Hubmann / Fritz: Die Geschichte der Erde

„Dieses Buch versucht sich der Herausforderung zu stellen, die fast 4,6 Milliarden Jahre umfassende Geschichte der Erde darzulegen. Es wurde versucht, die wichtigsten Stationen in der Entwicklung unseres Planeten zu beleuchten und Prozesse aufzuzeigen, die zu den jeweiligen Entwicklungsstadien und letztendlich zum heutigen Zustandsbild der Erde geführt haben.“ Mit diesen bescheidenen Worten beginnen die Autoren ihr wahrhaft erstaunliches Buch, das die Geschichte der Welt von der Entstehung unserer Sonne bis zur Gegenwart darstellt, und zwar nicht nur in Gestalt einer feuilletonistischen Kaminplauderei, sondern mit Fakten und Formeln. Das hat einen Vor- und einen Nachteil zugleich. Der Vorteil besteht darin, dass die Autoren die Geschichte der Welt nicht als ein bloßes Nacheinander erzählen, sondern die Übergänge so genau wie möglich transparent machen.  Der Nachteil dieser Art der Darstellung liegt darin, dass zu ihrem Verständnis stabile Grundkenntnisse in Physik, Chemie und Biologie erforderlich sind, wovon man bei der aktuellen Großwetterlage der Bildung nicht mehr ohne weiteres ausgehen kann. Auch ich kam reichlich ins Schleudern und musste mich mit Zusatzinformationen füttern, um wenigstens das Grundlegende im Ansatz zu verstehen.

Aber es lohnt sich. Am Ende der Lektüre habe ich zum ersten Mal die Geschichte der Erde als ein System von vier miteinander agierenden Sphären begriffen: der Lithosphäre(Erde), der Atmosphäre (Luft), der Hydrosphäre (Wasser ) und der Biosphäre (Leben). Das Buch ist voller Beispiel für die gegenseitige Beeinflussungen dieser Sphären. Wer hätte gedacht, dass der Meteoriteneinschlag den Phosphorgehalt der Lithosphäre erhöht, was für die Entwicklung probotischer Kettenmoleküle entscheidend war? Oder dass die ersten Zellmembranen, ohne die kein Leben möglich gewesen wäre, in hydrothermalen Schloten in der Tiefsee entstanden? Es gibt auch Beispiele für gegenläufige Rückkopplungen. So führte die Entstehung der Fotosynthese bei den ersten Stromatolithen zur Entstehung der Sauerstoffatmosphäre, mit anderen Worten: Veränderungen in der Biosphäre führten zur Verwandlung der Atmosphäre Durch die Plattentektonik in der Lithosphäre und die Krustenbildung an den Rändern der Kontinente verbreitete sich das Angebot an Mineralien als Grundalge für die Entstehung der ersten Lebensformen. So führte ein Überangebot an Kalzium in einer bestimmten Epoche der Erdgeschichte (Litosphäre) zur Bildung von (inneren oder äußeren) Skeletten bei den Lebewesen (Biosphäre).

Ob ich aber wirklich alles richtig verstanden habe, dafür kann ich die Hand allerdings nicht ins Feuer legen, weswegen dieser Text mit Vorsicht zu genießen ist. Es handelt sich eher um ein Exzerpt zur Sicherung eines ersten, noch erheblich ausbaufähigen  Verständnisses. Was ich aber nach der Lektüre des Buches ganz sicher weiß, ist, dass die „Geschichte der Erde“, so wie sie die Autoren nachzeichnen,  großes geologisches und paläoontologisches Kino ist, genauso spannend zu lesen wie ein Krimi und das uach noch mit offenen Ende.

