstehung von Biomolekülen (ja sogar eines ganzen
Repertoirs komplizierter Verbindungen) unter physico-chemischen und
gewissen präbiotischen Bedingungen eben doch möglich ist.
Insofern ist es nicht sehr effektvoll,
wenn heute wieder geglaubt wird, man bräuchte dieselbe
Argumentationsstrategie einfach nur auf die nächsthöhere
Ebene auszulagern, dazu weitere offene Fragen und Kontroversen zur
Diskussion stellen und meinen, damit die Bedeutung des
Miller-Experiments erschüttert zu haben. Völlig ungeachtet
des Umstandes, daß Miller noch zahlreiche Fragen unbeantwortet
ließ (die auch bis heute offen geblieben sind), ist doch klar,
daß er ein beweiskräftiges Mosaiksteinchen zum Gesamtbild
beitrug, das Bestand hat. Somit kann die Strategie, das
Zurückweichen des "god of gaps" (Lückenbüßergott)
einfach durch das Stellen neuer
Fragen zu überspielen, wissenschaftsmethodisch nicht
überzeugen.
Miller simulierte dazu
im Mikromaßstab die hypothetischen atmosphärischen
Bedingungen, die auf der Urerde vor rund 4 Milliarden Jahren geherrscht
haben könnten: In einem Kölbchen brachte er Wasser zum
sieden. Der Wasserdampf gelangte über ein Glasrohr in einen
Rundkolben seiner Apparatur, der zuvor mit einem Gemisch aus Methan,
Ammoniak und Wasserstoff befüllt worden war (siehe Abbildung
3). Über zwei Wolframelektroden wurde eine
hochenergetische Funkenentladung erzeugt, die in der "Reaktionszone"
eine Temperatur von bis zu 600 Grad Celsius erzeugte. Die Funkenstrecke
simulierte die ungeheuren elektrischen Entladungen, die in der
Frühzeit der Erde geherrscht haben mußten, als die noch
heiße Atmosphäre mit Wasserdampf gesättigt war und
gewaltige Unwetter herrschten.
Überdies konnte die
harte UV-Strahlung der noch jungen Sonne die Erde ungehindert
erreichen, da eine schützende Ozonschicht aufgrund fehlenden
Sauerstoffs noch sehr unvollkommen ausgebildet war; diese Strahlung
ermöglichte ebenfalls komplexe Reaktionen. Die thermodynamisch
sehr instabilen Verbindungen Methan und Ammoniak reagierten unter
diesen Bedingungen mit Wasserdampf und Wasserstoff der Atmosphäre
und brachten, wie Miller überzeugend zeigen konnte, eine
Fülle organischer, biologisch wichtiger Verbindungen hervor.
Abbildung3:
Mit einfachsten
Mitteln zeigte Stanley Miller, wie sich aus den Komponenten der ersten
Atmosphäre die Bausteine des Lebens auf der frühen Erde
bilden konnten. Dazu füllte er in einen gläsernen Rundkolben
Methan, Ammoniak und Wasserstoff ein und setzte das Gasgemisch
elektrischen Funkenentladungen aus. Wasserdampf gelangte über ein
Rohr ebenfalls in die Apparatur. Nach einigen Tagen ließen sich
praktisch alle biotisch bedeutsamen organischen Verbindungen in der
Vorlage nachweisen.
Im Laufe mehrerer Tage
sammelten sich in der Vorlage (Abbildung 3, rechts unten), nebst eines
teerartigen Kondensats, bedeutsame Mengen organischer Moleküle.
Recht zahlreich waren die Bemühungen derer, die Miller's Versuch
in der ganzen Welt - und unter vielfach abgewandelten
Reaktionsbedingungen - wiederholten. Manche Experimentatoren
bedienten sich anstelle des Methans Kohlenmonoxids, andere setzten
Kohlendioxid und elementaren Stickstoff, wieder andere Blausäure
und Formaldehyd (die intermediären Folgeprodukte der
photochemischen Umsetzung von Methan und Ammoniak) oder Dicyan und
Kohlendioxid ein. Wieder andere legten die heute angenommene
Zusammensetzung der ersten Atmosphäre ihren Experimenten zugrunde,
experimentierten also mit Kohlendioxid, Wasser und Kohlenmonoxid neben
Spuren von Wasserstoff.
Interessanterweise meldeten fast alle
Experimentatoren Erfolge, kaum einer zog eine Niete. In zahlreichen Fällen ließen sich
Intermediate (wie z. B. Cyanide, Aldehyde, Carbamate, Carbodiimide und
Amine) nachweisen, wobei im Laufe mehrerer Tage in den Apparaturen
zahlreiche Aminosäuren, niedere Carbon- und
Fettsäuren als Folgeprodukte entstanden. Im Laufe der
Zeit füllte die Zahl nachgewiesener Biomoleküle
schließlich ganze Bücher. Bis heute sind praktisch alle
relevanten Aminosäuren, Lipide, Purine
(Nucleotidbasen) und Zucker in den
Ursuppenexperimenten
der "2. Generation" erzeugt worden, ja selbst die Bildung solch
komplexer - unter gleichsam unspezifischen
Bedingungen erzeugter - Verbindungen wie Porphyrine
und Isoprene wurde vermeldet. Hoimar v. Ditfurth
schrieb dazu:
"Es schien vollkommen
gleich zu sein, auf welche Ausgangsstoffe man zurückgriff.
Hauptsache war, daß das Gemisch Kohlenstoff,
Wasserstoff und Stickstoff enthielt, jene Atome, die den Hauptteil
aller lebenden Materie bilden (...) Mit welchen Mitteln auch immer man
die Bedingungen der Ur-Erde zu kopieren versuchte, in praktisch jedem
Fall entstanden die komplizierten Moleküle, deren 'abiotische
Genese' deren Entstehung ohne die Anwesenheit von Lebewesen nicht nur
so vielen vorangegangenen Forschergenerationen, sondern auch den
Männern, die diese Versuche jetzt durchführten, bis dahin so
geheimnisvoll erschienen war."
4.
Das Problem der UV-Strahlung und der Urey-Effekt Top
Zu
Beginn der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts, als sich die
Hypothese der natürlichen Lebensentstehung noch weit im
Spekulativen befand, begründete der Chemiker Harold C. Urey die
wissenschaftliche Basis für Millers fundamentales Experiment.
Urey, seinerzeit ein ausgewiesener Experte im Bereich der
Atmosphärenchemie, wies darauf hin, daß die Lufthülle
der Urerde eine andere Zusammensetzung gehabt haben mußte, als
die heutige. Methan, Ammoniak und Wasser sollten neben wenig
Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff die Erdatmosphäre
gebildet haben, während Sauerstoff praktisch nicht vorkommen
sollte. Heute glauben wir, daß seine Annahmen nicht ganz korrekt
waren; die Konzentration an reduzierenden Gasen, wie Methan, Ammoniak,
Kohlenmonoxid und Wasserstoff dürfte ungleich niedriger (die
Atmosphäre aber dennoch schwach reduzierend) gewesen sein.
Wie bereits
ausgeführt, war die Urerde aufgrund ihrer Nähe zur Sonne
jedoch einer harten UV-Strahlung ausgesetzt, die das Methan und
Ammoniak im Laufe der Zeit wieder photolytisch zerlegte. Es entstanden Kohlendioxid,
chemisch inerter Stickstoff und Wasser; allesamt Gase,
die die zweite Atmosphäre ausprägten. Diese Verbindungen
wären in viel geringerem Maße zur Bildung biogener
Kleinmoleküle in der Lage gewesen, die zur Entstehung von Leben
hätten führen können.
Abbildung 4:
Planetarer Ringnebel
M 57 im Sternbild Leier (Entfernung ca. 4100 Lichtjahre), einer der
schönsten planetarischen Ringnebel. Der Nebel schließt wie
eine Hülle einen heißen Zwergstern ein. Vor langer Zeit
kollabierte der Stern und stieß den größten Teil
seiner Masse explosionsartig in den Raum hinaus. Seitdem erinnert ein
Kranz aus Gas und Staub an seine einstige Existenz. Solch interstellare
Materie stellt vermutlich die Wiege des Lebens dar, denn aus solcher
Materie ist das Planetensystem entstanden. Man hat bereits organische
Verbindungen in interstellarem Gas nachgewiesen.
Deshalb standen viele Wissenschaftler,
darunter auch der britische Astronom Fred Hoyle,
Millers Ursuppentheorie außerordentlich skeptisch gegenüber.
Hoyle vertrat den Standpunkt, die Entstehung des Lebens aus einer
Ursuppe wäre höchst unwahrscheinlich gewesen, zumal die
lebensfeindliche Strahlung der Sonne auch die empfindlichen organischen
Reaktionsprodukte wieder aufgespalten hätte. Er selbst vermutete
den Ort der Lebensentstehung im Weltall. Mittlerweile konnte man
spektroskopisch Aminosäuren und Zucker im interstellaren Gas
nachweisen (siehe Abbildung 4). Dieselben
Verbindungsklassen fand man auch in den Eisen-Nickelkernen von
Meteoriten.
Doch es ist
einleuchtend, daß die Theorie der extraterrestrischen
(außerhalb der Erde) Entstehung
von Leben nur zu einer Verlagerung des Problems führt.
Außerdem ist die Konzentration organischer Verbindungen in
Meteoriten wohl zu gering, als daß sie zu einer stürmischen
Entstehung des Lebens auf der Erde hätten führen können.
Die Theorie der extraterrestrischen Abiogenese (die Entstehung des
Lebens aus unbelebter Materie) konnte sich daher in
Wissenschaftskreisen nicht allgemein durchsetzen, wird aber heute
wieder vermehrt diskutiert (siehe Spektrum der Wissenschaft,
Mai-Ausgabe 2000). Die Einwände gegen die Entstehung des
Lebens auf der Urerde mußten aber nichtsdestoweniger sehr ernst
genommen werden. Urey nahm die
Herausforderung an und wandte sich nochmals der Zusammensetzung der
Atmosphäre zu. Daß sie zunächst hauptsächlich aus
Methan und Ammoniak, eventuell Stickstoff, Kohlenmonoxid und
Kohlendioxid bestand, erschien damals noch plausibel; doch daneben
mußte sie auch Wasserdampf enthalten haben. Urey hatte nun
angenommen, daß die UV-Strahlung zu einer photolytischen
Spaltung des Wasserdampfes geführt haben mußte. (Unter
einer Photolyse versteht man ganz allgemein die Spaltung eines
Moleküls ausgelöst durch die Bestrahlung mit Licht.) Der
dabei entstandene Wasserstoff verflüchtigte sich aufgrund seiner
geringen Dichte ins Weltall, der Sauerstoff blieb zurück und
bildete bereits eine schwache Ozonschicht aus.
Zwei Wissenschaftler der
Universität Texas, Berkner und Marshall, begannen diesen Effekt
mithilfe von Computern zu simulieren und fanden heraus, daß sich
aufgrund dieses Effekts eine Gleichgewichtskonzentration etwa 0,1% des
heutigen Gehalts an Sauerstoff in der Atmosphäre befunden haben
mußte. Die aus der Spurenkonzentration des Sauerstoffs
resultierende Ozonschicht absorbierte UV-Strahlung im
Wellenlängenbereich zwischen 260 und 280 Nanometer
besonders wirkungsvoll. Ausgerechnet in diesem Bereich sind aber
Aminosäuren, Bausteine des Lebens, besonders empfindlich gegen
UV-Strahlung und werden leicht zersetzt. Man muß sich klarmachen,
was das bedeutet: Die teilweise Absorption dieser Strahlung
ermöglicht ausgerechnet die Existenz von chemischen Verbindungen
wie Aminosäuren und anderen Urstoffen, die zur Bildung von Leben
von äußerster Relevanz gewesen waren! Dem
Entdecker zu ehren wurde dieses Phänomen künftig als Urey-Effekt
benannt. Doch war die Konzentration an biogenen
Vorläuferprodukten wirklich hoch genug, um eine Zeugung des Lebens
zu bewirken, und wie konnte dies konkret geschehen?
5. Die
klassische Theorie in der Krise:
Wächtershäuser und die Theorie des Biofilms Top
Trotz
der großen Experimente, die Mitte des letzten Jahrhunderts die
Ursuppentheorie so glänzend zu bestätigen schienen,
betrachtet man heute die Erkenntnisse wieder etwas skeptischer. Miller
und Urey konnten zwar belegen, daß sich praktisch alle
relevanten Biomoleküle abiotisch, auf der Grundlage
physico-chemischer Gesetze bilden können, doch
erwiesen sich die Mengen relevanter Biomoleküle als relativ
bescheiden. Zu Urey's Zeiten glaubten die Verfechter der
Ursuppentheorie noch an eine Beschaffenheit des Urozeans, der sich als
wahre "Kraftbrühe des Lebens" ("chicken broth") mit einem Anteil
organischer Verbindungen von bis zu 10% darbot. Heute gelangt man im
Rahmen fortschreitender Simulationsversuche immer mehr zu der Einsicht,
daß die Konzentration (nicht zuletzt infolge der hohen
UV-Strahlung) wohl so gering ausgefallen war, daß komplexe
Biostrukturen durch zufällige chemische Umsetzungen im freien
Wasser nicht entstehen konnten!
Es gibt noch eine Reihe weiterer Argumente
gegen die Ursuppentheorie, wie etwa die Tatsache, daß sich
längerkettige Biomoleküle (Polykondensationsprodukte wie z.
B. Oligopeptide (Aminosäuren) oder Proteine (Eiweiße),
Oligonucleotide (Nucleinsäuren) usw.) im Urozean nicht
bilden können. Durch großer Mengen Wasser wird die
Entstehung langer Aminosäure- und Nucleotidketten verhindert;
bereits kleine Ketten spalten wieder auf. Außerdem ist Energie
nötig, um Aminosäuren A, B, C etc. zu einem linearen
Kettenmolekül A-B-C... zu verbinden - woher kam diese? Ein
weiteres Problem besteht in der geringen Stabilität
wässriger Zucker- und Aminosäurelösungen; die
Produkte zerfallen in der Regel nach kurzer Zeit. Und woher stammen die
Katalysatoren, die aus dem heterogenen Reaktionsgemisch in guter
Ausbeute ein überschaubares Produktspektrum entstehen und zu
kooperativen Systemen weiterentwickeln lassen konnten?
Diese Probleme suchte ein
Wissenschaftler der Weizmann-Universität in Israel in den
siebziger Jahren zu umgehen. So wies er darauf hin, daß gewisse
Tone, die sogenannten Montmorillionite dazu prädestiniert
sind, organische Substanzen in ihren Poren zu binden. Glimmer und
Montmorillionite sind sogenannte Schichtsilikate, die
abwechselnd aus negativ geladenen Silikatschichten und positiv
geladenen Kationen aufgebaut sind. Zwischen diese Schichten können
sich Wasser und organische Verbindungen, wie Aminosäuren,
einlagern, die das Wasser aus diesen Schichten wieder verdrängen.
Im Labor kann man nachweisen, daß Aminosäureadenosylate
geeignet sind, um Polypeptide und Proteine aufzubauen. In Gegenwart von
Montmorillionit lassen sich aus wässriger Lösung Polypeptide
mit bis zu 60 Aminosäuren und mehr in praktisch
100-protzentiger Ausbeute synthetisieren.
Heute wird jedoch eine alternative, mit der
Ursuppentheorie in Konkurrenz stehende (allerdings weitaus
erklärungsmächtigere) Theorie vertreten, die der Chemiker und
Münchner Patentanwalt Günter Wächtershäuser
entwickelt hat. Seine Theorie des Oberflächenmetabolismus oder
"Biofilms" geht davon aus, daß sich polymere Verbindungen,
einfache Reaktionssysteme und primitive Einzeller, nicht retrograd
(zeitlich) aus
einer Ursuppe bildeten, sondern daß sie auf der Oberfläche
katalytisch aktiver, im Meer vorkommender Mineralien entstanden.
Ein wichtiger Faktor ist
hierbei die sogenannte Reaktionsentropie: Nimmt die
Reaktionsentropie stark zu (was in Lösung immer der Fall ist), so
wird das Reaktionsgleichgewicht auf die Seite der Spaltungsprodukte
verschoben. Nimmt sie dagegen nicht oder nur geringfügig zu, wie
dies bei Oberflächenreaktionen der Fall ist, so wird das System
zur Synthese getrieben. Deshalb ist in einer gebundenen
Molekülschicht die Bildung von Polymeren auch bei wenig stark
aktivierenden funktionellen Gruppen bevorzugt. Außerdem
ist die Stabilität oberflächengebundener Substanzen weitaus
größer als in freier Lösung, und eine Reihe von
Mineralien haben katalytische Wirkung, das heißt sie können
selektiv ganz bestimmte Reaktionen ermöglichen oder beschleunigen.
Wächtershäuser
nimmt nun an, daß aus einfachen,
oberflächengebundenen Zuckern (Glycerinaldehydphosphat und
Dihydroxyacetonphosphat) zunächst lange Polymere entstanden
(sogenannte "polyhalbacetalische" Strukturen), die Phosphotribose,
die als Vorläufer von Nucleinsäuren und bestimmten Co-Enzymen
eine Rolle spielen könnte. Aus solchen Vorläufersubstanzen
sollen sich stufenweise längerkettige Isoprenoide und
Hüllmembrane, desweiteren einfache Stoffwechselprozesse
(Metabolismen) und schließlich die genetische Maschinerie
gebildet haben. Wächtershäusers Theorie bietet eine
elaborierte und vor allem chemisch gut ausformulierte Alternative zur
klassischen Theorie, die Bildung der postulierten Substanzen und
Metabolismen ist jedoch erst in Ansätzen experimentell untersucht
worden. Außerdem setzt die Theorie sehr hohe Temperaturen, ein
recht mineralreiches Umfeld und eine Quelle anorganischer Verbindungen
voraus. Kann in solch einem Milieu überhaupt Leben
gedeihen, und wenn ja, wo findet man diese Bedingungen
realisiert?
6. Keime des Lebens in der Tiefsee Top
Die Biologen
machten eine interessante Entdeckung, welche
die Frage beantworten und Wächtershäusers Theorie
stützen könnte: In heißen Schwefelquellen, sogenannten
Geysiren im Yellowstone-Nationalpark herrschen, so glaubte man
lange Zeit, absolut lebensfeindliche Bedingungen. Das Wasser ist fast
kochend, die Temperatur beträgt rund 90 Grad Celsius. Zudem ist es
mit Schwefelwasserstoff versetzt, einem für die meisten Lebewesen
starken Gift. Überdies ist dort das Wasser so sauer, daß es
Löcher in Textilien ätzen würde. Doch selbst unter
diesen Bedingungen fanden Wissenschaftler primitive anaerob lebende
Mikroorganismen, die nur unter Ausschluß von Sauerstoff
existieren können. Diese skurrilen Bakterien vom Stamm der
Thermoacidophilen mit dem Namen Sulfolobus gewinnen
Energie aus der Oxidation des Schwefelwasserstoffs.
Abbildung
5: Zeichnung von
Bakterien. Sie ähneln denjenigen, die zum Stamm der
Thermoacidophilen gerechnet werden. Diese zählen zu den
Archaebakterien, die schon auf der Erde existierten, als noch keine
anderen Lebensformen entstanden waren. Sie gelten mitunter als die
ersten, heute noch existenten Lebewesen auf der Erde.
