Willkommen im Club der Revolutionäre

Das Menschenzeit-Projekt, Folge 3: Wie das Leben selbst die Welt von heute schuf

Romanenko Alexey/Deposit Kolonie von Cyanobakterien

AnthropoScene – Expeditionen in unsere neue Erdepoche

Was zuletzt geschah: Im Jahr 2000 stellte der Chemie-Nobelpreisträger Paul Crutzen eine bahnbrechende Idee zur Diskussion: Die Menschheit verändert die Erde so grundlegend und langfristig, dass eine neue geologische Erdepoche, das Anthropozän, begonnen habe. Doch sind wir Menschen die ersten Lebewesen, die das tun?

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Wenn Sie gerade ein bisschen Zeit haben, wie wäre es mit einem Spaziergang? Egal ob Sie im Flachland leben, in der Nähe von Bergen oder an einer Küste – bei Ihrem Ausflug wird Ihnen, wenn Sie einmal die Alltagsfragen zur Seite schieben und Ihre Sinne für die Umgebung öffnen, faszinierende Geologie begegnen. Jede Landschaft, auch die von Städten, ist Ergebnis von harten, unbelebten physikalischen Kräften, die über viele Tausend oder sogar viele Millionen Jahre gewirkt haben: zum Beispiel von Magmaströmen tief im Inneren der Erde, die das Gestein geformt und Erdplatten transportiert haben; von Meerwasser, das die Linien der Küstenlinien geschaffen hat; von Flüssen, die tiefe Täler eingeschnitten haben.

Solche Orte gibt es auch mitten in Städten, zum Beispiel in Berlin, zwischen Heidelberger Platz und Hohenzollerndamm. Eine viel befahrene Straße führt vom Platz hinab zu den Geschäften und Cafés des westlichen Stadtzentrums. Der Höhenunterschied zwischen oben und unten beträgt keine zwanzig Meter. Radfahrer freuen sich auf dem Weg hinab über den extra Schwung, den sie in der ansonsten eher flachen Hauptstadt bekommen. Autofahrer werden das Gefälle kaum wahrnehmen.

Der Erdgeschichte lauschen

Der kleine Abhang hat aber eine große Geschichte. Er war einst das Ufer eines gigantischen Flusses, der am Ende der letzten Eiszeit hier verlief. Dieser „Urstrom“ war gefüllt mit dem Schmelzwasser von Gletschern, die sich während der Eiszeit des Pleistozäns nördlich von Berlin über Zehntausende Jahre hinweg bis zu mehrere Hundert Meter hoch aufgetürmt hatten.

Wer den kleinen Abhang hinunter radelt, hört Autos. Aber man kann mit geschlossenen Augen versuchen, sich die Motorengeräusche als den Sound tosender Wassermassen vorzustellen, die hier vorbeigerauscht sind und dabei die Landschaft aus Sand und Steinen erzeugt haben, aus der Berlin seit dem 13. Jahrhundert gewachsen ist. Das andere Ufer des früheren Flusses liegt neun Kilometer entfernt, wo sich der Prenzlauer Berg erstreckt. Der Fluss muss also riesige Dimensionen gehabt haben und lässt die kleine Spree, die heute durch das Zentrum der Stadt fließt, noch mehr wie ein Rinnsal wirken.

Wer seine Sinne für Erdgeschichte öffnet und beim Anblick von Steinen, Küsten und Flussläufen die lange Vorgeschichte der Natur wahrzunehmen versucht, für den wird jeder noch so kleine Ausflug zu einem fantastischen Abenteuertrip. (1,2)

Dieses Gefühl kann sich noch stärker an Orten einstellen, an denen uns nicht nur das Ergebnis unbelebter Kräfte begegnet, sondern etwas ungleich Erstaunlicheres: Die gewaltigen Spuren früherer Lebewesen.