Alles begann mit der Entstehung der Sonne, einem Stern, der sich aus Gaswolken unfassbaren Ausmaßes unter dem Einfluss der Gravitation bildete, immer mehr zusammenklumpte und schließlich selbst entzündete. In den Worten der Autoren: Die Sonne „ist selbstleuchtender Himmelskörper aus Gas und Plasma. der in seinem Inneren so hohe Temperaturen entwickelt, so dass Kernfusion in Gang gesetzt und die dabei entstehende Massedifferenz in Energie umgewandelt wird“

Aber woher kommen die Planeten? Sie sind der Rest des Gasstaubs, der nicht in die Sonne inkorporiert wurde. Bei der Bildung der Sonne wurden 99,9 % des Gasnebels absorbiert – aus dem  0,1%-Rest entstanden die Planeten. Zuerst waren es „Prototplaneten“, d. h. Geseinsklumpen, die immer größer wurden, weil andere Meteoriten an ihren andockten. In der Frühphase dieser turbulenten Planetenbildung, als die Erde schon fast so groß war wie heute, kam es zum Zusammenstoß mit dem kleineren Protopalenten Tetris, aus dem der Mond (und mit ihm langfristig Ebbe und Flut auf der Erde) hervorgingen. Auf der gerade erst entstandenen Erde befanden sich zahlreiche Mineralien, von denen sich ein Teil unter der Kraft der Gravitation in das Erdinnere zurückzog, wo es sich entzündete, während ein anderer Teil die Erdkruste bildet. Glücklicherweise befindet sich die Erde zur Zeit in der sogenannten „Habitat Zone“, d. h. einer Temperaturzone, die Leben begünstigt. Läge die Erde nur 5 % näher an der Sonne, wäre es unmenschlich heiß, nur 5 % weiter entfernt, und die Ozeane würden zufrieren. Aber selbst diese Habitatgrenzen sind variabel. Da die Sonne durch die pausenlose Umwandlung von Wasserstoff in Helium  immer kleiner und heißer wird, verschieben sich auch die Habitatzonen. In einer Milliarde Jahre wird die Sonne so heiß sein, dass auf der Erde venusähnliche Zustände herrschen werden, während  auf dem Mars Leben entsteht.

Bei der Erklärung der Entstehung des Lebens greifen die Autoren tief in den Instrumentenkasten der Chemie „Jedes Lebewesen das wir kennen, benötigt zumindest sechs chemische Grundzutaten“, schreiben  Hubmann und Fritz: „Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Schwefel (S) und Phosphor (P). Dem Kohlenstoff kommt  neben dem Wasser (Medium für chemische Reaktionen, Transportmittel für Nährstoffe, Abfallstoffe, Botenstoffe, Wärme) die größte Bedeutung zu“  Aber auch Phosphor ist wichtig, nur leider auf der Erde extrem selten, es sei denn, man zieht die phosphatreichen Meteoriten mit in Betracht. „Phosphor ist in Bezug auf seine Masse nach Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff das fünftwichtigste Element für Organismen, denn es bildet nicht nur das Grundgerüst der RNA und DNA, sondern ist für den Energie- und Stoffwechsel   unverzichtbar. In der Natur ist Phosphor aber Mangelware: Auf 49 Millionen Wasserstoffatome in den Ozeanen kommt nur ein einziges Phosphoratom. Damit steigert sich die Attraktivität des extraterrestrischen Eintrages“, d.h. es ist durchaus denkbar, dass es bei der Entstehung des Lebens zu einer interstellaren Geburtshilfe aus dem All gekommen ist. Die Autoren nennen das  „panspermische Befruchtung“.

Aber wie kommt es von diesen  6 chemischen Substanzen zur ersten Zelle? Das erste Leben in Gestalt einer Zelle „stellt ein abgegrenztes, eigenständiges und selbsterhaltendes System dar, das in der Lage ist, Nährstoffe aufzunehmen und den eigenen Energiebedarf durch Stoffwechselvorgänge nutzbar zu machen (Metabolismus). Die Funktionalität, also der Selbsterhalt solch eines Systems, ist eine Sache, eine andere ist die Fähigkeit sich zu teilen und damit sich zu vermehren,“ Unverzichtbar ist dafür die drittens die Herausbildung einer Membran, die Innen und Außen trennt. Aber wie muss man sich das vorstellen?  Spätestens hier begann mir der Kopf zu surren und ich musste mir  einen starken Kaffee kochen. Die ersten Membranen als Grundlage der ersten probiotischen Lebensform entstanden in der „Kammerstruktur eines hydrothermalen Schlotes“ in der Tiefsee, der seine Energie aus heißen hydrothermalen Zuflüssen aus dem Erdinnern bezog. Alles klar?  Wie dem auch sei. Es gab einen Paukenschlag, der ungehört im Universum verhallte (es gab ja noch keine Ohren!) , und „LUCA“ entstand.  Luca ist die erste Lebensform, der Ursprung allen irdischen Lebens.