Die Thermoacidophilen-Bakterien
gleichen Fossilien
in uralten Gesteinsablagerungen und werden heute als archaische
(urzeitliche) Vertreter des ersten Lebens angesehen. Dieser Sache
gingen
Wissenschaftler auf den Grund und fanden Bakterien vom selben Stamm in
der Tiefsee, in der ähnliche Bedingungen herrschen wie in den
heißen Quellen des Nationalparks (siehe Abbildung 5). Die Bakterien sind in der Nähe von Bruchzonen
zweier auseinanderdriftender ozeanischer Platten zu finden, wo aufgrund
der Gegenwart glutflüssigen Magmas, das sich dicht unter dem
Meeresboden befindet, heißes Wasser austritt. Diese heißen
Quellen der Tiefsee bezeichnet man als black smokers, "Schwarze
Raucher", weil sie Schwefelwasserstoff emittieren und "Wolken"
aus schwerlöslichen schwarzen Metallsulfiden entstehen. Das
austretende Wasser ist dort 350 Grad Celsius heiß, der Druck
beträgt teilweise mehr als das 300-fache des
Atmosphärendrucks. Und doch können diese archaischen
Bakterien nur in dieser höllischen Umgebung gedeihen. Diese Funde
legen den Schluß nahe, daß die ersten Lebensformen unter
Ausschluß von Sauerstoff in der Nähe der Tiefsee entstanden
sein müssen und später durch aerob
(sauerstoffbenötigende) lebende Bakterien
verdrängt wurden. Nur im sauerstofffreien Milieu der Tiefsee
konnten Populationen überleben.
In
Anlehnung an die
gut zu Wächtershäusers Theorie passenden Befunde halten heute
viele Forscher die Tiefsee für die wahre Brutstätte des
Lebens: Auch wenn die Organisation von einfachen Molekülen zu
großen Biomolekülen und komplexeren Strukturen im freien
Wasser sehr unwahrscheinlich war, könnten die Bedingungen in der
Tiefsee diesen Prozeß begünstigt haben. Dort herrschten die
notwendigen Temperaturen und Drücke, und auch die Minerale
(Metallsulfide) waren in der Tiefsee vorhanden. Metallsulfide
ermöglichen eine Reihe chemischer Umsetzungen; sie besitzen katalytische
Eigenschaften (Ein Katalysator beeinflußt die
Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Eigenschaften.). Weitere
Belege für die Annahme,
daß das Leben in der Tiefsee entstanden sein könnte,
lieferten die Experimente des japanischen
Wissenschaftlers Yanagawa aus Tokio, der mit den
Komponenten der Ursuppe zu experimentieren begann. Er stellte eine
Lösung aus Aminosäuren her und setzte sie denselben
Bedingungen aus, wie sie in der Tiefsee herrschen. Das Gemisch wurde im
Autoklaven (ein gasdicht verschließbarer Druckbehälter) eingeschlossen und 6 Stunden lang einer Temperatur
von 260
Grad Celsius sowie einem Druck von 130 bar ausgesetzt. Das Ergebnis
betrachtete Yanagawa unter dem Mikroskop, wobei sich folgendes zeigte:
Abbildung 6:
Kleine
Mikrosphären unter dem Mikroskop. Die Ähnlichkeit mit
primitiven einzelligen Lebewesen (etwa Hefezellen) ist
verblüffend. Mittlerweile fand man 3,8 Milliarden Jahre alte
Fossilien, die den Mikrosphären sehr ähnlich sehen.
Mikrosphären sind in der Lage zu wachsen und kleinere
Auswüchse zu bilden, die sich dann von der Muttersphäre
ablösen (Knospung).
Zu beobachten waren in
allen Versuchen dieser Art stets kleine kugelige Proteinoid-Strukturen
von etwa zwei Tausendstel Millimeter Durchmesser, welche zellartige
Membrane aufwiesen (siehe Abbildung 6). Diese Kügelchen nennt man Mikrosphären.
Die Protein-Membranen sind in der Lage, selektiv gewisse Stoffe, wie
den Energieträger ATP (ATP = Adenosintriphosphat, ein
Nukleotid; ein energiereiches Molekül und universeller
Energieträger in lebenden Organismen.),
Glucose (Zucker) und andere Substanzen aus der
Umgebung aufzunehmen und bestimmte Stoffe wieder auszuscheiden. Diese
Mikrosphären sind sogar in der Lage zu wachsen und sich durch
Knospung zu "vermehren". Hinzu kommt die erstaunliche Ähnlichkeit
mit 3,8 Milliarden Jahre alten Fossilien in zu Stein
gewordenen Meeressedimenten, die man in Grönland fand. Sie
existierten zu einer Zeit, als die Erde noch jung war und die Evolution
ihre großen Experimente erst begann.
7. Von der
Theorie des Biofilms zu Karl
Stetters "Pyritorganismen"
Top
Der
Biochemiker Prof. Dr. Karl Stetter von der
Universität Regensburg ist in Anlehnung an
Wächtershäuser der Überzeugung, daß das Leben auf
der Oberfläche von Pyrit seinen Anfang genommen hat. Das
Eisendisulfid "Pyrit" weist Halbleitereigenschaften auf,
worauf sein golden-metallischer Glanz beruht (siehe Abbildung 7).
Auf der Oberfläche derartiger Metallsulfide befinden sich Ionen,
also freie Ladungsträger, die auf molekularer Ebene nicht durch
Gegenladungen kompensiert werden (siehe Abbildung 8). Auf
diese Weise können organische Substanzen gebunden werden, die
aufgrund der katalytischen Eigenschaften des Pyrits in diversen
chemischen Umsetzungen zu komplexen Makromolekülen, Metabolisen
und primitiven Protobionten geführt haben könnten.
Abbildung 7:
Pyrit (im
Volksmund auch Eisenkies, Katzen- oder Narrengold genannt) besticht
durch seinen goldenen Glanz und seine großflächigen
Kristalle. In feinster Verteilung bildet es jedoch ein schwarzes
Pulver. So entsteht es in der Tiefsee in der Nähe von heißen
Quellen in nicht unbedeutenden Mengen.
Dabei hätte Pyrit
als "Biokatalysator" und Energiequelle zugleich
diesen können: Eisenmonosulfid wird mit Schwefelwasserstoff zu
Pyrit und elementarem Wasserstoff umgesetzt. Der Wasserstoff
könnte primitiven Bakterien als Energielieferant zur
Verfügung gestanden haben. Stetter glaubt, daß die
ersten "Mikroben" zunächst auf Pyrit als "lebensspendendes Agens"
angewiesen waren und sich erst im Laufe der Zeit, nachdem der
Genapparat entwickelt war, von ihm ablösten.

Abbildung
8: Räumliches
Gitter von Pyrit. Die roten Kugeln repräsentieren die zweifach
negativ geladenen Disulfidanionen, die blauen Kugeln die zweifach
positiv geladenen Eisenkationen. An der Oberfläche des Pyrits
werden die Ladungen in atomaren Dimensionen nicht vollständig
durch die entsprechenden Gegenladungen kompensiert, so daß sich
etwa organische Moleküle anlagern können.
Ob letztlich Pyrit oder
andere Mineralien zur Entwicklung des Lebens führte, ist
allerdings offen. Bis heute konnten noch keine Mikroben "auf
Pyritbasis" nachgewiesen werden.
8. Erstes Leben, DNS und die
Rolle der
Enzyme
Top
Der
Schritt von unbelebter zu belebter Materie war also erst dann
vollzogen, nachdem in den Protobionten nicht nur Stoffwechselprozesse
abliefen, sondern als sich diese Zellen auch informationsgesteuert zu
reproduzieren begannen. Die Codierung der Erbinformation erfolgt
über Nucleinsäuren (genauer: mit Hilfe der
Desoxyribonukleinsäure, DNS).
Die Entwicklung der
ersten Nucleinsäuren dürfte viele Jahrmillionen gedauert
haben. Da die DNS nicht ohne Enzyme (Eiweißmöleküle)
redupliziert werden kann und Enzyme
biotisch nicht ohne die DNS hergestellt werden, drängt sich die
Frage auf, wie diese enge Abhängigkeit zwischen DNS und Enzymen in
den ersten Lebewesen entstanden sein mag.
Abbildung
9: Schematisches Modell
einer rastertunnelmikroskopischen Aufnahme. Der Physiker Heckl
entdeckte auf der Oberfläche von Molybdändisulfid
eigentümliche ringartige und auch längliche Strukturen, deren
Elektronendichteverteilung sich deutlich vom Hintergrund abhob.
Eine mögliche Erklärung liefern die Entdeckungen des Physikers Wolfgang Heckl
von der IBM-Forschungsgruppe der Universität München. Heckl
untersuchte diverse Trägermaterialien mit Halbleitereigenschaften
auf deren Eignung zur Rastertunnelmikroskopie. Das
Prinzip ist folgendes: Bringt man eine Nadel, so dünn wie ein
Atom, auf eine sehr glatte leitende oder halbleitende Oberfläche,
so beginnt ein Strom zu fließen, wenn man zwischen Nadel und
Oberfläche eine Spannung anlegt. Die Größe des
Tunnelstroms ist abhängig von der Entfernung zur Oberfläche.
Dadurch lassen sich die "Täler" und "Berge" einzelner Atomlagen
der Trägeroberfläche sichtbar machen.
Heckl untersuchte neben
diversen synthetischen Halbleitern auch Kristalle aus
Molybdändisulfid, welches wie Pyrit ebenfalls leitende
Eigenschaften ausweist. Als er auf dem Bildschirm seines Computers die
Atomlagen des Sulfids betrachtete, bemerkte er eigentümliche
molekulare Ringstrukturen mit ca. 4 Nanometern Durchmesser sowie
längliche Gebilde, die in das Trägermaterial interkaliert zu
sein schienen. Die molekularen Gebilde hoben sich von der Ebene des
Trägermaterials ab und waren den Strukturen in Abbildung 9
ähnlich.
Das
Untersuchungsmaterial Heckl's stammte aus dem Präkambrium, war
also über 650 Millionen Jahre alt. Bei näherer Untersuchung
stellte sich heraus, daß diese Ringe das Element Kohlenstoff
enthielten, sie mußten also organischer Natur sein. Heckl
spekuliert, daß es sich hierbei um sogenannte Plasmidringe
handeln könnte, also um genetisches Material sehr einfach gebauter
Mikroorganismen. Diese Plasmidringe werden durch relativ kurze
DNS-Sequenzen repräsentiert, die auf den Mineralien hafteten.
Die Entdeckung legt den Schluß nahe:
Die evolutive Erfindung des genetischen Codes sowie die enge Bindung
zwischen Enzymen (die aus Aminosäuren bestehen) und der DNS
(Nucleinsäure) könnte auf der Oberfläche derartiger
Metallsulfide gemacht worden sein. Es ist mit Heckl denkbar,
daß in der Erdfrühzeit Aminosäuren und
Nucleinsäuren in mehreren Schichten übereinander auf
Metallsulfiden adsorbiert wurden und so die ersten t-RNS- Stränge
entstanden, die beim "Lesen" und "Übersetzen" des genetischen
Codes in Proteine (bzw. Enzyme) beteiligt sind.
9.
Quasispecies und Hypercyclen
Top
Eine
ganz andere Theorie verfolgt Prof. Manfred Eigen vom
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttigen.
Seiner Ansicht nach entwickelte sich eine bestimmte Form von DNS, ein
RNS-Strang, der in der Lage ist, sich ohne Hilfe von Enzymen selbst zu
replizieren (vervielfältigen).
.
Abbildung
10: Ausschnitt aus einem
DNS-Molekül (Kalottenmodell). In der DNS sind zwei
Fadenmolekülen spiralförmig umeinander gewickelt, die durch
die Nucleotidbasen zusammengehalten werden. Die blauen bzw.
organgefarbenen senkrechten Balken stellen hier die Nucleotidbasen dar;
sie repräsentieren den genetischen Code. Die Spirale besteht aus
einem Zucker (Desoxiribose), der chemisch mit Phosphorsäure
verknüpft ist. Es existieren 4 verschiedene Nucleotidbasen:
Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin (bei der RNS anstelle Thymin:
Uracil). Die Reihenfolge (Kombination) dieser Basen in dieser
Doppelspirale ("Doppelhelix") charakterisiert das Genom des
vorliegenden Organismus und repräsentiert dessen gesamte
Erbanlagen und damit die Eigenschaften des Lebewesens. Die DNS (hier:
RNS) stellt damit ein fundamental wichtiges Biomolekül dar. Beim
"Lesen" der DNS wird der Doppelstrang in Einzelstränge
"aufgedrillt" und die Basensequenz sukkzessive biochemisch
entschlüsselt. In ihr steht "geschrieben", welche Proteine und
Enzyme der Organismus herstellen muß, um Stoffwechselprozesse zu
ermöglichen und.
Der Hyperzyklus
(Ein
Hyperzyklus ist eine zyklische Folge von sich selbst reproduzierenden
Einzelzyklen.) wurde von EIGEN
als erstes evolutionsfähiges Replikationssystem postuliert. In dem
einfachsten Hyperzyklus finden zwei RNA-Moleküle zusammen, die
sich in gegenseitiger Wechselwirkung aus einer Substratlösung
hervorbringen und "vermehren". Dabei koppeln sich entweder zwei oder
mehrere selbstreproduzierende RNA-Stränge (Ribozyme) oder aber
Ribozyme und Enzyme zu einem stabilen Autozyklus, der sich selbst
unerhält und repliziert (vgl. Abbildung 11).
Abbildung 11:
Hier
wird das
schematische Prinzip eines sogenannten Hyperzyklus verdeutlicht, in dem
zwei oder mehrere RNA- (RNS-) Sequenzen mit Enzymen (E) einen Zyklus
bilden und sich gegenseitig erhalten. Beide dargestellten Sequenzen
sind aufeinander angewiesen und können es sich nicht leisten, sich
gegenseitig aus dem Rennen zu werfen.
EIGEN hatte das Modell vom Hyperzyclus
ersonnen, weil die großen Fehlerraten bei der Vermehrung
selbstreproduzierender Polynucleotide (Ribozyme) die Information ab
einer bestimmten Sequenzlänge würde auseinanderdriften
lassen. Nach jedem Replikationsschritt können nämlich
Mutationen auftreten, so daß aus einer Ursequenz ein
"Kometenschweif" ähnlicher Ribozyme entstehen kann. Diese bilden
ein Mutantenensemble, die sogenannte "Quasispezies", die
hinsichtlich Kopiergenauigkeit, Stabilität und
Replikationsgeschwindigkeit miteinander in Konkurrenz stehen. Für
Polynucleotide, die ausschließlich aus stabilen
Guanin-Cytosin-Basenpaarungen bestehen, beträgt die experimentell
bestimmte Fehlerquote etwa 1%, die Kette dürfte maximal 100
Nucleotide lang sein. Für Polynucleotide, die ausschließlich
aus Adenin-Uridin-Basenpaaren bestehen, beträgt die
Ablesefehlerquote bei der Replikation etwa das zehnfache, die
Kettenlänge könnte also nur maximal 10 Glieder betragen. Um
nun eine stabile Reproduktion ohne Informationsauflösung über
beliebig viele Generationen hinweg zu gewährleisten, ist es
unmöglich, ein "Ur-Genom" auf einem einzelnen Molekül zu
konzentrieren.
Bilden sich in einer Quasispezies jedoch zwei
oder mehrere Mutanten heraus, die ihre (eventuell durch Enzyme
vermittelte) Reproduktion gegenseitig katalysieren und stabilisieren,
entstehen kooperative Systeme, die sich über lange Zeiten stabil
reproduzieren könnten und gegenüber allen anderen
Konkurrenten im Mutantenensemble einen entscheidenden Selektionsvorteil
besitzen. Als Bedingung muß gelten, daß jedes Ribozym aus
50-100 Kettengliedern besteht, für das "Ur-Gen" muß man also
einen Guanin-Cytosin-Reichtum von 50-100 % annehmen, da die
RNA-Matrizen lediglich dann eine hinreichend kleine Fehlerquote
besitzen. Tatsächlich haben EIGEN und WINKLER-OSWATITSCH auf
mathematischem Wege zeigen können, daß die rezenten
(heutigen)
t-RNA-Moleküle einen Urzustand nahelegen, der genau einer
Quasispezies-Verteilung aus sich individuell reproduzierenden
Molekülen entsprach (EIGEN und WINKLER-OSWATITSCH 1981).
Anhand der variablen Sequenzen konnte die hypothetische Ursequenz
mathematisch rekonstruiert werden (KÄMPFE 1992, S. 201).
Interessant ist ferner, daß die
rezenten t-RNAs genau die angesprochenen Eigenschaften (einen hohen
Guanin-Cytosin-Anteil von ca. 80% sowie eine durchschnittliche
Kettenlänge von 76 Nucleotiden) und damit dieselben
Zahlenverhältnisse aufweisen, die die Theorie mathematisch
erwarten läßt. Nimmt man hingegen eine geheimnisvolle
"creatio
ex nihilo" an, bleiben die Befunde unerklärt.
10.
Geschlossene Konzepte zur Entstehung der ersten Urorganismen
(Protobionten)
Top
Die ersten
ganzheitlichen
Ansätze zur Entstehung des Lebens auf der Basis von
Nucleinsäuren wurden 1972 von Kuhn und Kaplan
ausgearbeitet und bis heute stetig konkretisiert. Nach allem, was wir
heute wissen, kommen zwei realistische Hypothesen in Betracht, Kuhns
"Vielschritt-Hypothese"
und Kaplans "Mehrtreffer-Hypothese". Im Gegensatz zu den Nucleinsäuretheorien
Kuhns, Kaplans
und Eigens, die postulieren, daß Oligo- bzw. Polynucleotide die
primordialen Makromoleküle auf der Erde darstellten, welche ohne
Replikasen bzw. Enzyme entstanden sein sollen, gehen die Proteinhypothesen
(Oparin) davon aus,
daß zuerst Polypeptide und Proteine entstanden, die später
auf katalytischem Wege Nucleinsäuren entstehen ließen. Im
folgenden wollen wir die Nucleinsäurethorien etwas
eingehender erörtern und versuchen, sie mit den Proteinhypothesen
und Eigens Theorie des Hyperzyclus zu verknüpfen:
a.)
Vielschritt-Hypothese:
Auf Kuhns Theorie basiert die Vermutung,
daß die Oligonucleotid-Sequenzen und Nucleinsäuren
als primordiale Informationsträger anzusehen sind. Dabei ist
wiederum die Proteinhypothese geeignet, um die Bildung dieser
Nucleinsäuren, zu erklären; für diese Auffassung
sprechen eine Reihe von Befunden:
Kaplan hat berechnet, daß die
Wahrscheinlichkeit, daß ein Protein(oid) eine Reaktion
katalysieren kann, zwischen 10-10 und 10-14
liegt. Auch die in ihrem Aufbau recht uneinheitlichen
Funktionsproteinoide zeigen enzymartige Kinetiken, und man hat
bereits zahlreiche derartige Proteinoide nachgewiesen. So sind
abiotische Proteinoide u. a. mit ATPase-, transaminase-, esterase-,
katalase- und peroxidase-Aktivitäten bekannt und es sei auf
den erstaunlichen Befund hingewiesen, daß thermische
Proteinoide bei Zugabe einer ATP-Lösung Oligonucleotide des
Adenins aufbauen! In wässriger Lösung bei 90 °C
erfolgt die Polykondensation von TMP und dAMP unter der katalytischen
Wirkung von Histidin oder z. B. des Polypeptids Polyornithin, wie Oro
und Mitarbeiter gezeigt haben. An derartige Oligonucleotide gelang es,
stufenweise Nucleotide anzukondensieren, so daß schließlich
komplexere Nucleinsäuren entstanden. Selbst die matrizenfreie,
enzymgesteuerte Synthese von Polynucleotiden ist bekannt und am
Beispiel der Qß-Replikase eindrucksvoll aufgezeigt worden.
Diese und andere Befunde stellen eine
empirische Stütze dar, die zur Annahme berechtigt, daß
sowohl Enzyme, als auch bereits einfache Funktionsproteinoide ("Protoenzyme")
als (zum Teil auch matrizenfreie) Synthetasen wirken können. Die
experimentellen Befunde stützen darüber hinaus Kaplans
Abschätzung über die Funktionsprotein(oid)-Wahrscheinlichkeit
voll und ganz. Zwar ist die katalytische Aktivität weitaus
niedriger als die biotischer Enzyme, doch sie hätte zweifelsohne
ausgereicht, um einfaches Leben zu ermöglichen, da
"leistungsfähigere" Konkurrenten zu Beginn der biotischen
Evolution noch fehlten.
