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Wir Bionauten

Das Menschenzeit-Projekt, Folge 4: Die Erde als Labor – von Käseglocken, Sowjet-Containern und Wüstenträumen

22.03.2019
10 Minuten
Verschiedene Pflanzen, Botanischer Garten Berlin

Was zuletzt geschah: Paul Crutzen stellt die revolutionäre Anthropozän-Hypothese auf: Sie besagt, dass wir Menschen die Erde nicht nur in geschichtlichen, sondern in erdgeschichtlichen Dimensionen verändern. Vor uns haben das schon andere Lebewesen getan, vor allem Cyanobakterien, die unsere Atmosphäre schufen. Im Gegensatz zu ihnen gehen wir Menschen aber in neuerer Zeit bewusst vor…

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Über Jahrhunderte interessierten sich die Gesellschaften im christlichen Kulturkreis relativ wenig dafür, wie die Welt um sie herum funktioniert und wie existenziell wir Menschen auf die Natur angewiesen sind. Sie begnügten sich mit der Idee eines Schöpfergotts, der den Menschen an die Spitze seines Werks gesetzt hat. Wie Tiere, Pflanzen, Atmosphäre und Menschen zusammenwirken, wie die Vielfalt der Arten und die Luft zum Atmen entstanden war, spielte aufgrund der simplen religiösen Behauptungen keine Rolle.

Das änderte sich erst mit der Neugierde und dem Experimentierdrang, der mit der modernen Wissenschaft in die Welt kam. Und mit der Methode, Phänomene in ihre Bestandteile zu zerlegen und isoliert zu untersuchen.

Einer der ersten Wissenschaftler, der damit begann, das Zusammenwirken von Lebewesen auf der Erde systematisch zu ergründen, war der britische Chemiker, Theologe, Philosoph und Physiker Joseph Priestley. 1772 begründete er unwissentlich die Disziplin der Erd-Modellierung. Heute steht den Forschern in diesem Bereich ein Schwarm von Satelliten zur Verfügung, um die Erde zu vermessen; Sonden an Land und im Meer, die rund um den Globus verteilt sind; Supercomputer, mit denen sie Daten auswerten können.

Die Geheimnisse der Luft

Priestley, der in seiner Experimentierstube dem Element Sauerstoff auf der Spur war und zu dessen Entdeckern zählen sollte, arbeitete mit ungleich einfacheren Mitteln – mit Mäusen und Käseglocken.

In seinem Haushalt starben die Mäuse nicht wie üblich durch Springfallen und Katzen, sondern im Dienst der Wissenschaft. Priestley fand es bemerkenswert, dass Mäuse ihr Leben aushauchten, wenn er sie unter einer Glasglocke einsperrte. Noch größer war seine Überraschung, als er ausprobierte, was passiert, wenn man eine lebende Pflanze mit dazugibt: die Mäuse überlebten.

Skizze von verschiedenen Werkzeugen und Utensilien von Joseph Priestley
Am Anfang stand die Isolation.
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In unnachahmlicher Wissenschaftsprosa beschrieb der Forscher als erster überhaupt die Photosynthese und das existentielle Wechselspiel von Tieren und Pflanzen: „These proofs of a partial restoration of air by plants in a state of vegetation, though in a confined and unnatural situation, cannot but render it highly probable, that the injury which is continually done to the atmosphere by the respiration of such a number of animals, and the putrefaction of such masses by both vegetable and animal matter, is, in part at least, repaired by the vegetable creation.“ Auf Deutsch: Pflanzen nehmen bei der Photosynthese Kohlendioxid auf, das Tiere ausatmen. (1)