Luca am Scheitelpunkt von RNA- und DNA-Organismus existierte vor etwa 3,5 Milliarden Jahre als Produkt der chemischen Evolution.  Die von LUCA ausgehende Abstammungslinie spaltete sich früh in die beiden Hauptgruppen der Archaea und Bacteria auf. Beide werden als Prokaryota, also als Lebewesen ohne Zellkern, bezeichnet. Die Archaea stellten die »Extremsportler« unter den Lebewesen da, die in Umwelten lebten, die heute tödlich wären.   Aber die wirklichen Neuerer waren die Bakterien,  denen es gelang, durch die  Entwicklung spezieller Pigmente (Bakteriochlorophylle), Sonnenenergie in Stoffwechselenergie umzusetzen. Aus der massenhaften Fotosynthese und dem dabei freigesetzten Sauerstoff  folgte die bereits erwähnte Veränderung der Atmosphäre und damit die erste Umweltkatastrophe.  Die meisten Prokaryota-Lebewesen gingen an diesem Sauerstoff zugrunde, nur wenigen gelang die Erfindung der Atmung. „Mit der Zellatmung gelang dem Leben eine weitere grandiose Erfindung, die sich wiederum als revolutionär erweisen sollte, denn plötzlich konnten die Organismen eine weitaus größere Energieausbeute aus dem Stoffwechsel erzielen.“  Es folgte die Erfindung der Verdauung im Innern des Zellorganismus, was mit Hilfe von Bakterien gelang.

In der Zwischenzeit war in Lithosphäre mächtig was los. Nach der Erkaltung der Erde und der Bildung der Urozeane entstanden über die sogenannte „Plattentektonik“ die ersten Kontinente. Dass es so viele gewesen waren, hätte ich gar nicht gedacht, jedenfalls kamen sie und verschwanden wieder im Rhythmus der Jahrmillionen. Ihre Begleiterscheinungen waren heftiger Vulkanismus und damit einhergehend die Durchmischung der Elemente, was für die Entstehung der Biosphäre ausschlaggebend war.  Dazu die Autoren:  „Plattentektonische Vorgänge haben unseren Planeten in seinem Erscheinungsbild mehrfach total verändert. Epochen mit kleinen kontinentalen Schollen haben mit Epochen mit Großkontinenten gewechselt, Kaltzeiten haben eine oder beide Polregionen unserer Erde mit Eispanzern überzogen, Megawüsten sind durchgehenden Vegetationsdecken gewichen, biologische Vielfalt wurde durch Massenaussterbeereignisse auf ein Minimum reduziert.“

Die Entstehung der Sauerstoffatmosphäre führte über Co2 intensive Prozesse zu einer radikalen Abkühlung, der sogenannten „huronischen Vereisung“, während derer die Erde zu einem „Schneeball“   wurde. Wann war das? Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren. Wie lange dauerte diese Vereisung? 300 Milliarden Jahre.  Und wie ging es weiter? „Nach dem dramatischen Klimasturz der Huronischen Vereisung (nach der Sauerstoffkatastrophe) waren die Umweltbedingungen über rund 1,5 Milliarden Jahre offensichtlich ökologisch sehr stabil. Die »Prokaryota-Protisten-Welt« konnte sich ungestört durch langsame gradualistische (konstante) Evolution entfalten.“

Aber wir sind noch lange nicht bei der Art von Leben angelangt, wie wir es kennen. Eine ganze Reihe von Neuerungen mussten in endlos langen Zeiträumen „erfunden“. Ein Beispiel für eine solche Neuerung war die zweigeschlechtliche Fortpflanzung. Dazu wieder die Autoren „Sexuelle Fortpflanzung ist umständlich und zeitaufwändig, andererseits hat sie aber auch Vorteile, wenn der evolutionäre Druck steigt. Beobachtet man Hefezellen, von denen bekannt ist, dass sie zwischen ungeschlechtlicher und geschlechtlicher Vermehrung wechseln können, und setzt sie unter Stress, dann vermehren sie sich geschlechtlich. Entspannt sich die Lage wieder, vermehren sie sich ungeschlechtlich“  Der Hauptvorteil der geschlechtlichen Vermehrung liegt in der Resistenz gegen Schädlinge und Parasiten.