Abbildung 12:
Nucleationsmodell (a) mit Sammlerstrang (b)
und Anbaumolekülen (c). Nach der Theorie konnten statistisch
geknäuelte Aggregate aus Doppelhelices (a), die bestimmte
Eigenschaften aufweisen, lineare offene Oligonucleotide, sogenannte
Sammlerstränge binden, an deren Nucleotidbasen wiederum
kurzkettige Oligonucleotide (ganz allgemein: Anbaumoleküle)
über Wasserstoffbrücken gebunden wurden, die zur Entstehung
der Ur-t-RNS führte.
Einfache Oligonucleotide konnten also
möglicherweise auch ohne Enzyme in großer
Zahl entstehen, die sich zu hyperzyklisch organisierten Quasispezies
zusammenschlossen. Eine derartige Bildung erfolgte zunächst noch
zufällig (divergent), mußte allerdings, wie Kuhn zeigen
konnte, im Laufe der Zeit in einen konvergenten Prozeß
umschlagen, der in einer Darwinschen Selektion mündete.
Dazu nehmen wir an, es bildeten sich per
Zufall Oligonucleotide, deren Ribose-Zucker allesamt aus lediglich
einer optische Form (etwa aus der rechtsdrehenden D-Form)
bestanden. (Bei Oligonucleotiden aus z. B. 21 Gliedern ist unter 1
Million statistisch mindestens einmal eine solche Sequenz zu erwarten).
Solche "enantiomerenreine" Nucleinsäuren können, wie
gezeigt wurde, sehr rasch weitere, zum RNS-Strang komplementäre
Nucleotidbasen binden, und recht stabile Doppelhelices
aufbauen. Durch Milieuschwankungen konnten diese dann (auch das ist
empirisch belegt; vgl. Kämpfe, 1992) im Zuge der konstanten
Temperaturzyklen am warmen Tag wieder in Einzelstränge aufspalten,
die in den kühlen Nächten mit DNS-Bausteinen derselben
optischen Form wieder zu Doppelhelices rekombinierten usw. Durch
derartiger Prozesse (als geeignet wird heute auch die heiße
Umgebung der tiefmarinen "black smokers" angesehen), wurde also die replikasenfreie
Reproduktion (Verdopplung) im Tagesrhythmus ermöglicht, wobei
sich die RNS-Kopien zu Quasispezies oder tertiären Strukturen
zusammenschließen konnten.Diese treten nun untereinander in einen
Selektionswettbewerb, wobei Replikationsgeschwindigkeit,
Kopiergenauigkeit
und eventuell bestimmte katalytische, thermodynamische und
sterische Eigenschaften als selektive Faktoren wirkten. Wir haben
somit nach der divergenten Phase der Organisation erstmals eine echte
konvergente Darwinsche Evolution vorliegen; Selektion führt
automatisch zu Informationsaufbau und Negentropie. Auch die optische
Symmetrie der Riboseeinheiten läßt sich mit diesem
Modell ganz zwangsläufig erklären, da nur uniforme,
enantiomerenreine RNS-Oligomere die Bildung stabiler, kopiergenauer und
hochreplikativer Doppelhelices gewährleisten können.
Abbildung 13: Auf einer
Aggregat-Oberfläche (a)
(Sammlerstrang) können Anbaumoleküle (b) (z. B. kurze
offenkettige Oligonucleotide) gebunden werden, die ihrerseits eine
starke Affinität zu Aminosäuren (c) aufweisen. Das gesamte
Aggregat kann, wie Wächtershäuser glaubt (siehe Theorie des
Biofilms, Oberflächenmetabolismus) auf der Oberfläche von
Pyritkriställchen, Tonen, Sand oder Lava haften bzw. entstehen,
wobei Pyrit und andere Metallsulfide über günstige
katalytische Eigenschaften, etwa auch zur Entstehung von Proteinen
besitzen (vgl. empirische Befunde von Cairns-Smith et. al.), die die
Verknüpfung der Aminosäuren zu einem
primärstrukturierten Proteinstrang bewerkstelligten; der
ursprüngliche Übersetzungsapparat war entstanden. Im Laufe
der Zeit entstanden dann evolutiv geeignete
Enzym-Nucleinsäure-Hypercyclen, die ein selbstreplizierendes,
autokatalytisches System bildeten.
Nun weiß man,
daß sich
Nucleinsäuren mit Tertiärstruktur zu statistischen
Knäueln verbinden können, wobei derartige Aggregate unter
bestimmten Bedingungen wiederum zahlreiche nadelförmige
Oligonucleotide zu binden in der Lage sind, die wie "Stecknadeln aus
einem Nadelkissen" herausragen. Diese geradlinigen Oligonucleotide
bezeichnete Kuhn als "Sammlerstränge", die, wie es unsere
heutigen Kenntnisse nahelegen, wohl in der Lage waren, ihrerseits
wieder kurze komplementäre Polynucleotid-Sequenzen ("Anbaumoleküle")
über Wasserstoffbrücken zu binden. Die Anbaumoleküle
bildeten nach Kuhn die Ur-t-RNAs, die Sammlerstränge die
Ur-m-RNAs. Diese recht komplexen Aggregate können Aminosäuren
an den Anbaumolekülen anlagern, die Bildung von Proteinen und
komplexen Enmzymen ist dann relativ wahrscheinlich. Neben den
Aggregaten kommen nach Katchalsky aber auch anorganische
Tracersubstanzen mit katalytischen Eigenschaften in Frage, wie Pyrit
oder Montmorillionit. Wie aus Abbildung 12 und 13
ersichtlich ist, bildete sich der ursprüngliche
Übersetzungsapparat dadurch heraus, daß die Aminosäuren
an die Anbaumoleküle gebunden und durch die Katalyse der
Aggregatoberflächen zu Enzymen umgesetzt wurden. Der
Brückenschlag zu Wächtershäusers Theorie des
Oberflächenmetabolismus (vgl. oben) ist
augenfällig.
b.)
Mehrtreffer-Hypothese
Im Gegensatz zu Kuhns Vielschritt-Hypothese
postulierte Kaplan eine Entstehung der ersten Protobionten in einem
Schritt, wobei zufällig Synthetasen und Nucleinsäuren in
einem Kompartiment zusammengefunden haben mußten. Von jeder der
beiden Funktionseinheiten mußte ein "Basisrepertoire" an
Makromolekülen vorhanden gewesen sein, die sich selbst zu
autokatalytischen Verbänden organisierten. Kaplan schätzte
die Rahmenbedingungen ab und kam nach statistischen Überlegungen
zum Schluß, daß die Bildung derartiger selbstreplikativer
Systeme durchaus im Bereich des Wahrscheinlichen gelegen haben
könnte (vgl. Kämpfe, 1992).
11. Meteoriten könnten Schlüssel zur
Entstehung des Lebens sein
Top
Mit
gewaltiger Wucht zum Biomolekül: Japanische Wissenschaftler haben
simuliert, was in einem Ur-Ozean auf der Erde geschehen wäre, wenn
ein
Meteorit einschlägt. Das Ergebnis ist verblüffend: Allein
durch Wucht,
Hitze und wenige Grundzutaten entstanden Vorläufersubstanzen allen
Lebens.
Es ist eines der
Lieblingsargumente der Verfechter eines göttlichen
Willens als Quell des Lebens auf der Erde: Die komplexen organischen
Moleküle, die Grundlage allen Lebens sind, könnten doch nicht
einfach
so entstanden sein. Der Lösungsvorschlag Verfechter eines aktiv
eingreifenden Weltenschöpfers lautet: "intelligent design" -
irgendwann
hat irgendwer ein paar Atome neu zusammengefügt, so dass Leben
entstehen konnte.
Wissenschaftler von der Tohuko-Universität in Sendai, Japan,
haben nun einen alternativen Vorschlag gemacht und auch experimentell
gestützt: Meteoriten, die in der Frühzeit des Planeten in
großer Zahl
auf der Erdoberfläche aufschlugen, könnten die nötige
Energie geliefert
haben, dass sich komplexere chemische Bausteine bilden. Die seien dann
wiederum die Grundlage für sich selbst replizierende Moleküle
- Leben
eben - gewesen.
Viele der Zutaten zu den ersten
Lebewesen waren auf der frühen
Erde zweifellos vorhanden. Unklar ist nur, wie sich diese Zutaten zu
den Grundbausteinen des Lebens zusammentaten. Yoshihiro Furukawa und
seine Kollegen setzten nun auf Wucht: Sie simulierten mit einer Art
Miniaturkanone den Aufprall eines Meteoriten aus Kohlenstoff, Nickel
und Eisen in einem Ur-Ozean aus Wasser und Ammoniak. Die
Arbeitshypothese der Arbeit, die das Team nun im Fachblatt "Nature
Geoscience" veröffentlichte, lautete: "Der Großteil der
organischen
Moleküle, die für die Entstehung des Lebens notwendig waren,
wurden bei
ozeanischen Einschlägen außerirdischer Objekte erzeugt, die
metallisches Eisen und festen Kohlenstoff enthielten."
Der Druck, den die Forscher in
ihrer Apparatur erzeugten, entsprach
ihren Angaben zufolge etwa dem, den ein Meteorit entfaltet hätte,
der
mit einem Tempo zwei Kilometern pro Sekunde auf der Ur-Erde aufgeprallt
wäre. Durch die dabei freigesetzten Energien wurde das
Substanzgemisch
auch extrem erhitzt - auf etwa 2600 bis 4700 Grad Celsius. Nach dem
simulierten Aufprall habe man chemische Verbindungen wie
Fettsäuren und
die Aminosäure Glycin nachweise können - Grundbausteine
heutiger
Lebewesen.
In den Ozeanen der Vorzeit seien solche
Ereignisse, wie man sie nun simuliert habe, sehr häufig und mit
teils
ungleich höherer Wucht aufgetreten, so Furukawa und seine
Kollegen. Oft
seien dabei vermutlich große Pilzwolken aus Staub und
Flüssigkeit
entstanden, "mit großen Mengen Ausgangsmaterial und
unterschiedlichen
Temperatur-, Druck- und Gaszusammensetzungen".
Daher hätten sich bei den
natürlichen Einschlägen vermutlich
organische Verbindungen von "größerer Vielfalt,
Variationsbreite und
Komplexität gebildet, als in den hier vorgestellten Experimenten".
Zudem hätten durch weitere Einschläge aus einfacheren
Molekülen noch
komplexere werden können.
Das Bombardement der jungen Erde
aus dem All, so die
Schlussfolgerung des Teams, könne also dafür gesorgt haben,
dass "sich
Biomoleküle und ihre Vorläufer bilden, die notwendig für
den Ursprung
des Lebens sind".
Die Verfechter der These vom
"intelligent design" allerdings wird auch diese Arbeit vermutlich eher
nicht überzeugen.
12.
Literaturhinweise
Top
Holleman, Wiberg:
Lehrbuch der Anorganischen Chemie, S. 518 f. Berlin, 1995
E. W. Bauer et al:
Biologiekolleg. Bielefeld, 1983
Bilder frühen
Lebens. Verständliche Forschung, Spektrum der Wissenschaft.
Heidelberg, 1986
Entwicklung von den ersten Lebensspuren bis z.
Menschen. Verständl. Forschung, Spektrum d. Wiss.. Heidelberg,
1988
Darwin, Charles: Die
Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl. Stuttgart, 1963
Hoimar v. Ditfurth: Am
Anfang war der Wasserstoff. Hoffman und Campe, 1980
Stuart Kauffman: Der Öltropfen im Wasser,
1995
L. Kämpfe: Evolution und
Stammesgeschichte der Organismen, Gustav-Fischer-Verlag, 1992
Quelle: Schritte zum Leben
1. Der neue Ursprung des Lebens
Top
Aktuelle Laborbefunde
erschüttern die gängigen Theorien: Stand Katzengold am Anfang
der Evolution? (Der metallische Glanz und seine goldene Farbe brachten
dem Pyrit den Beinamen Katzengold.)
Günter Wächtershäuser,
Honorarprofessor am Lehrstuhl für Mikrobiologie an der
Universität Regensburg, beschäftigt sich gern mit ganz
grundlegenden chemischen Vorgängen. Dazu füllt er
Eisensulfid, Schwefelwasserstoff und Wasser in eine Glasflasche und
wartet. Er will überprüfen, ob die Reaktionen, die er sich
auf dem Papier ausgedacht hat, auch im Labor funktionieren. Wenn nach
einer Stunde Pyrit, also ordinäres Katzengold, im Behälter
schimmert, ist er zufrieden.
Den Chemiker treibt die faszinierende Frage um, ob und wie aus
Katzengold das Leben auf der Erde entstanden sein könnte. Im
Hauptberuf ist Wächtershäuser Patentanwalt, dennoch sind
seine Forschungsergebnisse renommierten Fachzeitschriften
regelmäßig Veröffentlichungen wert. Demnächst wird
in „Nature“ seine neueste Arbeit erscheinen. Sie beschreibt, wie aus
Pyrit, so unglaublich es klingen mag, Aminosäuren, die Bausteine
des Lebens, entstanden sein könnten. Das Rätsel um den
Ursprung des Lebens läßt
Wissenschaftler weltweit nicht ruhen. Lange herrschte unter ihnen die
Meinung vor, es hätte sich wie ein Phönix aus einer von
Blitzen durchzuckten Ursuppe erhoben. Neueste Forschungsergebnisse
zwingen sie jedoch zur Korrektur dieser Theorie:
Versteinerte Abdrücke einer blühenden, Milliarden Jahre
alten Mikrobengemeinschaft beweisen, daß das Leben weitaus
früher entstand, als man bislang angenommen hat, noch bevor die
Erde abgekühlt war.
Kamen die Keime des ersten Lebens auf der Erde aus dem Weltraum? In
der Sternenwolke Sagittarius wurde eine Aminosäure gefunden, ein
Eiweiß-Baustein. Entwickelte sich das Leben in der Tiefe der
Ozeane? Geologen
entdeckten eine fremdartige, von der Sonne völlig unabhängige
Mikrobenwelt an Unterwassergeysiren und in den Zwischenräumen des
Erdmantels. Entstand das erste Leben in einem hochgiftigen Milieu aus
Schwefelwasserstoff und Eisensulfid?
Theorien darüber, wie sich die schillernde Vielfalt enwickeln
konnte, die heute die Erde bis in den letzten Winkel bevölkert,
sind so alt wie die Zivilisation selbst. Die alten Ägypter
glaubten, Frösche und Kröten stiegen aus dem Nilschlamm
empor. Aristoteles lehrte, Insekten und Würmer seien aus
Tautropfen und Schleim geboren, Mäuse aus feuchter Erde, Aale und
Fische aus Sand, Schlamm und Algen. Es bedurfte der begrifflichen Kraft
Charles Darwins, um ein
biologisches Szenario für die Entstehung des Lebens zu schaffen.
Der Begründer der Evolutionsforschung vermutete, das Leben sei in
einem „warmen Teich“ entstanden.
Louis Pasteur schließlich widerlegte Aristoteles´
Irrglauben von der spontanen Urzeugung des Lebens durch Experimente. Er
entdeckte, daß selbst Bakterien nicht von selbst aus Schmutz
wachsen, sondern Eltern haben. Solche Entdeckungen
verlagerten das Problem jedoch nur in die Vergangenheit: Irgendwann
mußte das Leben doch einmal entstanden sein.
1953 lieferte der Doktorand Stanley Miller an der Universität von
Chicago einen ersten experimentellen Nachweis. In einem Glas schuf er
eine Comicstrip-Version der primitiven Erde: Wasser für den Ozean,
Methan, Ammoniak und Wasserstoff für die Atmosphäre und
Funken für Blitze.
Nach einer Woche fand er eine klebrige Masse organischer Chemikalien,
darunter auch Aminosäuren: Proteinbausteine, aus denen die Zellen
bestehen. Das Experiment war eine Sensation und wurde als Durchbruch
gefeiert. Die Bilderbuchdarstellung vom Ursprung des Lebens wird
inzwischen heftig in Frage gestellt. „Es war ein schönes Bild“,
sagt der Planetenforscher Christopher Chyba.
Neue Einsichten über die Entstehung der Planeten haben die Zweifel
wachsen lassen, ob Methan- und Ammoniakwolken jemals die
Atmosphäre der primitiven Erde beherrscht haben. Und wenn Millers
berühmtes Experiment auch die Bestandteile der Proteine
hervorbrachte, so glauben doch immer mehr Forscher, daß noch vor
dem Erscheinen der Proteine (Eiweiße) genetisches Material
existiert haben
muß.
Günter Wächtershäuser geht diese Vorstellung zu weit,
sie ist ihm zu kompliziert. Er sieht den Anfang dessen, was wir Leben
nennen, in einer chemischen Reaktion zwischen Stoffen, die heute
für das Leben Gift sind, auf der urzeitlichen Erde aber schier
unerschöpflich vorhanden waren: Schwefel-Wasserstoff und
Eisensulfid. Bei hoher Temperatur bilden sich aus diesen
Ausgangsstoffen Wasser und Pyrit, also ordinäres Katzengold, und
Wasserstoff. Die Reaktion läuft von selbst und gibt Energie ab.
Sie bildet damit ein Energiezentrum, gleichsam eine Art urzeitlicher
Batterie, um das sich möglicherweise ein erster archaischer
Stoffwechsel gruppierte.
In Laborexperimenten konnte Wächtershäuser nachweisen,
daß sich rund um diese „Pyrit-Batterie“ ein grundlegender
Stoffwechselprozeß, der sogenannte „reduktive
Zitronensäure-Zyklus“, wie von selbst anordnete (Dieser Zyklus
funktioniert bis heute: Auch im Menschen ist er ein elementarer
Energielieferant).
Diese Reaktion setzte genug Energie frei, so Wächtershäuser,
daß sich Grundelemente des Lebens, wie etwa Zucker, Basen der
Erbsubstanz und Enzyme, gebildet haben könnten. Außerdem
weist Pyrit eine positive elektrische Ladung auf, die negativ geladene,
blasenbildende Moleküle anzogen: Damit gab das Katzengold dem
Leben nicht nur Energie, sondern regte möglicherweise auch die
Formation von Blasen an, ein erster Schritt zur Bildung von primitiven
Zellstrukturen.
Da Eisensulfid und Schwefelwasserstoff auf der frühen Erde im
Überfluß vorhanden waren, lief der erste Lebensprozeß
wie von selbst. „Das Leben mußte einfach entstehen“, meint
Günter Wächtershäuser, „es war kein Zufall.“
Gleichzeitig scheint die Evolution viel schneller gearbeitet zu haben,
als bislang vermutet. Für die Entstehung der ersten Enzyme (Enzyme
sind Proteine (Eiweiße), die biochemische Reaktionen
regeln.)
„reichten vielleicht schon einige 1000 Jahre aus“, glaubt der
theoretische Chemiker.
Inzwischen haben immer ältere Fossilien tatsächlich Hinweise
dafür geliefert, daß sich das Leben nicht in dem
gemächlichen Tempo entwickelte, das Darwin vorschwebte. Bereits
eine Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde, vielleicht sogar
schon früher, erschienen die ersten Mikroben auf der
Bildfläche.
Die Hinweise: Der Paläobiologe (Die Paläontologie ist ist
die Wissenschaft von den Lebewesen vergangener Erdzeitalter.)
William
Schopf von der
Universität von Kalifornien in Los Angeles berichtete, er habe in
3,5 Milliarden Jahre alten Felsen Westaustraliens die Abdrücke elf
verschiedener Arten von Mikroorganismen identifiziert. Noch ältere
Gesteine in Grönland weisen auf Zelleben hin, das 3,8 Milliarden
Jahre alt sein könnte.
Viele dieser Fossilien ähneln im Aussehen stark den Spezies
blaugrüner Algen, die auch heute noch weltweit verbreitet sind.