Aufeinandergestapelte Leichen

Denn vor uns Menschen haben bereits viele andere Lebewesen den Lauf der Erdgeschichte verändert. Die Erde, wie wir sie heute kennen, ist nicht allein das Ergebnis von unbelebten Kräften wie Wasser, Sonnenlicht, Erdwärme und Gestein. Sie ist in ihrer Form und auch in ihrem Funktionieren in einer langen planetaren Evolution aus und durch Lebewesen entstanden. Geologie und Biologie sind eng miteinander verwoben. (3)

Berge, aus Meeren gewachsen: Die Karnischen Alpen im Friaul gehören zu den Südlichen Kalkalpen. Die Plattentektonik hat früheren Meeresboden und Rifflagunen nach oben gedrückt und charakteristische Formen geschaffen.
Berge, aus Meeren gewachsen: Die Karnischen Alpen im Friaul gehören zu den Südlichen Kalkalpen. Die Plattentektonik hat früheren Meeresboden und Rifflagunen nach oben gedrückt und charakteristische Formen geschaffen.
Christian Schwägerl

Um das zu spüren, muss man nur ein bisschen Erde zwischen seinen Fingern zerreiben oder Kalkgestein anfassen. Viele Hügel, die heute im Inneren von Kontinenten liegen, sind in Wahrheit abgerundete Korallenriffe aus längst ausgetrockneten Meeren. Viele Berge, die weit weg vom Meer liegen, sind aus den Kalkskeletten früherer Organismen entstanden. Und auch die immens dicken Schichten an Kohle und Erdöl, die an vielen Orten tief im Boden lagern und die Grundlage der Industrialisierung bildeten, sind Überbleibsel früherer Lebewesen, die sich im Lauf von Millionen von Jahren abgelagert haben. Auch Moore sind solche Zeugen der Vergangenheit, aufeinander gestapelte Reste von Lebewesen, an deren Oberfläche sich eine minimalistische Flora und Fauna erstreckt.

So mächtige Gebilde wie Kalkgebirge, Erdöllager und Torfschichten sind durch eine relativ kleine Zahl von Arten entstanden. Die meisten Lebensformen, die es je auf der Erde gegeben hat, sind weitgehend spurlos wieder verschwunden.

Einige aber haben die Welt von heute maßgeblich geprägt.

Ein Winzling mit gigantischen Folgen

Es gibt in der Erdgeschichte so etwas wie einen „Club der Revolutionäre“. Das sind die Arten, die nicht einfach ein paar Millionen Jahre die Erde besiedelten, nur um dann sang- und klanglos auszusterben. Das sind vielmehr jene Arten, die ihre Atome und Moleküle nach dem Aussterben nicht einfach dem großen Stoffrecyclingprozess namens Evolution übergeben und sich in anderen Lebensformen verlieren, sondern Bleibendes schaffen.

In diesen Club der Revolutionäre kommen nur jene Arten, die dauerhafte Veränderungen auslösen und neue Strukturen schaffen. Sie begegnen uns noch unzählige Jahre nach ihrem biologischen Ende – zum Beispiel als bizarre Skulpturen aus Kalk oder als tiefschwarze Schichten im geologischen Unterbewusstsein der Erde.

Der älteste und aus menschlicher Sicht wohl wichtigste Revolutionär, der die Erde von heute mit allem, was uns vertraut ist – mit Bäumen und Blütenpflanzen, Vögeln und Säugetieren – erst möglich gemacht hat, sind winzige Organismen: Cyanobakterien. Früher wurden sie auch Blaualgen genannt, obwohl sie keine wirklichen Algen sind.

Wir Menschen von heute haben ihnen viel, ja fast alles, wovon wir leben, zu verdanken. Um das zu verstehen, müssen wir weit in der Zeit zurückgehen.

Die erste Umweltkatastrophe: Sauerstoff

Bevor die Cyanobakterien entstanden sind, war in unserem Sonnensystem bereits viel passiert. Die Sonne hatte zweimal gezündet und einen unablässigen Strom von Energie ins All in Gang gesetzt. Aus Materie, die um die Sonne kreiste, hatte sich vor rund 4,6 Milliarden Jahren die frühe Erde, die Wissenschaftler „Proto-Erde“ nennen, gebildet. Dann raste ein anderer Planet, etwa von der Größe des Mars, in die Erde. Dieser Planet, Theia genannt, fusionierte mit der Proto-Erde zu dem Gebilde, das wir heute bewohnen, mit einer gekippten Drehachse, einem glühenden Inneren und wunderschönen Frühlingswiesen und Herbstwäldern (4,5).