So vergingen die Jahrhmilliarden. Die Kontinente wanderten, die Moleküle verbanden sich zu immer längeren Ketten, der Co2 Gehalt stieg und sank, Wärmephase folgten auf Kältephasen.  Mit dem Kambrium vor 540 Millionen Jahren begann dann endlich die „Jetztzeit des Lebens“. Sie ist gekennzeichnet durch einen sehr positiven Treibhauseffekt.  der der  Welt eine Durchschnittstemperatur von +14° beschert. Ohne diesen lägen die Temperaturen bei -16 Grad.

Etwa am beginnenden Kambrium vor einer halben Milliarde Jahren absolvierten Insekten und Pflanzen den „Landgang“, die Wirbeltiere etwas später. Voraussetzung dieses Landgangs war die Entstehung eines OZON Schildes gegen die UV-Strahlung der Sonne. Das war nur möglich durch die Sauerstoffemission der Cyanobakterien, die die Sauerstoffatmosphäre schufen.  Aber auch nach ihrem „Landgang“ hatten Tiere und Pflanzen jede Menge Katastrophen zu überstehen. Der Paläoontologe Seporski hat fünf solche Katastrophen untersucht, bei denen es zum Massensterben der Arten und zur Beinahe-Ausrottung des Lebens kam.

Das erste und zugleich das zweitheftigste Ereignis dieser Katastrophengeschichte fand vor etwa 444 Millionen Jahren im oberen Ordovizium statt. Geschätzte 85 % der Arten mariner Lebewesen verschwanden.

Vor etwa 360  Millionen Jahre später kam es im späteen Devon erneut zu einem Verlust der Biodiversität. Gegen 75 % der Arten verschwanden durch das Zusammenspiel von atmosphärischer Abkühlung und Sauerstoffmangel in den Ozeanen.

Der dritte „Faunenschnitt“  fand zu Ende des Perms vor etwa 252 Millionen Jahren statt. Es war das stärkste Ereignis unter den »Big five«. 95 % der Arten im Meer und etwa 70 % der am Land lebenden Arten starben aus. Sogar ein Drittel der Insekten – heute die erfolgreichste Tiergruppe – verschwand. Als »Verursacher« dieser einzigartigen Katastrophe gelten riesige Vulkanausbrüche in Sibirien über einen Zeitraum von einer guten halben Million Jahre hinweg.

Vor etwa 200 Millionen Jahren, am Ende der Trias ereignete sich das nächste Massenaussterben. Dadurch, dass der Großkontinent Pangäa zerbrach und der zentrale Atlantik gerade im Entstehen war, bildete sich erneut eine großflächige Vulkanlandschaft (= central atlantic eruption), aus der geschätzte 8.000 Gt Kohlenstoffdioxid und über 2.000 Gt Schwefeldioxid in die Atmosphäre abgegeben wurden. In der Folge starben etwa die Hälfte bis Dreiviertel der Pflanzen und Tiere

Vor 66 Millionen Jahren ereignete sich der fünfte Faunenschnitt, möglicherweise durch den Einschlag eines Meteoriten. Damals starben die Saurier aus und machten die Bühne frei für unsere direkten Vorfahren, die warmblütigen Säugetiere.

Im Hinblick auf das viel propagierte sechste von Menschen verursachte Massenaussterben drücken sich die Autoren um eine klare  Stellungnahme. Zunächst erklären sie, dass das Ausserben von Arten im Laufe der Evolution der Normalfall sei.  Vorsichtig zwischen den Zeilen gelesen, weisen sie außerdem darauf hin, dass noch Hundertausende  Arten überhaupt noch nicht katalogisiert sind und dass  angesichts dieser unüberschaubaren Vielfalt der aktuell existierenden und weitgehend geschützten Biodiversität die Meldungen über ein dutzendfaches Verschwinden von Lebensformen zwar traurig, aber nicht dramatisch seien.

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