Diese Vorfahren der Cyanobakterien waren nicht nur die ersten
Lebewesen, sondern auch die ersten, die das soeben entstandene Leben
wieder auslöschten: Sie produzierten so viel Sauerstoff, daß
die ersten Lebensformen, Millionen anaerober (Lebewesen, die
für ihren Stoffwechsel nicht auf Sauerstoff angewiesen sind oder
sogar durch ihn gehemmt oder abgetötet werden, werden entsprechend
als Anaerobier bzw. anaerob bezeichnet.) Organismen, daran
zugrunde
gingen.
Die ersten Jahre der noch jungen Erde waren kein netter, warmer Teich,
wie Darwin gemutmaßt hatte, sondern ein „heißer
Dampfkochtopf“, wie es der Mikrobiologe Karl Otto Stetter von der
Universität Regensburg beschreibt: Ständige
Vulkanausbrüche und Meteoritenschauer machten aus unserem
Heimatplaneten einen äußerst ungemütlichen Ort für
die Geburt komplexer organischer Strukturen. Die Hypothese von der
„heißen Welt“ hat inzwischen viele
Anhänger. Demnach formten sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren das
Sonnensystem und die Erde. Zuerst bildeten sich kleine
Himmelskörper, die zusammenstießen und die Planeten schufen.
Schon früh verwandelte die von diesen gewaltigen Kollisionen
freigesetzte Energie die sich formende Erde in einen Schmelztiegel.
Zusätzlich zog das Schwerkraftfeld des jungen Planeten Erde
Himmelstrümmer an. Eisige Kometen schossen aus den
äußersten Bereichen des Sonnensystems heran. Asteroiden und
Meteoriten stürzten bombengleich auf die Erde. Die schweren
Einschläge waren katastrophal für das frühe Leben, und
so überlebte es vermutlich nur in den Tiefen der Ozeane. Dort
fanden Forscher in den letzten Jahren eigenartige,
schlotähnliche (röhrenförmige) Strukturen, sogenannte
hydrothermische Kanäle.
Als sie die scheinbar lebensfeindlichen Ofenrohre und ihre Umgebung zu
erforschen begannen, entdeckten sie zu ihrer Verblüffung
Ökosysteme mit eigenartigen Organismen: Riesige
Röhrenwürmer, blinde Krabben und schwefelverzehrende
Mikroorganismen lebten dort, die, so ergaben genetische Analysen, sehr
eng mit den ersten Geschöpfen der Erde, den Vorfahren der
Cyanobakterien, verwandt waren.
Die Kometeneinschläge bedrohten das Leben nicht nur, sie waren
vielleicht für seinen Ursprung mitverantwortlich. Die alte Idee
von der „Panspermie“, 1906 vom schwedischen Physikochemiker Arrhenius
formuliert, wird von Ergebnissen moderner Astronomie bestätigt.
Die
Hypothese der Panspermie besagt, dass sich einfache Lebensformen
über große Distanzen durch das Universum bewegen und so die
Anfänge des Lebens auf die Erde brachten.
In Spektrallinien der Sternenwolke Sagittarius entdeckte Lewis Snyder
von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign Spuren der
Aminosäure Glycin, einem Proteinbaustein. Nach Ansicht des
Astronomen Chandra Wickramasinghe von der Universität von Wales in
Cardiff ist dieser Befund nur „die Spitze des Eisbergs“ und Leben im
All weit verbreitet.
Parallel dazu hat der Zoologe David Dreamer an der Universität von
Kalifornien in Davis aus Meteoriten organisches Material isoliert, das
zellähnliche Membranen bildet. Bohrkerne des Grönland-Eises
enthielten noch in 800 Metern Tiefe eine organische Substanz aus dem
Weltraum. Forscher haben errechnet, daß heute noch jedes Jahr
etwa eine Tonne solchen Materials auf die Erde regnet.
Einen verblüffend einfache Erklärung für ein erstes
Molekül des Lebens hat der britische Chemiker Graham Cairns-Smith
von der Universität Glasgow parat. Er glaubt, daß nicht
Katzengold, Wächtershäusers Favorit, sondern
gewöhnlicher Lehm am Ursprung des Lebens stand. Die Struktur
bestimmter Lehmarten wiederholt ständig das immergleiche
kristalline Muster. Wichtiger noch: Tritt eine Abweichung auf, wird sie
wiederholt, wie die Mutation in einem DNA-Strang. Eine ganze Reihe von
Wissenschaftlern kann sich durchaus vorstellen, daß Lehm oder
mineralische Kristalle als Katalysator für die ersten Reaktionen
des Lebens gedient haben könnten.
Welche Substanz den Beginn des Lebens auch stützte, ob Information
am Anfang stand oder erste Stoffwechselprozesse, ein grundlegendes
Henne-Ei-Problem bleibt: Heutige Lebewesen bestehen aus Proteinen. Die
Blaupausen für die Proteine aber, die Bauanleitungen für alle
Organismen, finden sich in langen Strängen der Erbsubstanz in Form
von DNA (DesoxyriboNucleinAcid; Acid = Säure) oder RNA
(RiboNucleinAcid). Diese Moleküle
können aber nicht
hergestellt werden, ohne daß Proteine (Eiweiße) als
enzymatische
Katalysatoren in den Bauprozeß eingreifen. Wie also waren
Nukleinsäuren denkbar ohne Proteine, oder auch umgekehrt?
Eine mögliche Lösung fand sich vor einem Jahrzehnt, als
Forscher entdeckten, daß bestimmte RNA-Moleküle nicht nur
als Blaupausen fungierten, sondern auch als Enzyme, die Reaktionen
untereinander und mit anderen Molekülen stimulieren. Leslie Orgel
vom Salk-Institut in San Diego geht davon aus, daß sich das Leben
notgedrungen über diesen „Flaschenhals“ einer katalytisch
wirkenden RNA entwickeln mußte.
Zuvor hatten sich die Wissenschaftler RNA als bloße molekulare
Träger vorgestellt, die die genetischen Anweisungen der DNA zu den
Proteinfabriken der Zelle transportieren. Plötzlich sah man RNA in
einem völlig anderen Licht: Wenn sie als Katalysator dienen
konnten, dann hatten sie vielleicht zu irgendeinem Zeitpunkt ihre
eigene Verdoppelung angeregt. Dann wäre die RNA viel mehr als nur
ein Zwischenhändler der DNA, sondern möglicherweise sogar ihr
Vorfahr.
Nach dieser Argumentation hätten die ersten Organismen in einer
„RNA-Welt“ gelebt, und DNA, die heute die Erbsubstanz aller Lebewesen
bildet, entwickelte sich erst, als das Leben bereits auf dem Weg war.
Aber auch RNA ist nicht der beste Kandidat für das erste
Molekül des Lebens: Sie kann sich ohne ständigen Nachschub an
fertigen Proteinen nicht selbst reproduzieren. Um aber als „lebendig“
gelten zu können, müßte ein Molekül die
Fähigkeit aufweisen, sich ohne Hilfe von außen zu vermehren.
Ob RNA-Moleküle das können, untersuchten kürzlich die
Harvard-Biologen Jack Szostak und David Bartel. Die beiden ahmten die
potentiellen chemischen Vorgänge auf der frühen Erde nach,
indem sie Billionen unterschiedlicher RNA-Stränge erzeugten.
Darunter fanden sie schließlich fünf Dutzend, die sich
anderen Strängen anlagerten. Der Prozeß der Verbindung, so
Szostak, sei entscheidend für die Bildung komplexer Moleküle
aus einfachen Bausteinen.
Auch Günter Wächtershäuser will sich jetzt den
fortgeschrittenen Erfindungen des Lebens zuwenden. Er versucht
experimentelle Beweise dafür zu erbringen, wie sich die
hochkomplexe Biochemie des Lebens auf den Energielieferanten Pyrit
aufgebaut haben könnte. Sein Erfolgsrezept bleiben einfache
Fragen. „Ich habe an einem Knäuel gezogen“, sagt der theoretische
Chemiker, „und zufällig ein offenes Ende erwischt.“ Jetzt will er
weiter ziehen.
2. Katzengold Top
Bei hohen Temperaturen bildet sich aus Eisensulfid,
Schwefel-Wasserstoff und Wasser das metallisch glänzende Pyrit
(Katzengold).
Ergebnis: Energie für das keimende Leben und eine erste
Oberfläche für primitive Zellen. Die Pyrit-Reaktion war so
einfach, daß das Leben entstehen mußte. Es war, glaubt
Günter Wächtershäuser, kein Zufall.
3. Die
Evolution des Lebens Top
Es begann vor vier Milliarden Jahren. Sie verwandelte die Erde in einen
blauen Planeten und brachte den Menschen hervor
Ursprung: Vor ca. 4 Mrd. Jahren keimte vermutlich das erste Leben,
trotz massiven Bombardements durch Kometen und Meteoriten
Schwefelwelt: Ca. 3,8 Mrd. Jahre alt sind die frühesten Fossilien
aus Grönland. Das Leben entwickelte sich zuerst anaerob, ohne
Sauerstoff, vermutlich auf der Basis von Schwefel
Sauerstoff: Vor ca. 2,8 Mrd. Jahren wird biologisch Sauerstoff
produziert. Die Photosynthese ist erfunden
Blauer Planet: Vor ca. 2 Mrd. Jahren erreicht der Sauerstoff in der
Atmosphäre
seinen heutigen Gehalt. Der Himmel und die Meere ändern ihre Farbe
Zellkern: Vor ca. 1,8 Mrd. Jahren bilden sich einzellige Lebewesen
heraus, die
einen Zellkern besitzen, in dem die Erbsubstanz eingebettet ist
Sexualität: Vor ca. 1,2-0,8 Mrd. Jahren tritt die sexuelle Form
der Vermehrung bei
Einzellern auf und später die ersten vielzelligen Organismen
Vielfalt im Meer: Vor ca. 600-400 Mio. Jahren bevölkern sich die
Ozeane: Korallen,
Muscheln und Fische treten auf, Pflanzen wagen sich aufs Land
Landnahme: Vor ca. 250-60 Mio. Jahren fächert sich das Leben auf
dem Land in
eine bunte Vielfalt auf. Blütenpflanzen, Insekten und Dinosaurier
entstehen
Siegeszug der Säuger: Vor ca. 60 Mio. Jahren beginnen kleine
Pelztiere ihre Karriere. Aus
ihnen gehen Primaten (Primaten sind höhere Säugetiere: Affen)
hervor und vor etwa 100.000 Jahren der Mensch
4. Leben:
Woher es kam Top
Theorie 1: Aus dem All: Kometen könnten Lebensbausteine, z. B.
Aminosäuren, auf die Erde getragen haben
Theorie 2: In der Ursuppe: Blitze lieferten in erkalteten Ozeanen
Energie zur Bildung von Lebensmaterial. Vermutlich falsch
Theorie 3: Unterwassergeysire: Forscher vermuten, daß das Leben
hier schwerste Kometeneinschläge überstand
Leben: Welchen Stoff es nutzte
Materialien wie Pyrit (Katzengold) oder auch Lehm trauen
Wissenschaftler zu, den Beginn des Lebens unterstützt zu haben.
Die Pyritbildung lieferte Energie, so daß sich erste
Moleküle des Lebens bilden konnten, wie etwa Aminosäuren und
Enzyme. Seine Oberfläche begünstigt außerdem die
Formation von primitiven Zellen.
Das
Kristallgitter von Lehm könnte ein erster Informationsspeicher
gewesen sein. Das Material vermag aber auch als Katalysator zu wirken,
der die Bildung von organischen Substanzen an seiner Oberfläche
fördert. Ob solche anorganischen Vorläufer wirklich
erforderlich waren, ist
noch nicht endgültig bewiesen. In jedem Fall mußte das Leben
irgendwann den Übergang zu
Stoffen vollziehen, die sich heute in den Organismen finden. Am
Beginn dieser Etappe stand vermutlich die sogenannte RNA-Welt: RNA,
darauf weisen Versuche hin, steuerte seine eigene Herstellung und die
der Proteine. Erst danach übernahm die Erbsubstanz DNA das
Kommando über alles Lebende.
Lebende
Fossilien
Frühe Organismen der Erde waren heutigen Cyanobakterien zum
Verwechseln ähnlich. Die verkieselten Abdrücke von Zellen im
Mescal-Kalkstein in Arizona sind 1,2 Milliarden Jahre alt.
Pflanzen und Tiere erobern das Land Top
Die Entstehung des ersten Lebens
Der blaue Planet ist in vielerlei
Hinsicht etwas Besonderes. Er beherbergt in großen Mengen die
Grundlage allen Lebens: Das Wasser in flüssiger Form. Anfangs
wurde das Wasser nur in gasförmigem Zustand, als Dampf, in der
Atmosphäre gehalten. Durch die besondere Lage der Erde im Raum
konnte es in den flüssigen Aggregatzustand wechseln und zur
Oberfläche der Erde gelangen. Die Erde dreht sich nicht nur im
richtigen Abstand zur Sonne, sondern nahm letztendlich auch die ideale
Achsenneigung für eine gleichmäßige Sonnenbestrahlung
ein. Durch all diese Begebenheiten konnte sich die Temperatur sowie das
Klima als Ganzes auf die für das Leben geeigneten Maße
einpendeln.
Im Laufe der ersten
Milliarden Jahre nach deren „Geburt“ kühlt sich die Erde
allmählich ab. Die Vulkantätigkeit lässt nach und die
Meteoriteneinschläge werden durch die nach und nach entstehende
Atmosphäre gebremst. Die Wassermassen kondensieren und heftige
Regenfälle bilden über Jahre hinweg die Wiege des Lebens: den
Ozean.
Bis heute ist es ein Rätsel geblieben, wie und warum sich
der erste Lebenskeim aus toter, anorganischer Materie in die
höhere Ordnung des
Lebens erhob; wie sich die ersten Eiweiße aus den
Aminosäuren bildeten und wie sich das DNS-Molekül, der
sogenannte Bauplan des Lebens, entwickelte. Fest steht jedoch, dass das
erste eukaryotische (Eukaryoten sind Lebewesen mit Zellkern und
Zellmembran.) Leben vor etwa 3,5 Milliarden Jahren
pflanzlicher Natur war. Der Stammbaum des Lebens geht vermutlich
auf eine Alge namens Cystodinium zurück, die zur Gruppe der
Dinoflagellaten (Panzeralgen) gehört. Sie pflanzte sich mithilfe
von
Sporen (Sporen sind ein- oder wenigzellige Lebewesen, die sich
ungeschlechtlich vermehren.) fort, die eine Geißel (Geißeln
sind sind lange, von der Zelloberfläche abstehende, meistens
peitschenartige Fortbewegungsorgane.) besaßen. Diese Sporen
entwickelten sich in manchen Fällen nicht zur Alge, sondern
behielten die Geißel und bildeten keine Zellwand aus.
Dieses sogenannte Peridinium (die Alge) zeigt eine Art Mund, der jedoch
noch keine Funktion erfüllt. Diese Alge ist heute noch
existent. Das Chlorophyll (Farbstoff, der von der Alge gebildet wird)
der gleichen Spore bildete sich
vollständig zurück und sie war nun infolge der Evolution auf
Nahrung von außen angewiesen, sodass der vorgebildete Mund
erstmals eine Funktion bekam. Dieses neuartige Lebewesen erhielt
den Namen Gymnodinium.
Wenn wir in der Geschichte der Erde noch weiter
zurückgehen, finden wir anaerobe Bakterien (Als anaerob werden
Lebensprozesse bezeichnet, die keinen elementaren, molekularen
Sauerstoff (O 2) benötigen.), die durch
Gärungsprozesse aus Zucker Kohlendioxid und Alkohol bilden. Heute
ist bekannt, dass sich Zucker spontan in der Uratmosphäre gebildet
hat. Aus diesen Bakterien gingen chlorophyllnutzende Bakterien
hervor, die das entstandene Kohlendioxid verwerten konnten
(Chlorophyll: griechisch chlorós grün). Diese auch
als „Blaugrüne Algen“ bekannten Cyanobakterien besitzen keinen
echten Zellkern, gehören also zu den Prokaryonten (Prokaryoten
sind zelluläre Lebewesen, die keinen Zellkern besitzen.). Die
Vorläufer der heutigen Bakterien dominierten die ersten zwei
Milliarden Jahre und sind nach wie vor sehr erfolgreich.
Die Cyanobakterien stellen auch heute einen großen Teil des
marinen Phytoplanktons und sind damit wesentlich an der
Sauerstoffproduktion des Planeten beteiligt. Der Sauerstoff, ein
Nebenprodukt der Photosynthese, war wiederum als reaktives Gas Gift
für die anaeroben Bakterien und es entwickelten sich neue
Organismen, die den Sauerstoff nicht nur tolerierten, sondern eine
neuartige, effektivere Art der Energiegewinnung mittels Oxidation
entwickelten.
Da der Sauerstoff an sich ein Zellgift darstellt, mussten neue Schutz-
und vor allem Reparaturmechanismen erfunden werden. Zwei Milliarden
Jahre hatten nur Prokaryonten existiert, vor eineinhalb Milliarden
Jahren traten erstmals Zellen mit einer höheren Organisationsstufe
und einem echten Zellkern auf. Diese Stufe der Evolution konnte nur
durch effizientere Energiegewinnung erreicht werden. Sei es durch das
auf Chlorophyll basierende System der Pflanzen, oder durch das auf
Oxydation beruhende System des tierischen Lebens. Einzelne Zellen
begannen sich zu organisieren, zu kooperieren. Arbeitsteilung und
Spezialisierung ermöglichten die Höherentwicklung zu
vielzelligen Organismen. Etwa zur gleichen Zeit entstand auch die
Sexualität.
Das Land als neuer Lebensraum
Anfangs war an ein Leben außerhalb des Meeres nicht zu denken.
Giftige Gase und der fehlende Strahlenschutz, die Ozonschicht, fehlten.
Letztere konnte sich erst bilden, als genügend Sauerstoff in der
Atmosphäre vorhanden war. Abgesehen davon stand das Leben vor dem
Problem des Wassermangels. Es mussten Mechanismen entwickelt werden,
die die Austrocknung an der Luft verhinderten und eine
gleichmäßige Wasserversorgung durch alle Zellen hindurch
sicherstellten.
Blau-, Grün- und Rotalgen bevölkerten die flachen und
küstennahen Meeresgebiete. Bei unruhiger See wurden sie immer
wieder an Land geworfen, wo sie erstickten und starben. Sie bildeten
den ersten Humus, den Nährboden pflanzlichen Lebens. Im Silur
(Periode in der Erdgeschichte vor 443 bis 416 Millionen Jahren) gab es
eine Periode der Austrocknung, die das Leben nahe der Küste in
kleinen Wasserstellen einschloss. Die Grünalgen konnten sich den
neuen Bedingungen anpassen und überlebten. Man nimmt aufgrund von
Fossilienfunden an, dass vor 460−420 Millionen Jahren aus diesen
Grünalgen, im Speziellen aus Charophyceen (Arleuchteralgen) 1,
die ersten Gefäßpflanzen hervorgingen (Tracheophyten, auch:
Kormophyten, Sprosspflanzen). Sporenfunde weisen jedoch auf einen noch
früheren Beginn der Gefäßpflanzen hin: Durch das
außergewöhnlich stabile Zellwandmaterial (Sporopollenin)
sind diese Mikrofossilien über die Zeiten erhalten geblieben.
Gemeinsamkeiten:
Landpflanzen und Charophyceen (Armleuchteralgen)2
Zellwand: Die Zellwand ist bei beiden Organismen ähnlich
aufgebaut. Der Zelluloseanteil beträgt 20-36% und es existieren
Zellulosesynthesekomplexe aus Rosetten von sechs Proteinpartikeln.
Diese Kombination kommt nur bei Charopyceen und Landpflanzen vor.