Ein Magnetfeld entstand, das die Erde vor dem strahlenden Bombardement aus dem Weltraum schützte. Dann bildete sich eine Ur-Atmosphäre aus aggressiven Gasen, die für heutige Lebewesen tödlich giftig wären.

Vor rund 3,7 bis 4 Milliarden Jahren kam es nach heutigem Wissen zu einem zweiten, einem biologischen Urknall. Aus einfachen Molekülen entwickelten sich teilungsfähige Zellen. Die Erde begann zu leben. In immer neuen Runden von Mutation und Replikation, von Untergang und Überleben bildeten sich die Archaebakterien heraus. Doch schon bald waren sie mit der ersten Ressourcenkrise der Erdgeschichte konfrontiert. Sie lebten (und leben bis heute) von der chemischen Energie um sie herum, also von Kraft, die in stofflichen Verbindungen steckt. Doch diese Energie wurde in der Urwelt mit der Ausbreitung des Lebens knapper.

Archaebakterien auf dem Rückzug

Genau dann betraten die Cyanobakterien die Bühne, mit einem veränderten Stoffwechsel, der sich in einem entscheidenden Punkt als überlegen erwies: Während die Archaebakterien von irdischer Energie abhängig waren, waren die Cyanobakterien in der Lage, den nahezu unbegrenzten Energiestrom anzuzapfen, der von oben kommt: die Sonnenenergie.

Erst die Aktivität von Cyanobakterien hat die Atmosphäre geschaffen, wie sie sie kennen – samt schützender Ozonschicht. Die Mikroorganismen waren die ersten Revolutionäre der Erdgeschichte.
Erst die Aktivität von Cyanobakterien hat die Atmosphäre geschaffen, wie sie sie kennen – samt schützender Ozonschicht. Die Mikroorganismen waren die ersten Revolutionäre der Erdgeschichte.
Alinamd/Deposit

Sie entwickelten Stoffwechselpfade, um die Energie von Photonen in Energie für ihre kleinen Zellen umzuwandeln – dadurch lösten sie die erste Ressourcenkrise des Planeten auf großartige Weise zu ihrem Vorteil. Damit ging aber auch die erste Entsorgungskrise einher: Cyanobakterien setzten durch den neuen Prozess, die Photosynthese, große Mengen von Sauerstoff frei. Vor ihnen war dieses Element natürlich auch im Erdsystem zirkuliert, aber in der Atmosphäre kam es als reiner Sauerstoff, als O2, nur in Spuren vor.

Das änderten die Cyanobakterien nun Tag um Tag. Über Millionen Jahre hinweg wuchs die Sauerstoffkonzentration zuerst in den Ozeanen, dann in der Luft – mit weitreichenden Folgen. Denn für die Archaebakterien waren die Neuankömmlinge eine einzige gigantische Umweltkatastrophe, freier Sauerstoff war und ist für sie wie Gift. Die Cyanobakterien kamen in der neuen Sauerstoff-Welt hingegen gut klar. Bald, das heißt nach vielen Millionen Jahren, bedeckten sie weite Teile des Ozeans und der Küstengebiete. Sie bildeten große Matten und knollenartige Kolonien – die ersten Formen von sozialen Netzwerken.

Wie unser Luftozean entstand

Diese Gründer des Clubs der Revolutionäre setzten immer mehr O2 frei, so dass vor rund 2,4 Milliarden Jahren das in den Ozeanen umherschwimmende Eisen zu oxidieren und abzusinken begann. Dabei entstand der erste Schub der Unmengen von Eisenerzen, die Menschen heute für  ihre Infrastruktur von Gebäuden, Maschinen und Elektrogeräten verwenden (wer ein Elektrogerät kauft oder in einem Haus mit Stahlgerüst wohnt, darf ab und an den Cyanobakterien dafür danken).