Peroxisomen: wandeln
mithilfe von Oxidasen Sauerstoff inWasserstoffperoxid um, das wiederum
mittels des namengebenden Enzyms Peroxidase in ungefährliche
Stoffe aufgespalten wird. Diese Entgiftungseinheiten finden sich sowohl
in den Charophyceen als auch in Landpflanzen.
Phragmoplasten:
erscheinen nur bei Charophyceen und Landpflanzen während der
Zellteilung.
Spermatozoiden:
Landpflanzen entwickeln häufig Spermatozoiden, die denen der
Charophyceen sehr ähnlich sehen.
DNA: Die
Chloroplasten-DNA der Landpflanzen ist denen der Landpflanzen am
ähnlichsten. Auch die charakteristischen Thylakoidmembranstapel,
die Grana, sind bei beiden Lebensformen gleich gestaltet. Neuere
Analysen haben gezeigt, dass auch das Kerngenom und die ribosomale RNA
(rRNA) große Ähnlichkeiten aufweisen.
Lange Zeit wurde angenommen, dass Moospflanzen (Bryophyten, griechisch
br´uo/brýo Moos) die ersten Pflanzen waren, die sich an
Land etablierten. Deren niedrige Wachstumsform lässt eine
frühe Entwicklungsstufe vermuten (Thallophyten) und die
Verwandtschaft zu den Algen ist sehr eng 3. Moose besitzen
weder Gefäße, noch verholzen sie. Tatsächlich
gehörten aber die ersten Pflanzen zu den Tracheophyten, genauer zu
den Psilophyten (Urfarne), Moose treten gemäß der
Fossilienfunde erst vor 350 Millionen Jahren auf. Anzumerken ist hier
aber, dass es Moosen an festen Bestandteilen mangelte und sie deswegen
allgemein schlecht fossilisierten. Die frühen
Gefäßpflanzen wuchsen krautig und bildeten erstmals einen
Stängel aus (lat. Kormus), mit dem sie in die Höhe strebten.
Thallophyten (Lagerpflanzen, Flechten) hingegen breiten sich nur
horizontal aus. Die Evolution der Landpflanzen läuft nun sehr
rasch ab, was vermutlich auf die neuen, harten Bedingungen
außerhalb des Wassers und eine daraus folgende starke Selektion
zurückzuführen ist. Zahlreiche neue Erfindungen
begünstigen das Leben an Land, derer ich hier einige auflisten
möchte.
1Campbell, Seite 690
2Campbell, Seite 693
3Pelt & alii: Die schönste Geschichte des
Lebens. S. 43
Erfindungen der Landpflanzen
Lignin: (lat. lignum
Holz) Dieser neuartige, feste und farblose Stoff wird in die
pflanzliche Zellwand eingebaut, um der Pflanze Stabilität zu
verleihen. Lignin ist heute nach Zellulose der zweithäufigste
organische Stoff der Erde.
Wurzel: Bei den
Vorläufern der Landpflanzen, den Algen und Tangen, hatte die Basis
der Pflanze nur die Aufgabe, am Boden Halt zu geben (Haftscheibe).
Schließlich war die Pflanze im Wasser bereits mit allen
nötigen Nährstoffen umgeben. Die ersten wurzelähnlichen
Organe waren haarähnlich-fadenförmig und durchzogen nur sehr
oberflächlich den Boden. Deshalb konnte die Pflanze anfangs nur in
Feuchtgebieten gedeihen. Bald gingen echte Wurzeln daraus hervor und
diese erfüllten nun eine lebenswichtige Aufgabe: Sie versorgten
die Pflanze über die feinen Wurzelhaare mit Wasser und
Nährsalzen aus tieferen Bodenschichten.
Cuticula (lat.
Häutchen) : Die Trockenheit
war beim Landgang der Pflanzen das größte Hindernis.
Jahrmillionen fand sich der Organismus der Pflanze von Wasser umgeben.
Nun war er in einer an sich lebensfeindlichen Umgebung und musste sich
folglich davon abgrenzen (darin behaupten). Durch eine spezielle, aus
Polymeren bestehende und oft mit Wachs versehene Außenhaut konnte
sich die Pflanze vor Austrocknung und Angriffen von Mikroorganismen
schützen. (Ein Polymer ist eine chemische Verbindung, die aus
Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekül) besteht.)
Gerade bei Sukkulenten (saftreichen Pflanzen), die an heißen,
trockenen Orten leben, ist die Cuticula überlebenswichtig.
Stoma (griech.
st´oma/stoma Mund) : Der
Prozess der Photosynthese benötigt nicht nur Wasser, sondern auch
Kohlendioxid, das durch die Umgebungsluft aufgenommen werden muss. Hier
bestand das zweite Problem der Pflanzen: Wie kann ein Gasaustausch ohne
Austrocknung erfolgen? Auch hier waren die Pflanzen erfindungsreich und
bildeten Atemöffnungen in der Epidermis aus, die die Gaszufuhr
genau regeln konnten. Dennoch entweicht bei der „Atmung“ eine
beträchtliche Menge an Wasser durch Evaporation (Verdunstung). Bei
nur einem Baum sind es hunderte Liter an Wasser pro Tag, wobei, an der
Blattoberfläche gemessen, 2/3 durch die Stomata
(Spaltöffnung) verdunsten, obwohl diese nur 1−2% der
Oberfläche ausmachen. Manche tropischen Pflanzen
verschließen zwischen elf und sechzehn Uhr wegen der starken
Sonnenbetrahlung die Stomata völlig 4.
Trockene Befruchtung:
Anders als die Tiere hat sich die Pflanze in der Fortpflanzung
unabhängig vom Wasser gemacht. Farne, Bärlappe und Moose sind
zwar weiterhin auf Feuchtigkeit angewiesen, da ihre Spermien bei
Trockenheit die Eizelle nicht erreichen können, aber die meisten
Pflanzen entwickelten eine Befruchtungsart, die kein Wasser mehr
benötigt. Mikrosporen, bei Blütenpflanzen der Pollen,
gelangen, durch Wind oder später Insekten verbreitet, zu einer
Samenanlage. Dort bilden sie einen Pollenschlauch aus, in dem die
Samenzelle bis zur Eizelle befördert wird. Diese Art der
Befruchtung tritt erstmals im oberen Karbon (vor 359 bis 299 Millionen
Jahren) bei den Koniferen auf (lat. Zapfenträger).
4Pelt & alii: Die schönste Geschichte des
Lebens. S. 37
Gefäßbündel:
Anfangs richteten sich Pflanzen mithilfe eines hohen hydrostatischen
Drucks auf, dem Turgor. Dies eignete sich aber nur für
kleinwüchsige Pflanzen, da mit zunehmender Höhe eine
ungünstige Relation zwischen Gewicht und Festigkeit entsteht
(doppelter Sprossquerschnitt = vierfache Festigkeit, jedoch
achtfaches Gewicht). Die frühen Landpflanzen entwickelten schon
längliche, spindelförmige Tracheiden (Wasser leitende
Elemente), die Festigkeit boten und Wasser über die Zellwände
durch Hoftüpfel weiterleiteten. Im Verlaufe der Evolution gab es
eine weitere Spezialisierung der Zellen und es gingen zwei Zelltypen
aus den Tracheiden hervor: Fasern und Gefäßelemente. Fasern
spezialisierten sich auf Festigkeit, indem sie die Zellwände
weiter verstärkten und sehr längliche Formen annahmen. Die
Gefäßelemente werden nun von den Fasern gestützt und
übernehmen als die am höchsten entwickelten Leitungszellen
die Funktion des Wassertransports. Sie kommen fast ausschließlich
in Blütenpflanzen vor. Es sind nun nicht mehr lediglich einzelne
Hoftüpfel, durch die das Wasser diffundieren kann; vielmehr haben
sich mehrere Zellen nacheinander angereiht und zu einer einzigen
Leitung verbunden.
 In
Abb. 2.4 (Klicke drauf, um es zu vergrößern) ist der Aufbau
eines modernen Sprosses zu sehen (Helianthus annuus). Die Fasern sind
statisch günstig am äußeren Ende des
Gefäßbündels angebracht, das Kambium bildet nach
außen das nährstofftransportierende Phloëm (Siebteil)
aus und nach innen hin das Wasser- und Mineralsalz-transportierende
Xylem (Holzteil). Trotz der spezialisierten Zellen kommen Tracheiden
noch heute in vielen Blütenpflanzen vor.
Blatt: Neben Sprossachse
und Wurzel gehört das Blatt zu den drei Grundorganen höherer
Pflanzen und sorgt mittels Photosynthese und Gasaustausch für die
Energiegewinnung der Pflanze; nur bei Kormophyten zu finden.
(Kormophyten umfasst die Pflanzen, die in Sprossachse (Die Sprossachse
verbindet Wurzel und Blatt zur Ernährung.), Blatt und Wurzel
gegliedert sind.)
5entnommen aus dem Buch Duddington: Baupläne der
Pflanzen S. 32
 In
Feuchtgebieten konnten sich vor 420 Millionen Jahren Farnpflanzen
(Pteridophyten, griech. pteric/pteris Farn) wie Cooksonia und Rhynia
halten. Sie beherrschen noch keine trockene Befruchtung und sind daher
auf Wasser angewiesen. Die aus dem Silur stammende Cooksonia wurde in
Irland entdeckt, Fossilien der größeren Rhynia (ca. 50 cm)
wurden in der schottischen Stadt Rhynie in rotem Sandstein („Old Red“,
Devon, 390 MA) gefunden.
Beide Pflanzen hatten bereits Lignin eingelagert und besaßen
Sprossachsen, Blätter hingegen waren noch nicht ausgebildet.
Aufgrund dieser Blattlosigkeit gehören sie zu den Psilophyten
(griech. yil´oc/psilós dünn, fein). Heute kommen
Pteridophyten wegen ihrer Wasserabhängigkeit nur in tropischen
Gebieten vor. Erst die Spermatophyten machten sich in Sachen
Fortpflanzung unabhängig vom Wasser und eroberten rasch die noch
unbewohnten Trockengebiete der Erde. Anfangs waren die Gymnospermen
(Nacktsamer) mit den Koniferen als Hauptvertreter die am weitesten
verbreitete höhere Pflanzengruppe, später drängte sie
der Erfolg der Angiospermen (Bedecktsamer) soweit zurück, dass sie
heute nur mehr einen geringen Teil der Samenpflanzen darstellen und
vermutlich über kurz oder lang vollständig verdrängt
werden. Während die Bedecktsamer einen heutigen Bestand von
200.000 bis 400.000 Arten haben, umfassen Nacktsamer nur etwa 350 Arten.
Tiere folgen den Pflanzen
Nachdem die Pflanzen die unwirtliche, trockene Oberfläche des
Erdballs erschlossen hatten, dauerte es nicht lange, bis die ersten
Tiere folgten und im Schutz der Pflanzen überlebten und sich auch
von ihnen ernährten. Die Pflanzen des Meeres waren es, die durch
die Produktion von Sauerstoff eine Atmosphäre schufen, in der ein
Überleben überhaupt möglich war. Die O2-Moleküle
verwandelten sich in der höheren Atmosphäre unter Einwirkung
des Sonnenlichts zu O3-Molekülen und bildeten somit die vor
ultravioletten Strahlen schützende Ozonschicht. Die Pflanzen waren
es auch, die aus der unwirtlichen, kargen Steinwüste der
Erdoberflähe „bewohnbares“ Land schufen. Der sich nun in der
Atmosphäre befindliche Sauerstoff ermöglichte die
Landbesiedelung durch Tiere. Dies deshalb, weil ein Leben an Land
aufgrund des höheren Kraftaufwandes zur Fortbewegung nur durch
eine effektive Energiegewinnung mittels direkter Sauerstoffatmung
möglich wurde. Die Fortbewegung erforderte zum einen mehr Energie,
weil ein unebener Untergrund eine differenziertere Bewegungsstrategie
notwendig machte: Landtiere müssen sich geschickt über
Wurzeln oder Steine, durch Höhlen oder Rinnen bewegen.
Zum anderen wurde die Gravitation nicht mehr durch die Verdrängung
eines dichten Mediums (Archimedisches Prinzip 7) ausgeglichen
und der Körper des Tieres konnte sich nicht mehr, wie im Meer,
gleitend fortbewegen, sondern mehr oder weniger ruckartig oder
kriechend. Dies erfordert grundsätzlich mehr Energie, da die
Trägheit durch Muskelkraft kompensiert werden muss. Es kommt
hinzu, dass das gesamte Gewicht des Körpers dabei durch die
Gliedmaßen oder die Körperunterseite getragen werden muss.
Das erforderte einen massiveren Körperbau, eine spezialisierte
Muskulatur sowie einen bestimmten Knochenbau. Wenn heutzutage Wale
stranden und somit gezwungenermaßen als typische Meerestiere an
Land gehen, sieht man die verheerende Wirkung der Schwerkraft. Die Wale
werden von ihrer eigenen Körpermasse regelrecht zerdrückt und
ersticken. Das archimedische Prinzip ist auch der Grund dafür,
dass die größten Tiere im Wasser leben, da Größe
mit einem hohen Gewicht einhergeht.
Es ist daher nicht verwunderlich, dass die ersten Landtiere von kleiner
Gestalt waren. Es handelte sich um Gliederfüßer. Sie hatten
mit ihrem Außenskelett aus Chitin (celluloseartiger Panzer) eine
ausreichende Stütze für ihr ohnehin geringes
Körpergewicht und gleichzeitig einen Schild für die rauen
Bedingungen an Land (Wind, Gestein, Trockenheit, Hitze). Die ersten
Vertreter dieses auch heute mit Abstand artenreichsten Tierstammes 8
waren Tausendfüßer und Spinnentiere wie Skorpione. Zu Beginn
des Karbon (ca. 360 MA = Millionen Jahre vor unserer Zeit) erschienen
die Amphibien (griechisch: amphi+bios „auf beiden Seiten leben"). Zu
den ersten Vertretern dieser neuen Klasse gehörte der in
Grönland gefundene, salamanderähnliche Ichtyostega, der mit
seinen Merkmalen schon zwischen Amphibien und Fischen steht. Einerseits
zeigt er mit Rücken- und Schwanzflosse und einem
fischähnlichen Gebiss typische Eigenschaften eines Fisches.
Andererseits besitzt er Extremitäten mit fünf Zehen und einen
Schulter- und Beckengürtel, was wiederum auf eine Verwandtschaft
mit Landwirbeltieren hindeutet.
7Archimedisches Prinzip: Die Auftriebskraft eines
Körpers in einem Medium ist genau so groß wie die
Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums. Es hat den
Anschein, dass ein Gegenstand in Wasser „leichter“ ist. Die Masse des
Körpers bleibt jedoch unverändert. Dieser Eindruck entsteht,
da die resultierende Kraft um die Auftriebskraft, die der Gewichtskraft
entgegenwirkt, verringert wird.
8Heute sind rund 80achzig Prozent aller bekannten
Tierarten Gliederfüßer, die meisten davon Insekten. Klassen:
Insekten, Tausendfüßer, Krebstiere, Trilobiten, Spinnentiere
(Spinnen, Skorpione, Milben, Krebse)
 Den
Ursprung der Landwirbeltiere 9 (Tetrapoda) führt man
heute auf den Quastenflosser (Crossopterigier) zurück. Von diesem
schon vor über 360 MA lebende frühe Vorfahr der Wirbeltiere
nahm man an, er sei schon
Ende der Kreidezeit (70 MA) ausgestorben. Im Jahre 1938 10
geriet ein Exemplar, das man bisher nur von Fossilien her kannte, an
der Küste von Südafrika in ein Fischernetz. 1987 wurde das
„lebende Fossil“ erstmals in seinem natürlichen Lebensraum in etwa
200 Metern Tiefe beobachtet. Durch die beinartigen Brust- und
Bauchflossen kann sich der Fisch in einer Art Kreuzgang fortbewegen.
Nach der Ansicht des deutschen Meeresbiologen Hans Fricke könnten
diese durch neuromuskuläre Koordinationen gesteuerten Bewegungen
den Verwandten des Quastenflossers den Schritt an Land erleichtert
haben. Die heutigen Quastenflosser benutzen die höchst beweglichen
Flossen jedoch nicht für eine gehende Fortbewegung. Das Skelett
weist wie jenes der Wirbeltiere einen knöchernen Schädel,
Zähne und Schultergürtel auf. Die Schwimmblase konnte
für Luftatmung benutzt werden 11.
Zusammenfassend kann man bei der Besiedelung des Landes einen sehr
engen Zusammenhang zwischen Pflanzen und Tieren erkennen. Die Pflanzen
bereiteten durch ihre Pioniereigenschaften und enormen
Anpassungsfähigkeiten den Tieren den Weg aufs Land und stellten
ihnen nicht nur einen akzeptablen Lebensraum zur Verfügung,
sondern bieten bis heute die Grundlage jeder Nahrungskette.
Pflanzenfressern folgten Räuber, Räuber ernährten sich
wiederum von den Jägern der Pflanzenfresser. Die Erkenntnis, dass
Pflanzen eine derartige Schlüsselrolle in der Entstehung des
Lebens auf dem Planeten Erde, insbesondere in der Entstehung des
Landlebens, gespielt haben und spielen, sollte in uns Menschen hohe
Achtung und Respekt vor den stillen Pionieren hervorrufen. Sie waren
nicht nur die ersten, die das Leben in einer höher organisierten
Form erfanden, sondern werden nach wissenschaftlichen Prognosen auch
die letzten Lebewesen sein, die in ferner Zukunft den alternden
Planeten wieder als einfache Einzeller 12
besiedeln werden.
9Die Wirbeltiere, zu denen auch der Mensch
gehört, sind ein Unterstamm der Chordatiere und machen weniger 5%
der gesamten, rezenten Artenvielfalt der Tiere aus (siehe Campbell p.
767). Heute sind ca. 1,5 Mio. Tierarten bekannt.
10Quelle: Wikipedia
11Linder Biologie S. 111
12Cyanobakterien, Die schönste Geschichte des
Lebens
Bis dahin liegt es aber an der Vernunft und Weitsicht der einzelnen
Menschen, einen lebenswerten Planeten zu bewahren und eine Lebensweise
anzustreben, die einer Symbiose gleicht. Die Natur beherbergt nach wie
vor viele Geheimnisse, die es sich zu entdecken lohnt. Gute Beobachter
erhalten vielerlei Anregungen und Erkenntnisse aus den Errungenschaften
der Natur, die einer verbesserten Technik und Medizin sowie einem
allgemein besseren Verständnis unserer Welt dienen.
23. Oktober 2006 - ca. 3000 Wörter
Quellen
• Brosse, Jacques: Magie der Pflanzen. Patmos Verlag, Düsseldorf
2004
• Campbell, Neil & Jane B. Reece: Biologie (6.Aufl.). Spektrum
Akademischer Verlag, Berlin 2003
• Duddington, C. L.: Baupläne der Pflanzen (1.Aufl.). Suhrkamp
Verlag, Frankfurt am Main 1972
• Genaust, Helmut: Etymologisches Wörterbuch der botanischen
Pflanzennamen (3.Aufl.). Nikol Verlagsgesellschaft, Hamburg 2005 /
ehem. Birkhäuser Verlag, Basel 1996
• Knodel, Hans & Horst Bayerhuber (Hrsg.): Linder Biologie, Teil 3
(20.Aufl.). Verlag Gustav Swoboda & Bruder, Wien 1992, Seiten 109
ff.
• Kuballa, Stefan (Projektleitung): Die große Larousse
Naturenzyklopädie. Gondrom Verlag, Bindlach 2002 / ehem. Verlag
Das Beste, Stuttgart, Seite 414 ff., 426, 460
• Pelt, Jean-Marie & Théodore Monod & Marcel Mazoyer
& Jacques Girardon:
Die schönste Geschichte des Lebens. Verlagsgruppe Lübbe,
Bergisch Gladbach 2000
• Unterstützend: Wikipedia, freie Enzyklopädie,
verfügbar: http://de.wikipedia.org
Quelle: Pflanzen
und Tiere erobern das Land
Wie die Tiere vom
Wasser aus das Land eroberten
Top
Im äußersten
Nordamerika haben Forscher drei Fossilien
entdeckt, die vermutlich eine Wende in der Entwicklung irdischen Lebens
markieren: Die Tiere aus dem Wasser eroberten das Land. Die
Grabungsstätte war denkbar unwirtlich: Auf dem Ellesmere
Island in der kanadischen Arktis mussten die Paläoanthropologen
gegen Minusgrade, peitschende Winde und Niederschläge
ankämpfen. Doch die Fossilien, die sie aus den gefrorenen Felsen
klopften, dürften es wert gewesen sein, und als Sensationsfund
gelten:
Die drei Exemplare eines
alligatorähnlichen Fisches
markieren jene Phase der Evolution, in der die ersten Lebewesen aus dem
Wasser stiegen und das feste Land eroberten. Die Spezies Tiktaalik
roseae lebte vor 375 Millionen Jahren. Ihren Namen erhielt sie von
den heute dort lebenden Nunavut, in deren Sprache Tiktaalik
"großer Süßwasserfisch" bedeutet.
Die bis zu 2,70 Meter langen
Fossilien hatten Schuppen und
Flossen, und erinnerten damit an Fische, doch zugleich weisen die
Versteinerungen auch schon typische Kennzeichen von Landlebewesen auf:
das Skelett zeigt Rippen, eine Art Hals (den keine Fischart besitzt)
und fingerähnliche Knochen innerhalb der Flossen.
»Das Tier muss diese
Strukturen ausgebildet haben, um im
flachen Wasser leben und Exkursionen an Land unternehmen zu
können«, sagt der Evolutionsbiologe Farish A. Jenkins, der
mit Neil Shubin und Ted Daeschler die Fossilien in Nature
(Bd. 440, S. 757) präsentiert. Den Namen Tiktaalik wird man sich
merken müssen. Der Fund, kommentiert Nature , habe das
Zeug zu einer »evolutionären Ikone« vom Range des
Ur-Vogels Archaeopteryx.
Seit wann
gibt es Halbaffen, Menschenaffen und Affen?
Top
Seit wann existieren
Säugetiere auf der Erde? Wann lebten die frühesten Halbaffen?
Wie heißen die frühesten Pferde? Gab es auch in Deutschland
Menschenaffen? Waren die Mammute die größten
Rüsseltiere? Antwort auf diese und viele andere Fragen gibt das
Taschenbuch "Rekorde der Urzeit" des Wissenschaftsautors Ernst Probst
aus dem Wiesbadener Stadtteil Mainz-Kostheim. Nachfolgend eine
Leseprobe aus diesem Buch:
Zu den ersten Säugetieren
gegen Ende der Triaszeit vor mehr als 205 Millionen Jahren, die
Insekten verzehrten, gehören die Gattungen Morganucodon
(ähnelt einer Spitzmaus),
Eozostrodon und Kuehneotherium. Der Gattungsname Kuehneotherium
erinnert an den deutschen Paläontologen Walter Georg Kühne.
Die ältesten Halbaffen
Deutschlands wurden in Walbeck, etwa 8 Kilometer nordöstlich von
Helmstedt entfernt, gefunden. Zu ihnen gehörten der
katzengroße Plesiadapis walbeckensis und der
eichhörnchengroße Saxonella crepaturae, die im
Paläozän vor etwa 60 Millionen Jahren lebten. Letzteres ist
der älteste Abschnitt der Erdneuzeit. Halbaffen sind weniger
entwickelt als die zeitlich später auftretenden Affen und
Menschenaffen. Sie hatten beispielsweise ein kleineres Gehirn und
schlechtere Augen, dafür jedoch noch einen besseren Riechsinn.
Das größte
Säugetier im Paläozan vor etwa 65 bis 53 Millionen Jahren war
das Uintatherium, das nach Skelettresten aus den Uinta-Bergen in Utah
(USA) benannt wurde. Dieses so genannte „Ungeheuer von Uinta“ hatte
eine Schulterhöhe von 2 Meter und eine Länge von 4 Meter. Auf
seinem massigen Schädel trug es sechs Hörner, die ihm ein
bizarres Aussehen verliehen. Zwei Hörner standen auf der Stirn,
zwei über den Augen und zwei auf dem Maul. Der Körper dieses
Tieres ähnelte dem eines Nashorns.
Die ersten Pelzflatterer segelten
im Paläozän vor etwa 60 Millionen Jahren mit Hilfe von
seitlich ausgespannten Flughäuten von Baum zu Baum. Der
Pelzflatterer Planetetherium aus Nordamerika war 25 Zentimeter lang. Er
trug kammartig gezackte Schneidezähne, von denen jeder etwa
fünf Spitzen hatte.
Die ältesten Wale stammen
von raubtierähnlichen, an Land lebenden Säugetieren ab, die
das Wasser als neuen Lebensraum erkoren hatten. Aus Pakistan kennt man
den etwa 50 Millionen Jahre alten Schädelrest einer
Übergangsform namens Pakicetus, die sich teilweise an Land und im
Wasser aufgehalten hat. Die ältesten Skelettreste von Walen in
Deutschland sind in etwa 40 Millionen Jahre alten Schichten aus dem
Eozän von Helmstedt (Niedersachsen) geborgen worden.
Die ältesten Pferde lebten
im Eozän vor mehr als 50 Millionen Jahren in Nordamerika und
Europa. Die in Amerika beheimatete Form wird Eohippus (Pferd der
Morgenröte) genannt, diejenige aus Europa dagegen Hyracotherium.
Heute weiß man, dass beide identisch sind, benutzt jedoch dessen
ungeachtet weiterhin beide Begriffe. Eohippus und Hyracotherium waren
kaum größer als heutige Füchse. Ihre Beine hatten noch
keine Hufe, sondern Pfoten. An den vorderen Pfoten gab es vier und an
den hinteren drei Zehen. Damit konnten diese Pferdeahnen rasch auf
sumpfigen Urwaldböden laufen. Die damaligen Urpferde fraßen
Blätter und Kräuter, Gras gab es noch nicht.
Der erste Säugetierfund aus
der Grube Messel bei Darmstadt in Hessen war ein Kiefer des Urhuftiers
Kopidodon macrognathus, das im Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren
lebte. Dieses Fossil wurde 1902 als Rest eines Affen fehlgedeutet, 1932
einem Urraubtier zugeschrieben und erst 1969 richtig als Urhuftier
erkannt. Kopidodon (das Urhuftier)
trug im Ober- und Unterkiefer furchterregende
Eckzähne, woran sein Gattungsname erinnert. Kopidodon heißt
nämlich zu deutsch „Säbelzahn“. Spätere Funde von
komplett erhaltenen Skeletten zeigten, dass Kopidodon etwa 90
Zentimeter lang wurde.
Die am besten erhaltenen
Fledermäuse aus dem Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren wurden
in der Grube Messel entdeckt. Im Mageninhalt der Fledermausart
Palaeochiropteryx tupaiodon hat man sogar Reste von nachtaktiven
Schmetterlingen nachgewiesen. Diese Jagdbeute sowie die kleinen Augen
und der den heutigen Fledermäusen entsprechende Flugapparat deuten
darauf hin, dass die Messeler Fledermäuse zum Beutefang bereits
ein akustisches Ortungssystem mit Ultraschall besaßen.
Die ersten auf zwei Beinen
laufenden Säugetiere wurden in der Grube Messel nachgewiesen.
Dabei handelt es sich um die Insektenfresserarten Leptictidium
auderiense (erinnert an ein kleines Känguruh), Leptictidium
nasutum und Leptictidium tobieni, die im
Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren lebten. Ihre Hinterbeine waren
länger als die Vorderbeine, mit denen sie ihre Nahrung greifen
konnten.
Der kleinste Halbaffe aus der
Urzeit dürfte der kaum mausgroße Nannopithex gewesen sein,
der im Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren in der Gegend des
heutigen Geiseltals bei Halle/Saale in Sachsen-Anhalt auf Bäumen
lebte. Er hatte scharfe Augen, ein sicheres Gleichgewichtsgefühl
sowie Hände und Füße, die gut Zweige und dünne
Äste umfassen konnten.
Der erste und einzige
Ameisenbär aus Europa wurde von dem Fossiliensammler Gerhard Jores
aus Darmstadt in der Grube Messel ausgegraben. Ihm zu Ehren erhielt
dieses vom Kopf bis zur Schwanzspitze 86 Zentimeter lange Tier den
wissenschaftlichen Namen Eurotamandua joresi. Der Messeler
Ameisenbär lebte im Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren. Er
ähnelt der heutigen Gattung Tamandua, die teilweise auf
Bäumen und auf dem Erdboden lebt.
Die ältesten Schuppentiere*
wurden in der Grube Messel entdeckt. Dabei handelt es sich um Funde von
Fossiliensammlern. Nach einem von ihnen, nämlich Rudolf Wald aus
Frankfurt, hat man die Messeler Schuppentiere als Eomanis waldi
bezeichnet. Diese Tiere existierten im Eozän vor etwa 45 Millionen
Jahren und wurden etwa einen halben Meter lang.
*Der Körper der
Schuppentiere ist fast vollständig von braunen, überlappenden
Hornschuppen bedeckt. Die meisten Schuppentiere sind nachtaktiv, obwohl
einige wenige Arten tagsüber aktiv sind. Als Schutz beim Schlafen
und bei Gefahr rollt sich das Schuppentier zu einer festen Kugel
zusammen und stellt die scharfkantigen Schuppen aufrecht; Weibchen
rollen sich um ihre Jungen zusammen. Schuppentiere leben allein oder
paarweise. Gewöhnlich wird nur ein Junges geboren, dessen Schuppen
noch weich sind. Das Schuppentier besitzt keine Zähne, dafür
aber eine lange, dünne und klebrige Zunge, mit der es Ameisen und
Termiten aufleckt, die seine Hauptnahrung darstellen. Die
Termitennester reißen Schuppentiere mit ihren langen,
harkenähnlichen Vorderkrallen auf.
Als frühester Vorfahre der
Igel wird der in der Grube Messel nachgewiesene „Schuppenschwanz“
(Pholidocercus hassiacus) betrachtet. Er lebte im Eozän vor etwa
45 Millionen Jahren. Das Tier wurde maximal 35 Zentimeter lang, Kopf
und Rumpf waren etwa 20 Zentimeter lang. Auf den Schwanz entfielen bis
zu 15 Zentimeter. Der Schwanz steckte in einer Röhre von
Knochenschuppen, die mit Hornschuppen bedeckt war, worauf der Name
„Schuppenschwanz“ beruht. Auf der Stirn hatte dieses Tier eine
Hornplatte. Der Rücken war durch abspreizbare Haare
geschützt. Mit den langen gespaltenen Krallengliedern hat
Pholidocercus im Laub des Waldbodens nach Pflanzen und Insekten
gegraben.
Die ersten Tapire in
Deutschland sind aus dem Eozän vor etwa 45 Millionen Jahren
nachweisbar. Als größte im Geiseltal bei Halle/Saale
vertretene Gattung gilt das bis zu 2,50 Meter lange und 1 Meter hohe
Lophiodon. Im hessischen Messel existierte der kleinere Tapir Hyrachius
minimus mit einer Schulterhöhe von 60 Zentimeter.
Die längste
Säbelzahnkatze erschien im Eozän vor weniger als 40 Millionen
Jahren in Europa und gelangte einige Jahrmillionen später im
Oligozän über die Bering-Landbrücke im heutigen
Bering-Meer nach Nordamerika. Diese Eusmilus genannte
Säbelzahnkatze erreichte wie ein heutiger Leopard eine
Gesamtlänge von etwa 2,50 Meter. Ihr Kiefergelenk war so gebaut,
dass das Tier das Maul besonders weit aufreißen konnte.
Als größtes
fleischfressendes Landsäugetier gilt die 4 Meter lange Gattung
Andrewsarchus (wolfsähnlich, aber um einiges größer)
aus Asien im Eozän vor weniger als 40 Millionen
Jahren. Allein der Schädel war fast 1 Meter lang. Andrewsarchus
war vermutlich ein Aasfresser.
Die ersten Kamele der Gattung
Protylopus im Eozän vor weniger als 40 Millionen Jahren waren nur
so groß wie Kaninchen. Sie erreichten maximal eine
Gesamtlänge von 50 Zentimetern. Diese Tiere kamen in Nordamerika
vor, wo sie sich von weichem Laub ernährten.
Als erstes
krallenfüßiges „Huftier“ wird das im Eozän vor weniger
als 40 Millionen Jahren in Nordamerika und Asien heimische Eomoropus
(ähnelt dem Urpferd) angesehen. Es hatte einen pferdeartigen Kopf
und Körper, statt
Hufen jedoch lange Krallen an den Beinen. Es lebte im Wald und
fraß Laubblätter. Krallenfüßige „Huftiere“ lebten
vor etwa 12 Millionen Jahren im Miozän auch in Mitteleuropa. Die
in Deutschland vorkommende Art Chalicotherium goldfussi war bei
aufgerichteter Körperhaltung fast 3 Meter hoch. Tiere dieser
Spezies konnten mit der hakenförmigen Hand Äste
herunterziehen und so an die Blätter in höheren Regionen
gelangen. Die meisten krallenfüßigen „Huftiere“ sind in
einer Felsspalte bei Neudorf an der March in der Tschechoslowakei
entdeckt worden. Dort fand man Reste von fast 60 Exemplaren.
Die ersten Bärenhunde, eine
Mischung aus Bär und Hund, erschienen im Eozän vor weniger
als 40 Millionen Jahren in Europa. Einer ihrer frühesten Vertreter
war die Gattung Pseudocyonopsis. Diese Tiere fraßen Fleisch von
Beutetieren, aber auch Früchte.
Die ältesten Seekühe
Deutschlands schwammen im Oligozän vor etwa 30 Millionen Jahren im
Meer. Besonders prächtige Funde wurden in Rheinhessen
(Rheinland-Pfalz) entdeckt. Sie stammen von Seekühen der Gattung
Halitherium. Letztere ist auch aus der Niederrheinischen Bucht und der
Leipziger Bucht bekannt.
Die ersten Hirsche sind im
Oligozän vor mehr als 30 Millionen Jahren in Asien aufgetaucht.
Der frühe Hirsch Eumeryx trug auf seinem langen und niedrigen
Schädel noch kein Geweih. Die männlichen Tiere hatten
dolchartige Eckzähne im Oberkiefer wie das heutige
Wassermoschustier.
Das größte
Landsäugetier war das 6 Meter hohe, 9 Meter lange und 30 Tonnen
schwere homlose Nashorn Baluchitherium. Es lebte im Oligozän vor
mehr als 25 Millionen Jahren in Asien, unter anderem in Baluchistan
(Pakistan). Dieser Gigant hatte einen fast 1,50 Meter langen
Schädel und einen 2,50 Meter langen Hals. Vom Aussehen her wirkte
dieses Tier eher wie ein riesiges Pferd als wie ein Nashorn. Das
Baluchitherium äste Laub von den Bäumen. Ähnlich sah das
etwa zur selben Zeit in Europa vorkommende Indricotherium aus.
Die ersten Affen sind im
Oligozän vor mehr als 25 Millionen Jahren in Afrika erschienen.
Einer von ihnen ist der damals in Ägypten heimische schwanzlose
Aegyptopithecus zeuxis. Er war so groß wie ein Gibbon und
hangelte sich mit seinen Armen im Geäst von Bäumen. Dieser
frühe Affe gilt als möglicherweise letzter gemeinsamer Ahne
von Menschenaffen und Menschen.
Der älteste Hase Europas,
Shamolagos franconicus genannt, ist in Möhren bei Treuchtlingen in
Mittelfranken (Bayern) entdeckt worden. Er existierte im Oligozän
vor mehr als 25 Millionen Jahren. Seine niedrigkronigen Zähne
zeigen, dass er weniger harte Pflanzennahrung als heutige Hasen
fraß.
Das älteste
Flughörnchen Europas wurde in Möhren bei Treuchtlingen
nachgewiesen. Der Fund stammt aus einer mehr als 25 Millionen Jahre
alten Spaltenfüllung aus dem Oligozän und wird Oligopetes
genannt. Flughörnchen sind nachts aktiv und können mit Hilfe
von zwischen den Vorder- und Hinterbeinen gespannten Flughäuten
kurze Strecken segeln, nachdem sie von einem Baum gesprungen sind.
Die ältesten
Rüsseltiere sind die so genannten „Hauer-Elefanten“ oder
Dinotherien (auch Deinotherien genannt). Der Name „Hauer-Elefant“
bezieht sich auf die kräftigen Stoßzähne im
Unterkiefer, die nach unten und hinten gekrümmt waren. Der
wissenschaftliche Name Dinotherium (oder Deinotherium heißt zu
deutsch „Schreckenstier“. Die älteste Art dieser Rüsseltiere
war das im Miozän vor etwa 22 Millionen Jahren existierende
Dinotherium bavaricum, das nicht nur, wie man wegen seines Artnamens
meinen könnte, in Bayern, sondern auch in anderen Teilen
Mitteleuropas sowie in Afrika und Vorderasien verbreitet gewesen ist.
Der älteste Otter war der im
Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren in Europa heimische
Potamotherium. Fossilien dieses maximal 1,50 Meter langen Tieres wurden
in Frankreich und Deutschland gefunden. Potamotherium gilt wegen seines
stromlinienförmigen Körpers und der biegsamen
Wirbelsäule als guter Schwimmer.
Die ersten Menschenaffen
erschienen im Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren in Afrika. Zu
den frühesten Formen in Afrika gehört der Menschenaffe
Proconsul, der als Vorfahre des Gorillas diskutiert wird. Er ging
meistens auf vier Beinen, konnte sich aber kurzfristig auch auf zwei
Beinen fortbewegen. In Asien gelten die ab etwa 15 Millionen Jahren
nachweisbaren Gattungen Sivapithecus und Ramapithecus als früheste
Menschenaffen. Ramapithecus wurde früher wegen seines
menschenähnlichen Gebisses als Stammvater der Menschenartigen
angesehen. Später erkannte man, dass er mehr mit dem Orang-Utan
verwandt ist als mit Menschen. Die Menschenaffen sind höher
entwickelt als Halbaffen und Affen. Sie haben beispielsweise ein
größeres Gehirn und ein haarloses Gesicht, mit dem sie ihre
augenblickliche Stimmung ausdrücken können.
Die ersten Bären der Gattung
Ursavus aus dem Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren hatten nur die
Größe heutiger Wölfe.
Das kleinste Wildschwein lebte im
Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren in den Sumpfwäldern
Europas. Die ausgewachsenen Exemplare dieser Gattung, die Choeritherium
oder Taucanamo genannt wird, erreichten nur die Größe
heutiger Ferkel.
Die kleinsten Nashörner
trabten im Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren in Europa. Sie
waren nur 85 Zentimeter groß, wie ein bereits 1911 in Budenheim
bei Mainz entdecktes Skelett zeigt. Der Fund heißt Dicerorhinus
tagicus moguntianus. Dieses hornlose Nashorn gilt als Vorläufer
des heutigen Sumatra-Nashoms (Dicerorhinus sumatraensis), das eine
Schulterhöhe von maximal 1,50 Meter erreicht.
Als das erste Gras fressende
Urpferd gilt das schafgroße, etwa 1 Meter hohe Merychippus aus
Nordamerika, das im Miozän vor etwa 20 Millionen Jahren
existierte. Die Umstellung von der weichen Blätternahrung zur
harten Grasnahrung ließ sich am Bau der Zähne feststellen.
Das hochkronige Gebiss von Merychippus eignete sich besser für den
Verzehr von zähen Gräsern als die niedrigkronigen Zähne
seiner Vorgänger. Gras ist nämlich durch
Kieselsäureeinlagerungen härter als Laub und nutzt die
Zähne stärker ab. Merychippus hatte einen längeren Hals
als seine Vorfahren. Seine Füße hatten drei Zehen, das
Körpergewicht lastete jedoch nur jeweils auf der mittleren. Die
beiden seitlichen Zehen reichten nicht mehr bis zum Erdboden.