Als die Ozeane mit Sauerstoff gesättigt waren, entkam das Molekül in die Atmosphäre. Nun begann die nächste Revolution: die Erde bildete nach der Magnetsphäre eine zweite Schutzschicht gegen die lebensfeindliche kosmische Strahlung aus. UV-Strahlung verwandelte das O2 in Ozon, O3, und seither fängt diese Ozonschicht den aggressivsten Teil des Sonnenlichts ab ­– zumindest blieb das so, bis Thomas Midgley begann, chemische Verbindungen zu ersinnen.

Erst durch die Schutzschicht um den „Luftozean“, wie Alexander von Humboldt die Atmosphäre nannte, wurden neue, noch kompliziertere Lebensformen möglich und vor rund 420 Millionen Jahren die nächste Stufe der Evolution: die Ausbreitung des Lebens an Land, von Blütenpflanzen, Fröschen, Reptilien und Säugetieren.

Dank des Sauerstoffs, den Cyanobakterien und später Algen und andere höhere Pflanzen freisetzten, konnten sich Tiere entwickeln. Mit seiner Hilfe können sie ein schwaches Feuer in ihrem Inneren unterhalten, ein Feuer, mit dem sie ihre Nahrung langsam in Lebenskraft verwandeln. Jeder Atemzug, bei dem wir Sauerstoff aufnehmen, um am Leben zu bleiben, und jede Minute, die wir im Sonnenlicht unter der schützenden Ozonschicht im Himmel verbringen, verbindet uns also mit mehreren Milliarden Jahren Erdgeschichte und mit ihren ersten und für uns wichtigsten Revolutionären, den Cyanobakterien.

Was ist aus den Blaualgen geworden?

Aus dem Meer auf die Berge

Nach all der Zeit umgeben sie uns noch immer. 2000 Arten sind derzeit beschrieben. In den achtziger Jahren entdeckten amerikanische Meeresforscher eine Lebensform, die sie bis dahin übersehen hatten. Der Organismus war so klein wie nur möglich, aber als es einmal aufgespürt war, stellte sich bei weiteren Forschungsarbeiten heraus, dass das Cyanobakterium Prochlorococcus marinus zu den häufigsten Organismen auf der Erde zählt, ja vielleicht als Teil des sogenannten Piko-Planktons sogar der am weitesten verbreitete Organismus ist. (6)

Wenn Seen überdüngt sind und es wärmer wird, kann es wie hier am Taihu-See in der chinesischen Provinz Jiangsu zu Algenblüten kommen. Sind nicht nur Grünalgen, sondern auch Cyanobakterien beteiligt, wird es für Menschen wegen Giften im Wasser gefährlich.
Wenn Seen überdüngt sind und es wärmer wird, kann es wie hier am Taihu-See in der chinesischen Provinz Jiangsu zu Algenblüten kommen. Sind nicht nur Grünalgen, sondern auch Cyanobakterien beteiligt, wird es für Menschen wegen Giften im Wasser gefährlich.
Jixin Yu/Deposit

Die Menschen von heute bemerken Cyanobakterien aber bewusst meist nur unter unangenehmen Umständen. Kommen sie in großen Massen vor, befördert etwa durch Dünger und warmes Wetter, dann wachsen Grün- und Blaualgen in Massen. Letztere erzeugen Substanzen, die der menschlichen Haut zusetzen. Wenn Menschen an einem heißen Tag in das wässrige Element zurückkehren, dem ihre Vorfahren entstammen, wenn sie also schwimmen gehen, dann kann das schmerzlich enden. Der älteste Erdrevolutionär kann dem neuesten dann gefährlich werden.

Cyanobakterien sind auch in weniger gefährlicher Form zu bestaunen. Denn seit Milliarden Jahren neigen sie dazu, riesige Kolonien zu bilden, in denen sich ihre Absonderungen sukzessive zu einer gesteinsähnlichen Struktur verwandeln. Einige dieser „Stromatolithe“, bilden die ältesten bekannten Spuren von Leben auf der Erde, etwa in Australien.