Der älteste
Menschenaffenfund aus Deutschland wurde 1898 aus rund 15 Millionen
Jahre alten Ablagerungen von Stätzling bei Augsburg in Bayern
gemeldet. Dort hatte man einen Unterkieferrest des gibbongroßen
Menschenaffen Pliopithecus antiquus entdeckt.
Die ältesten Verwandten von
Giraffen kamen im Miozän vor etwa 15 Millionen Jahren in
Deutschland vor. Dieses Palaeomeryx genannte Tier hatte etwa die
Größe von heutigen Rothirschen. An Skelettresten dieser
Tierart aus China ist ersichtlich, dass die männlichen Exemplare
von Paleomeryx auf dem Schädel knöcherne Fortsätze
trugen. Palaeomeryx hielt sich im Wald auf und ernährte sich dort
von Blättern.
Der jüngste Fund einer
Beutelratte in Europa stammt aus dem Miozän vor etwa 13 Millionen
Jahren und gelang in Oggendorf bei Augsburg in Bayern. Es handelte sich
um einen Backenzahn. Heute kommen Beutelratten nur noch in Amerika,
Australien und auf benachbarten Inseln vor.
Der historisch erste Fund eines
fossilen Menschenaffen glückte 1820 bei Eppelsheim in
Rheinland-Pfalz. Damals wurde der etwa 28 Zentimeter lange
Oberschenkelknochen des Menschenaffen Dryopithecus fontani entdeckt. Er
lebte im Miozän vor etwa 12 Millionen Jahren am Urrhein und
erreichte bei aufgerichteter Körperhaltung eine Höhe von etwa
1,20 Meter.
Das größte Kamel
existierte im Pliozän vor weniger als 5,3 Millionen Jahren in
Nordamerika. Es hatte eine Schulterhöhe von etwa 3,50 Meter und
wird Titanotylopus genannt. Vielleicht trug dieses Riesenkamel noch
keinen Fetthöcker. Letzterer ist eine Anpassung an die
Nahrungsmittel- und Wasserknappheit in besonders trockenen
Lebensräumen.
Die ältesten Reste von
Flusspferden in Deutschland wurden in mindestens 1,2 Millionen Jahre
alten Schichten der Werra bei Untermaßfeld (Thüringen)
entdeckt. Sie stammen aus einem klimatisch milden Abschnitt des
Eiszeitalters, der nach einem holländischen Fluss als
Waal-Warmzeit bezeichnet wird. Geologisch jünger sind die
Flusspferdreste aus dem Rhein. Sie werden in die Zeit vor mehr als
500.000 Jahren datiert. Die letzten Flusspferde im Rhein gab es vor
etwa
120.000 Jahren.
Der älteste Fund von einem
Geparden in Deutschland glückte bei Untermaßfeld in
Thüringen. Es handelt sich um den mindestens 1,2 Millionen Jahre
alten Schädel der Art Acinonyx pardinensis aus der Waal-Warmzeit.
Er kam in Ablagerungen der Werra zum Vorschein.
Die ältesten und
größten Löwen Deutschlands jagten während der
Cromer-Warmzeit vor mehr als 500.000 Jahren bei Wiesbaden in Hessen und
bei Heidelberg in Baden-Württemberg. Die Cromer-Warmzeit ist nach
einem englischen Fundort benannt. Die Löwen aus der Wiesbadener
und Heidelberger Gegend waren fast so lang wie die größten
Löwen der Erdgeschichte in Kalifornien vor mehr als 12.000 Jahren,
die eine Rekordlänge von maximal 3,60 Meter erreichten. Der
wissenschaftliche Name der vor über einer halben Million Jahren in
Deutschland lebenden Löwen lautet Panthera leo fossilis.
Skelettreste dieser Raubkatzen werden im Naturhistorischen Museum Mainz
und im Geologisch-Paläontologischen Institut der Universität
Heidelberg aufbewahrt. Zeitgenossen jener Löwen waren unter
anderem Säbelzahnkatzen, Jaguare und Geparden.
Die größten
eiszeitlichen Säbelzahnkatzen Europas existierten vor mehr als
500.000 Jahren in einem klimatisch milden Abschnitt des Eiszeitalters.
Ihre Art wird Homotherium crenatidens genannt. Sie war bis zu 1,90
Meter lang und 1 Meter hoch. Homotherium crenatidens hatte einen
großen und schweren Kopf, zwei mehr als fingerlange
Reißzähne im Oberkiefer, einen gedrungenen Körper und
kräftige Beine.
Die größten und
schwersten Geparden streiften im Eiszeitalter vor mehr als 500.000
Jahren durch Europa. Nach ihren Skelettresten zu schließen, waren
diese Raubkatzen der Art Acinonyx pardinensis größer und
schwerer als die heutigen asiatischen und afrikanischen Geparden, die
einen 1,35 Meter langen Körper und einen bis zu 75 Zentimeter
langen Schwanz haben.
Als einer der größten
Wölfe gilt der im Eiszeitalter vor mehr als 500.000 Jahren in
Deutschland existierende Xenocyon. Skelettreste von ihm wurden in der
Gegend von Wiesbaden in Hessen und von Würzburg in Bayern entdeckt.
Die größten Elefanten
sind die Waldelefanten und Steppenelefanten im Eiszeitalter gewesen.
Sie hatten eine Schulterhöhe von maximal 4,50 Meter. Die Laub
fressenden Waldelefanten lebten in Warmzeiten des Eiszeitalters. Die
Gräser, Moose und Flechten verzehrenden Steppenelefanten dagegen
behaupteten sich in Kaltzeiten und hatten vermutlich ein Fell.
Besonders große Bullen der Steppenelefanten trugen bis zu 4,50
Meter lange Stoßzähne.
Die ältesten Rehe in
Mitteleuropa wurden 1956 nach Skelettresten aus Süßenborn
bei Weimar in Thüringen beschrieben. Sie sind etwa 400.000 Jahre
alt und stammen aus einer Kaltzeit des Eiszeitalters.
Die ältesten Funde von
Moschusochsen in Deutschland werden in die Mindel-Eiszeit vor etwa
400.000 Jahren datiert und heißen Praeovibos schmidtgeni. Die
Moschusochsen sind keine Rinder, sondern Wildschafe, die eine Höhe
von maximal 1,40 Meter und eine Länge von 2,45 Meter erreichen. Im
Winter hängen ihre langen Haare bis zum Boden.
Die ältesten
Wasserbüffel Deutschlands haben in der Holstein-Warmzeit vor etwa
300.000 Jahren gelebt. Diese Art wird nach dem Fundort Steinheim an der
Murr in Baden-Württemberg Bubalus murrensis genannt. Auch in
anderen Gegenden Deutschlands wurden Reste von Wasserbüffeln
entdeckt, bei einigen von ihnen ist das geologische Alter jedoch
umstritten. Sie können auch in der Eem-Warmzeit vor etwa 120.000
Jahren gelebt haben.
Die meisten Löwenfunde in
Europa stammen von eiszeitlichen Höhlenlöwen (Panthera leo
spelaea). Skelettreste dieser bis zu 2,30 Meter langen und 90
Zentimeter hohen Raubkatzen wurden in Frankreich, Deutschland, Holland,
England, der Schweiz, Österreich und in der Tschechoslowakei
häufig gefunden. Der Höhlenlöwe ist 1810 nach einem
Schädelfund aus der Burggaillenreuther Zoolithenhöhle bei
Muggendorf in Oberfranken (Bayern) erstmals beschrieben worden. In
Mitteleuropa starben die Höhlenlöwen vor mehr als 12.000
Jahren aus, auf dem Balkan behaupteten sie sich bis vor etwa 2.000
Jahren. Höhlenlöwen sind auf eiszeitlichen Kunstwerken
abgebildet.
Die kleinsten Elefanten in
Mitteleuropa waren die eiszeitlichen Mammute. Die Art Mammuthus
primigenius erreichte mit einer Schulterhöhe von etwa 3 Metern
nicht einmal die Maße des heutigen Afrikanischen Elefanten
(Loxodonta africana). Begriffe wie Mammutprogramm oder Mammutsitzung im
Sinne von etwas besonders Großem sind also fehl am Platze. Die
Mammute existierten vor etwa 25.0000 bis 12.000 Jahren in Europa, aber
auch in Asien, Amerika und Afrika. Sie sind durch ein dichtes Fell mit
bis zu 35 Zentimeter langen Wollhaaren und darüber liegenden
Deckhaaren gut gegen Kälte geschützt gewesen. Außerdem
hatten sie eine 3 Zentimeter dicke Haut und eine dicke Fettschicht.
Ihre Stoßzähne waren bis zu 4 Meter lang und wogen pro
Exemplar 3 Zentner. Damit konnten sie den Schnee wegschaufeln, um an
die darunter befindliche pflanzliche Nahrung zu gelangen. Über das
Aussehen der Mammute weiß man gut Bescheid, weil in Sibirien und
Alaska insgesamt mehr als 40 Kadaver im Dauerfrostboden geborgen
wurden.
Die meisten Nashornfunde in
Europa stammen vom eiszeitlichen Fellnashorn (Coelodonta antiquitatis),
das sich zwischen etwa 250.000 und 12.000 Jahren behauptete. Dieses
Tier
war maximal 1,60 Meter hoch und etwa 3 Meter lang. Auf der Nase trug es
ein bis zu 1 Meter langes Horn, das zweite auf der Stirn war etwas
kürzer. Von Fellnashörnern konnten im Dauerfrostboden
Sibiriens sogar Kadaver mit Fleisch, Haut und Haaren geborgen werden.
Skelettreste von Fellnashörnern wurden im Mittelalter häufig
Drachen zugeschrieben. So diente beispielsweise ein 1335 bei Klagenfurt
in Österreich entdeckter Schädel eines Fellnashorns 1590 als
Vorbild für den Drachenkopf des Lindwurmbrunnens in Klagenfurt.
Als größter Hirsch
gilt der bis zu 2,50 Meter lange Europäische Riesenhirsch
(Megaloceros), der vor etwa 120.000 Jahren in Europa und Asien weit
verbreitet war. Dieses Tier trug ein Geweih mit einer Spannweite bis zu
3,70 Meter und einem Gewicht von mehr als 1 Zentner, was etwa einem
Drittel seines Gesamtgewichtes entsprach.
Der größte Löwe
war der Amerikanische Höhlenlöwe (Panthera leo atrox), der
gegen Ende des Eiszeitalters vor mehr als 12000 Jahren in Kalifornien
jagte. Diese Raubkatze maß vom Kopf bis zur Schwanzspitze maximal
3,60 Meter. Davon entfielen etwa 2,40 Meter auf den Körper und
1,20 Meter auf den Schwanz. Zum Vergleich: die größten in
der Zeit von 1700 bis heute erlegten Löwen aus Südafrika
(Kapland) erreichten nur eine Gesamtlänge von 3,25 Meter und in
Ostafrika von 3,33 Meter. Die Amerikanischen Höhlenlöwen
hatten gegenüber normalen Löwen einen um einen halben Meter
längeren Körper. Skelettreste von dieser gewaltigen Raubkatze
wurden vor allem in der Gegend von Los Angeles geborgen.
Die ältesten
Löwenspuren Europas wurden 1992 bei Baggerarbeiten für ein
neues Klärwerk an der Emscher bei Bottrop in Nordrhein-Westfalen
entdeckt. Die zehn Meter lange Fährte stammt von einem
Höhlenlöwen aus der Würm-Eiszeit und entstand vor
schätzungsweise 50.000 Jahren. Sie wird aus 32
Pfotenabdrücken
gebildet und von Pferde- und Wisentspuren gekreuzt.
Die meisten Skelettreste von
eiszeitlichen Höhlenbären (Ursus spelaeus) wurden in der
Drachenhöhle von Mixnitz in der Steiermark (Österreich)
gefunden. Darin barg man Knochen von mehr als 30.000
Höhlenbären, die dort im Laufe von Jahrtausenden gestorben
waren. Die kräftigen Höhlenbären erreichten in
aufgerichtetem Zustand eine Höhe von bis zu 2 Meter. Auch in
deutschen Höhlen wurden beachtliche Mengen von
Höhlenbärenknochen entdeckt. So hat man beispielsweise in der
Petershöhle bei Velden in Mittelfranken (Bayern) die Reste von
mindestens 1500 Höhlenbären ausgegraben.
Die kleinsten Elefanten waren die
nur 1 Meter Schulterhöhe erreichenden Zwergelefanten auf den
Mittelmeerinseln Kreta, Zypern, Malta und Sizilien. Bei ihnen handelt
es sich um Nachkömmlinge von Waldelefanten, die sich während
kalter Klimaphasen des Eiszeitalters ins Mittelmeergebiet
zurückgezogen hatten. Dort wurde ein Teil von ihnen in Warmzeiten
durch Ansteigen des Meeresspiegels auf einigen Inseln isoliert und
verkümmerte allmählich. Zwergelefanten sind im Frankfurter
Senckenberg-Museum zu sehen.
Als größtes Faultier
gilt das vor etwa 10.000 Jahren in Amerika ausgestorbene Megatherium.
Es
war größer als ein heutiger Elefant und konnte sich 6 Meter
hoch aufrichten, um Blätter von den Bäumen zu fressen.
Die
menschliche Evolution Top
Darwins Evolutionstheorie von der
Entwicklung der Arten durch Mutation und Selektion ist heute
wissenschaftlich unbestritten anerkannt. Nach der Entstehung des Lebens
vor etwa 3,1 Milliarden Jahren in vulkanischen Urpfützen unter
ganz anderen atmosphärischen Verhältnissen entwickelte sich
das Leben zuerst im Meer weiter. Vor 600 Millionen Jahren entwickelten
sich als erste Pflanzen die Algen. Die Rahmenbedingungen auf der Erde
änderten sich in den letzten Milliarden Jahren sehr. Die
Atmosphäre verlor den größten Teil des Kohlendioxyds
und enthält jetzt viel Sauerstoff. Der Kohlenstoff wurde in
Kalkablagerungen und auch in fossilen Brennstoffen (Öl z.B. in
Ölschiefer und Kohle) gebunden. Das Meer enthält jetzt viel
mehr Salz. Unser Blut entspricht in seiner Zusammensetzung weitgehend
dem Urmeer. Das Land wurde mehrmals von Wassertieren erobert, so kamen
vor einigen hundert Millionen Jahre Lungenfische an Land und
entwickelten sich zu Lurchen. Aus Lurchen entwickelten sich Echsen. Aus
Echsen wurden Vögel, Saurier, und Säugetiere z.B. Beuteltiere
und vor etwa 50 - 80 Millionen Jahren die Primaten. Die Primaten
entwickelten sich unter anderem zu Affen. Vor etwa 25 Milliarden Jahren
lebten Dryopithecinen (ausgestorbene Menschenaffen) in Afrika und
Asien. Aus ihnen entwickelten sich
die Menschenaffen (Pongiden), von denen heute die Gibbons und
Urang-Utans in Asien leben. Bis vor 0,5 Millionen. Jahren (500.000
Jahre) lebte auch
Giganthipecus in Asien. Die Gorillas u. Schimpansen/Zwergschimpansen,
sowie die Hominiden (Menschen) in Afrika. Systematisch sind uns
Schimpanse und Gorilla mehr verwandt als Gibbon und Urang Utan. Die
Definition der Pongiden (pongid = affenähnlich: hominid =
menschenähnlich) ist eigentlich also fehlerhaft. Es ist falsch
den Menschen aus der Systematik herauszunehmen.
In Asien lebte auch Gigantipecus,
über den wir nur sehr wenig wissen. War er eine Art Homminider,
welcher vor Homo-Erektus aus Afrika kam oder war er eine asiatische
Weiterentwicklung von Dryophitecus? (Der Dryopithecus ist ein vor
4Millionen Jahren ausgestorbener Menschenaffe.) Ist er wirklich
ausgerottet oder
ist der Yeti ein überlebender Giganthepecus im Himalaja? Es wurden
ja auch erst 1995 Wildpferde in Tibet entdeckt. Ein anderer Zweig waren
die Menschenaffen Afrikas. Dieser Zweig spaltete sich vor etwa 7 bis 15
Millionen Jahren in drei bzw. vier Arten auf, den Gorillavorfahren, den
Schimpansen-Vorfahren und den Homminiden (Menschenvorfahren),
vielleicht auch den Giganthipecus-Vorfahren. Gemeinsamer Vorfahre war
der Dryopithecus. Er lebte im Buschland. Dieser Aufspaltungsprozess
dauert bei deren Generationenfolge mehrere hunderttausend Jahre bis zur
sozialen Artaufspaltung und wahrscheinlich mehrere Millionen Jahre bis
zur absoluten biologischen Aufspaltung.
Schimpanse und Mensch spalteten
sich vielleicht etwas später auf. Hier spielte der Lebensraum eine
Rolle. Wahrscheinlich eroberte der Vorfahre des Gorilla den Urwald,
während der Mensch sich in der offnen Savanne entwickelte. Der
Schimpanse lebt heute im Buschwald und Urwald West- und Zentralafrikas.
Nach der heute herrschenden Auffassung entwickelte sich der Mensch
in den ostafrikanischen Savannen, während sich der
Schimpanse im westafrikanischen Buschland entwickelte. Die tropischen
Regenwälder Zentralafrikas sorgten für die Isolierung
zwischen den Vorfahren des Menschen und denen des Schimpansen. Diese
herrschende Lehre ist aber logisch schon problematisch, denn es gab
genug Übergangszonen und Berührungszonen, die eine
völlige Isolierung eigentlich ausschließen. Vielleicht
spielte aber doch die geografische Trennung zwischen Afrika und Asien
eine Rolle. Biologische und soziale Artentrennung sind nicht identisch.
Die soziale Artentrennung wird durch eine geografische Trennung
vorbereitet.
So sind Tiger und Löwe
sozial eigenständige
Arten, aber keine biologischen Arten. Ihre Mischlinge können
fruchtbare Nachkommen haben. Der Hund stammt nicht nur vom Wolf ab,
sondern auch vom asiatischen Wildhund (es ist praktisch der Wolf des
südlichen Asiens. Der Dingo ist praktisch mit dem asiatischen
Wildhund identisch. Es gibt hier noch einen ständigen genetischen
Austausch. Der Dingo lässt sich problemlos mit anderen Hunden und
dem Wolf der nördlichen Erde mischen. Wann sich der Mensch,
Giganthipecus, Gorilla und Schimpanse genau als biologische Art trennte
ist unbekannt. Neue Urmenschenfunde in Zentral u. Nordafrika belegen,
das Urmenschen schon vor 7 Millionen Jahren weite Gebiete Afrikas
besiedelten, also auch Gebiete in denen die Menschenaffen lebten. So
konnten sich früh wieder Unterarten/Rassen des Urmenschen bilden.
Spätere Vermischungen können dann zu
Entwicklungssprüngen geführt haben.
Der Schimpanse ähnelt dem
Menschen etwas stärker als andere Menschenaffen, weil er ihm in
der zeitlichen Entwicklung näher steht und weil er auch im
Buschland lebt, wie es auch ein Teil der Australopethicinen tat. (Der
Australopithecus africanus ist eine Vormenschen-Art.) Auch
Giganthipecus führte ein ähnliches Leben, wie die Hominiden.