Cyanobakterien existieren zudem in abgewandelter Form überall, wo es Pflanzen gibt. Denn einige der ersten moderneren Zelltypen, die ihr Erbgut in eine spezielle Schutzhülle verpackten, verschluckten im Lauf ihrer Evolution die Cyanobakterien regelrecht, samt ihrem hochentwickelten Photosynthese-Apparat. Die neuen Zellen machten die Ureinwohner der Erde zu ihren inneren Lebenspartnern, zu „Endosymbionten“. 

So entstanden die Chloroplasten, die Bauteile, mit deren Hilfe die Pflanzen die Energie des Sonnenlichts einfangen, Photosynthese betreiben, wachsen und Sauerstoff freisetzen.

Disruptiver geht es wohl kaum: Unsere Revolutionäre spannten zuerst den Schutzschirm auf, der die Landflächen der Erde vor UV-Dauerbeschuss bewahrte, dann gingen sie im Inneren von Pflanzen selbst an Land. Das erscheint, ungeplant, wie es war, fast erstaunlicher, als wenn ein Cyanobakterien-Parlament zuvor einen genauen Expansionsplan ausgearbeitet hätte.

Wir sollten den Cyanobakterien dankbar sein

Blaualgen wurden zu Bestandteilen der Viertelmillion Pflanzenarten, die wir heute kennen, ob Kakteen, Löwenzahn oder Sequoiabäumen. Sie behielten sogar einen Teil ihres eigenen Erbguts. Es war und ist eine Win-win-Situation für beide Partner. Als innere Symbionten in Pflanzen konnten Cyanobakterien sich massiv ausbreiten. Aus dem Ur-Ozean heraus sind sie es bis in die Tieflandwälder und hinauf auf die Berggipfel von heute gelangt.

Eigentlich würden sie es verdienen, dass ihnen in unseren Städten Denkmäler als Ehrenpräsidenten im Club des Revolutionäre errichtet werden: „Den Erschaffern unserer Sauerstoff-Atmosphäre, unseres planetaren Schutzschirms und der Pflanzenwelt. In Dankbarkeit, die Menschheit.“

So weit ist es bisher nicht gekommen. Aber zumindest sind Menschen dabei, Schritt für Schritt durch wissenschaftliche Forschung freizulegen, dass sie ihre eigene Existenz nicht nur ihren direkten Primaten-Urahnen zu verdanken haben, sondern einer ganzen Reihe anderer Lebewesen, die die Erde erst bewohnbar für uns gemacht haben. Langsam beginnen wir zu verstehen, wie unser eigenes Leben vom Werk früherer Erdrevolutionäre geprägt wurde und abhängt.

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Lesen Sie in Folge 4: Experimente im Bio-Container – von Käseglocken, Sowjet-Containern und Wüstenträumen

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QUELLEN

  • (1) Sehr zu empfehlen: Heinrich Bahlburg und Christoph Breitkreuz, Grundlagen der Geologie, Springer Spektrum, 2012
  • (2) Ebenso: Charles H. Langmuir und Wally Broecker, How to build a habitable planet – the story of Earth from the Big Bang to Humankind, Princeton University Press, 2012
  • (3) Norbert Welsch, Claus Chr. Liebmann und Jürgen Schwab, Erde und Leben, Die Geschichte einer innigen Wechselbeziehung, Spinger-Verlag, 2017
  • (4) Alex Halliday, The Origin of the Moon, Science, 23 November 2012: Vol. 338 no. 6110 pp. 1040-1041 
  • (5) Matija Cuk and Sarah Stewart, Making the Moon from a Fast-Spinning Earth: A Giant Impact Followed by Resonant Despinning, Science, 23 November 2012: Vol. 338 no. 6110 pp. 1047-1052
  • (6) Sallie W. Chisholm et al., A novel free-living prochlorophyte abundant in the oceanic euphotic zone, Nature, 28. Juli 1988, Band 334, S. 340-343 und Partensky, F. et al. (1999). Prochlorococcus, a marine photosynthetic prokaryote of global significance. Microbiology and Molecular Biology Reviews 63: 106-27.

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