Die Verhaltensforscherin Jane Godale hat hier mit vielen Vorurteilen
gegenüber den Schimpansen als drollige Vegetarier
aufgeräumt. Schimpansen jagen, um Fleisch zu essen. Es kommt
auch zu Kannibalismus. Die männlichen Schimpansen führen auch
Krieg um Territorien, bei denen sie fremde Männchen verletzen oder
sogar töten. Die Weibchen bewegen sich in mehreren
Männerterritorien. Eine feste Paarbildung gibt es nicht. Der
soziale Kontakt zwischen Kindern und ihrer Mutter und zwischen
gleichgeschlechtlichen Geschwistern bleibt ein Leben lang erhalten,
also zwischen Brüdern oder zwischen Schwestern. Bei den
Zwergschimpansen ist die Sexualität sogar sehr viel stärker
ausgeprägt, als beim Menschen und den anderen Tieren. Sie hat
starke soziale Funktion. Der Zwergschimpanse aus dem
zentralafrikanischen Urwald unterscheidet sich im sozialen Verhalten
sehr von den Schimpansen in Westafrika, bildet aber keine eigene
biologische Art. Es gibt ein Übergangsgebiet. Der westafrikanische
Schimpanse ist aggressiver und weniger sexuell aktiv als der
Zwergschimpanse.
Ein großes Problem ist,
wann
die unterschiedliche Chromosomenzahl auftrat. Der Mensch hat 46
Chromosomen, Schimpansen und Gorillas besitzen je 48 Chromosomen.
Dieser Unterschied ist ein großer Mutationssprung. Frühere
Wissenschaftler versuchten, die Trennung aus Befangenheit ohne Belege
möglichst früh zu sehen. Heute bestätigen sich diese
Vermutungen durch Funde. Allerdings wird die Ausbreitung des Menschen
in andere Weltregionen durch Funde immer früher belegt. Auch die
englischen Wissenschaftler die letztens die genetische Verwandtschaft
des Neandertalers mit den heutigen Menschenpopulationen verglichen sind
nicht frei von Vorurteilen. Sie meinten aus statistischen Unterschieden
die Trennung des Neandertalers von der Restpopulation des Menschen auf
600.000 Jahre festlegen zu können. Da schon 800.000 Jahre alte
Funde
des Frühmenschen gefunden wurden, haben sie aber selbst den Beweis
erbracht, das der Neandertaler durch Vermischung bzw. durch Gendrift
genetischen Einfluss auf den heutigen Menschen genommen hat.
Tatsächlich sind die ersten Menschen schon vor mindestens 800.000
Jahren in Europa gewesen. Weitere Funde können diesen Zeitraum
vielleicht noch weiter vorverlegen. Die stärkere
Übereinstimmung kann ja nur durch Gendrift und Vermischung
erklärt werden.
Über Osteuropa hat es nie
eine absolute
geografische Barriere gegeben. Die "Südeuropäer" haben nie
zum "klassischen Neandertalertyp" gehört. Die heute noch lebenden
"Altschichtrassen" der afrikanischen Pygmäen und der Negritos der
Andamanen (Die Andamanen sind eine indische Inselgruppe, südlich
von Bangladesch im Golf von Bengalen.) unterscheiden sich wesendlich
stärker vom
meistverbreiteten homo sapien sapiens Typ, als der klassische
Neandertaler. Durch sie verzehnfacht sich die genetische Varianz des
Menschen! Die Negritos der Andamanen besitzen sogar einen
Greiffuß. Wenn dies nicht eine späte Wiedererwerbung ist,
würde dieses Erbmerkmal sogar auf eine Besiedlung Asiens durch
frühe Australopethicinen deuten. Die Geschichte der
Menschheitsgeschichte könnte sich nach logischen Gesichtspunkten
auch ganz anders abgespielt haben, als es heute überwiegend
angenommen wird. Die sehr weitgehende und doch unvollständige
Isolierung zwischen Asien und Afrika eignet sich zur Artaufspaltung
wesendlich besser, als die Lebensräume innerhalb Afrikas. So
könnten sich z.B. die Dryopithecinen (Der Dryopithecus ist ein
etwa neun bis zwölf Millionen Jahren lebender Menschenaffe. Neben
dem Proconsul ist er einer der aussichtsreichsten Kandidaten als
Missink Link zwischen Menschenaffen und den tatsächlichen
Hominiden (Menschen).) erst einmal in eine
asiatische und eine afrikanische Variante aufgespalten haben. Die
afrikanische Variante könnte aus Pongiden bestanden haben. Die
letzte Einwanderung hätte die Hominiden nach Afrika gebracht,
während sich die in Asien verbliebenen Dryopithecus-Nachfahren zu
Gigantipecus entwickelt hätten, welcher dann vor 500.000 Jahren
von
Homo-Erektus ausgerottet wurde.
Der erste nachgewiesene Hominide
war Ramapithecus. Aus Ramapithecus entwickelten sich die
Australopithecinen und aus ihnen vor etwa 1 Millionen Jahre Homo
Erectus. Die Wissenschaft ging bisher davon aus, das sich vor etwa 1
Millionen Jahren der Homo Erektus von Afrika nach Asien ausbreitete.
Vor kurzem wurden jedoch in Georgien 1,8 Mill. Jahre alte Schädel
von Frühmenschen gefunden. Heute hat man in China schon über
2 Millionen Jahre alte Menschenreste gefunden. Dies bedeutet, das
Giganthepecus und Homo Erektus bzw. Australopithecus mindestens
1.500.000 Jahre zusammen in Asien gelebt haben. Sie beweisen eine
frühere Ausbreitung des Homo-Erektus, bzw. von Australopethicinen
nach Asien oder umgekehrt nach Afrika.
Auch hier gibt es einen für
mich eigentlich unverständlichen Streit unter den
Wissenschaftlern. Es ist umstritten, ob die heutigen Mongoliden von dem
frühen Homo-Erektus-Asiens abstammt, oder von späteren
Einwanderern aus Afrika. In Wirklichkeit stammen sie von beiden ab,
d.h. die Basis sind die frühen Einwanderer, die durch späte
Einwanderer und Gendrift genetisch beeinflusst wurden. Wahrscheinlich
sind die Negritos z.B. der Andamanen noch am ursprünglichsten
"asiatisch". Die Erbmerkmale der Negritos lassen sich bei den
Indonesiern deutlich feststellen. Negritos und prämongolide
Einwanderer aus dem heutigen Süd-China haben sich überall in
Südostasien vermischt. In Australien lassen sich die
Neandertalermerkmale bei den Aborigenes klar feststellen. Wie in
Amerika haben vor der europäischen Einwanderung 3 Einwanderungen
nach Australien stattgefunden. In geschichtlicher Zeit lassen sich
Genneukombinationen, die gleichzeitig zu einer Angleichung des
menschlichen Genpools führten gut nachweisen. Vor 5.000 Jahren
wanderten sprachliche Indogermanen aus dem Iran nach Indien ein. Sie
hatten auch Merkmale aus dem Kaukasus. Die Mediteranen Erbmerkmale
überwogen. Sie kombinierten ihre Erbmerkmale mit der "drawidischen
Bevölkerung" Indiens. So drangen die mediterranen Erbmerkmale und
auch geringe Anteile kaukasischer Erbmerkmale auch bis nach
Hinterindien/Indochina.
Die Region an Lahn u. Dill war als Randgebiet der warmen u. fruchtbaren
Wetterau schon früh in der Steinzeit besiedelt und nahm schon in
der Steinzeit viele Einwanderungsschübe auf. Als erster besiedelte
der Homo Erectus vor etwa 800.000 Jahren Europa. Er entwickelte sich in
Mitteleuropa während der letzten Eiszeiten zum typischen
Neandertaler. Es handelte sich nur um eine regionale Variante des
Menschen ("Rasse"), nicht um eine eigene Art wie von manchen, auch
Wissenschaftlern, verbreitet wird. Das die Erbanlagen der späteren
Einwanderer stark dominieren, darf nicht zu einer absoluten Aussage
führen, der Neandertaler wäre von den späteren
Einwanderern ausgerottet worden, ohne durch Vermischung in der
späteren Bevölkerung fortzuleben. In Karmel in Palästina
wurden am gleichen Fundort in derselben Zeit datiert
präneanthrope, cromagnide und Mischformschädel gefunden. 2
Populationsgruppen haben nebeneinander gelebt und sich auch
vermischt. Die Frage, wann sich die heutigen "Rassen des
Menschen" gebildet haben, ist durch die Ergebnisse der modernen
Populationsgenetik überholt worden. Nach der Ausbreitung des Homo
Erektus bildeten sich weltweit regionale Varianten, zwischen denen aber
über Wanderungen und langsamer "Gendrift" ein genetischer
Austausch erhalten blieb.
"Säugetiere", mit der
Generationenfolge des Menschen brauchen mehrere Millionen Jahre und
eine vollständige Isolierung um eine Artaufspaltung zu
ermöglichen. Diese Isolierung der Regionen gab es später
immer weniger, die Bewegungsgeschwindigkeit erhöhte sich dauernd.
Die Ausbreitung des Menschen kann schon sehr früh erfolgt sein. Es
ist nicht belegt, ob Varianten des Australopithecus die Urwaldgebiete
Afrikas bzw. Buschland als Übergangsgebiet bevölkerten. Im
Regenwald halten sich auch Knochen kaum. Mineralien sind so selten, das
z.B. viele Tiere jede Möglichkeit nutzen Mineralien aufzunehmen.
Letzteres ist sehr wahrscheinlich. Man kann doch nicht behaupten,
mehrere Australopeticinen-Varianten wären automatisch mehrere
Arten im biologischen Sinn. Sollten Australopethicinen schon vor 2
Millionen Jahren nach Asien gekommen sein, können sie durch
spätere Zuwanderungen und Gendrift den genetischen Anschluss an
die restliche Menschheitspopulation gehalten haben. Die Ausgrabungen in
Asien gehen weiter. Die Urmenschen haben nicht nur in Höhlen
gelebt, aber dort können Überreste ausgegraben werden, weil
Knochenreste vor Witterungseinflüssen und Raubtieren
geschützt sind. Außerdem sind die potenziellen Fundorte in
Höhlen bekannt. Die Urmenschen haben mit Abfällen den
Höhlenboden immer höher anwachsen lassen. Je weiter in den
Höhlen ausgegraben wird, desto älter werden also die Funde.
Zur Ergänzung der archäologischen Funde und genetischen
Untersuchungen kann auch die heutige Situation und Ergebnisse aus der
Sprachforschung herangezogen werden.
Wir wissen vom heutigen Menschen, das eine starke Variabilität im
Aussehen nicht die Zugehörigkeit zu einer Art ausschließt.
Europa und Nordasien konnten erst vor etwa 800.000 (Vielleicht auch 1
Mill.) Jahren besiedelt werden, als der Mensch durch Verwendung von
Feuer, Hütten und Fellkleidung kältere Klimazonen bewohnen
konnte. Letztlich kann man aber nicht ausschließen, das dieser
Schritt auch schon etwas früher vor sich ging. Dazu sind die Funde
aus diesen Zeiten leider zu selten und zufällig. Vor 50.000 und
30.000 Jahren gab es neue Einwanderungen aus Nordafrika und Vorderasien
nach Europa. Der Typus des Homo sapiens sapiens, bzw. neue Mischtypen
verdrängten ältere Typen. Es war nirgendwo auf der Erde eine
vollständige Ausrottung, bis auf die wahrscheinliche Ausrottung
von Giganthepecus, der (nach dem heutigen Kenntnisstand, leider ohne
genetische Verwandtschaftsuntersuchung) schon eine eigne Art
darstellte, die auch bei einer Mischung zumindest keine fruchtbaren
Nachkommen mit Homo Erektus hinterlassen konnte. Gerade der Mensch
neigt mit seiner ausgeprägten Sexualität nicht zur
Abgrenzung. Dies zeigt sich z.B. auch auf den Andamanen, wo die
Urbevölkerung wahrscheinlich auch schon vor Jahrhunderttausenden
(vielleicht schon 1 Millionen Jahre) von den anderen Menschen isoliert
waren und sich jetzt mit den indischen Kolonisten mischen. Durch
Vermischung und Selektion entstanden immer wieder neue regionale
Varianten des Menschen, so auch in Europa.
Die Funde von Resten des Gigantopithecus wirft ganz besondere Probleme
auf. Seine systematische Stellung ist letztlich noch nicht
übereinstimmend geklärt. Er wird heute manchmal als
Gorillavariante eingestuft, oft jedoch als ein Australopithecus. Die
herrschende Ansicht ist heute, das es sich um eine weitere Form
zwischen Gorilla und Homminiden handeln würde. Doch wenn ein
Gigantophitecus, wie auch immer eingestuft, die ostafrikanische und
vorderasiatischen offnen Flächen (viele tausend km) hätte
überwinden können, hätte es ein homminider
Australopethicine auf jeden Fall gekonnt, dies spricht für die
Australopithecustheorie. Die Annahmen für Besiedlungszeiten
müssten ganz anders vorgenommen werden. Die Seltenheit solcher
Funde in Asien lässt noch viele Überraschungen erwarten.
(eigne Stellungnahme: z.B. eine Besiedlung Asiens durch den
Australopithecus bzw. andrer Formen des Australophithecus,
möglicherweise schon vor mehr als 1,8 Millionen Jahren).
Der Gigantopithecus soll vor 500.000 Jahren durch den Homo Erektus
(pekinensis) ausgerottet worden sein, welcher ihn jagte, bzw. mit ihm
Krieg führte.
Die Nacktheit des Menschen ist
ein
besonderes Rätsel. Es wird vermutet, das eine Teilpopulation des
Menschen am und im Meer lebte und deshalb die Haare am Körper
verlor und ein für Wasserbewohner typisches Unterhautfettgewebe
entwickelte.
Die Region um Wetzlar war vom
Klima so begünstigt, das es auch vor 50.000 Jahren in der
Würmeiszeit von Menschen besiedelt blieb. Vor etwa 8.000 Jahren
wanderten Bauern vom Balkan in andere Teile Europas ein. Die neue
Kultur/Ernährungsweise führte zu einem stärkeren
Bevölkerungszuwachs und zu Sesshaftigkeit. Sesshaftigkeit war eine
Voraussetzung für viele neue kulturelle Entwicklungen, z.B.
natürlich des Siedlungsbaus. Vor 17.000 Jahren wurde der
nördliche Wolf zum Hund domestiziert. Er wurde Helfer bei der Jagd
und dem Hüten von Herden. Die Domestizierung von Rindern, Schafen
und Ziegen war als lebende Vorratshaltung begonnen worden. Oft setzte
sich eine gemischte Wirtschaftsweise durch. Neben der Bewirtschaftung
von Feldern wurde noch gejagt und gefischt und Haustiere gehalten.
Bergwerke zur Gewinnung von Salz und Feuerstein gab es schon früh.
Später kam noch die Gewinnung von Metallen hinzu.
Die Besiedlung der offnen
Savannen hat besondere Anforderungen an die
Hominiden gestellt. Sie richteten sich zum Zweibeiner auf. Die Hand
wurde frei für den Werkzeuggebrauch. Er konnte schneller laufen,
als mit Abstützen durch die Hände. Die Intelligenzentwicklung
wurde forciert, statt besondere Körpermerkmale, z.B. nahm die
Gebissgröße sogar ab, weil er seine Gegner oder Beute nicht
mehr beißen brauchte. Die Entwicklung des Menschen ist durch eine
"Verkindlichung" bis ins hohe Alter geprägt, nicht nur durch die
extrem verlängerte Kindheit. Die Verkindlichung erleichterte die
Zunahme des Gehirns und die Vergrößerung der Neugier.
Vor etwa 400.000 Jahren haben
Menschen begonnen Werkzeuge auch aus Geweihen und Knochen statt nur aus
Stein herzustellen. Eine wichtige Entwicklung war natürlich die
Verwendung des Feuers zum wärmen, garen, Räuchern und
Trocknen von Lebensmitteln. Auch die Holzsperrspitzen wurden im Feuer
gehärtet. Dies ermöglichte das Vordringen des Menschen in
kältere Regionen der Erde. Während einer Eiszeit vor 40.000
Jahren sank der Meeresspiegel so, das auch Australien und Amerika
besiedelt werden konnten. Vor 2000 Jahren eroberten die Mikronesier
(nördlich von Australien) und Polynesier (östlich von
Mikronesien) dann mit ihren Schiffen die Inseln des Pazifiks,
Madagaskar
und Neuseeland. Seit der Jungsteinzeit haben sich die Umweltbedingungen
des Menschen und damit die Selektionsbedingungen sehr verändert.
Der heutige Mensch wurde in der Altsteinzeit geformt. Ab der
Jungsteinzeit bestimmt der Mensch seine Umwelt sehr stark selbst. Die
Bevölkerungsdichte hat mit dem Ackerbau auch sehr stark
zugenommen. Sehr wahrscheinlich ist auch eine Auflösung der
sogenannten Menschenrassen. Seit dem Ende der Altsteinzeit hat die
Mobilität stark zugenommen, z.B. durch die Domestizierung von
Reittieren bis heute, mit der Verwendung von Flugzeugen. Besondere
Erfindungen habe dann auch eine starke Völkerwanderung
ausgelöst und diese führten zu Vermischungen.
So die
Eisenverwendung der Indogermanen. Der Schiffsbau hat die Besiedlung
Amerikas, Australiens und Polynesiens ermöglicht. Die
Rassenauflösung ist in den USA, der Karibik, Sibirien und
Südafrika schon sehr fortgeschritten. Die bisherigen
Populationsgruppen waren in einer isolierten Situation als Anpassung an
eine Umweltsituation entstanden. Es war aber immer nur eine relative
Isolation auf Zeit. In dieser Zeit ohne größere
Wanderungsbewegungen wirkte weiter die Gendrift. Solche starken
Mischungsvorgänge hat es schon früher in Indien und
Südostasien gegeben. Auch die Einwanderung des
Chro-Magnon*-Menschen nach Europa ist ein Beispiel dafür, das von
Zeit zu Zeit auch starke Gen-Neukombinationen vorkamen, welche zu einer
Angleichung des Genpools in der Gesamt-Menschheitspopulation
führten. Weitere Beispiele sind die Ausbreitung der Araber
über Nordafrika und der Bantus über fast ganz Afrika
südlich der Sahara, jeweils in den letzten 2000 Jahren. Oft war es
eine Kettenreaktion von Völkerwanderungen. So wurde die
Westausbreitung der Araber durch die indogermanische Ausbreitung
(Eroberung Anatoliens durch die Hethiter) mit ausgelöst. Die
Araber (Hyksos) hatten hierfür die Waffentechnologie der
siegreichen Hethiter übernommen.
*wikipedia
schreibt zum Cromagnon: Das Ob und Wie das Zusammentreffens des
Cromagnon mit dem Neandertaler in Europa und dem Vorderen Orient ist Gegenstand zahlreicher
Theorien. Eine Vermischung beider Arten wird heute aufgrund genetischer
Untersuchungen überwiegend ausgeschlossen. Bereits 5.000 Jahre
früher als in Mitteleuropa sind im Nahen Osten die typischen
Merkmale der neuen Kulturstufe feststellbar. Unzweifelhaft drangen die
modernen Menschen (die Cromagnon) während der letzten,
kältesten Phase der letzten Eiszeit
(Würm) aus dem Nahen Osten kommend nach Europa ein und
überstanden dort auch das Temperaturminimum vor 20.000 - 18.000
Jahren, während die Neandertaler vor 30.000 - 24.000 Jahren
verschwanden.
Den Begriff des Homo sapiens "sapiens" (doppelt) halte ich für
quatsch. Sollte dieser Begriff auf alle heute lebenden Menschen
angewendet werden, kann damit nicht erklärt werden, warum heute
lebende Altschichtpopulationsgruppen sich stärker oder
vergleichbar von anderen Populationsgruppen unterscheiden, als z.B. der
Neandertaler, welcher nicht als sapiens-sapiens bezeichnet wird.
Richtig ist doch die Feststellung, das sich die Hominidenentwicklung
das letzte mal entweder vom Schimpansen oder vom Giganthipecus als Art
abspaltete. Interessant wäre hier ein genetischer Vergleich, wie
er vor kurzem zwischen dem Neandertaler und heute lebenden Hominiden
vorgenommen wurde. Alle späteren Variationen waren nie so
vollständig isoliert, das es noch einmal zu einer Artabspaltung
gekommen wäre.
Top
Startseite
|