Knapp 200 Jahre später erklärte sich ein Mensch bereit, die Rolle der Versuchsmaus zu übernehmen. Anfang der 1960er Jahre, als Paul Crutzen gerade in Stockholm die Ozonschicht zu erforschen begann, stieg am Moskauer Institut für Flugmedizin ein Mann namens Jewgenij Schepeljew in einen kleinen, luftdichten Metallcontainer. Als er die Tür hinter sich verriegelte, war er nicht allein. Er teilte den engen Raum mit fünfundvierzig Litern Grünalgen der Gattung Chlorella. Sein Plan war es, dass die Algen ihm den Sauerstoff liefern würden, den er zum Leben brauchte. (2)

Siegreich den Weltraum kolonisieren

Der damals zweiundvierzig Jahre alte Russe war mit acht Geschwistern in ärmlichsten Verhältnissen groß geworden. Er hatte früh seine Liebe zur Wissenschaft entdeckt. In Moskau gelang es ihm, in den wissenschaftlichen Jugendclub des Zoologischen Gartens aufgenommen zu werden. Dann studierte er Medizin und wandte sich einem großen Thema zu: wie das Leben von der Erde in den Weltraum gelangen kann.

Es war die Zeit der groß angelegten Weltraum-Projekte. Der hagere Forscher hatte bei seinem Containerexperiment vor allem ferne Sterne im Sinn. Seine Behälter, kleine, künstliche Ökosysteme, sollten in Zukunft zu ganzen Städten heranwachsen, die sowjetische Pioniere auf anderen Planeten aufbauen würden. So würde es dem Kommunismus möglich, nach seinem Sieg über den kapitalistischen Westen auch das Weltall zu kolonisieren.

Schepeljew konnte nicht ahnen, dass es diese Sowjetunion schon dreißig Jahre später nicht mehr geben und sie als Sinnbild für eine verbrecherische Diktatur verschwinden sollte. Ebenso wenig ahnte er aber, dass sein Versuch sich als absolut bahnbrechend erweisen würde – nicht für die Weltraumkolonien, sondern als Modell für die Erde der Zukunft. Denn in dem Maß, in dem Menschen die Erde seit dem Beginn der Industrialisierung umgestalten, verwandelt sie sich in eine Mega-Ausgabe des Containers von Moskau: in ein System, das zwar einerseits mit überlieferten Lebensformen wie Pflanzen funktioniert, aber zugleich zunehmend von den Planungen und Handlungen von Menschen abhängt.

Nur 24 Stunden lief Schepeljews erster Versuch, ohne Luftzufuhr im Container auszuharren. Als einer seiner Kollegen die Tür zum Container wieder öffnete, beklagte er sich über den fauligen Geruch, der herausströmte. Der Eingeschlossene fühlte sich benommen, sein Denken war von den Gasen vernebelt, die er selbst ausgeatmet hatte. Aber Schepeljew hatte in der Tat vom Sauerstoff gelebt, den ein Kübel Algen erzeugt hatte. (3)

Im westsibirischen Krasnoyarsk setzten sowjetische Wissenschaftler die streng geheimen Forschungsarbeiten fort. 1972 schafften sie es schon, drei Menschen für ein halbes Jahr im künstlichen System „Bios-3“ leben zu lassen, ohne Wasser und Sauerstoff zuzuführen. Bis Ende der achtziger Jahre gelang es den Russen, dass Menschen in solchen geschlossenen Systemen drei Viertel ihrer Nahrung selbst erzeugten.

Subversive Botschaften

Immer nur Algen zu essen, schlug den Insassen aber auf die Stimmung. Deshalb bauten sie in späteren Versuchen Gurken, Tomaten, Kartoffeln, Erbsen an – und machten einen weiteren großen Schritt hin zu einem künstlichen Ökosystem. Aus Pflanzenabfällen entstand so etwas wie Humus, der im Stil der Sowjetunion den technokratischen Namen „bodenartiges Substrat“ bekam.

Immer experimentierfreudiger wurden die sowjetischen Forscher mit der Zeit. Als sich in den 1980er Jahren die politische Öffnung abzeichnete, begannen sie sogar das zu machen, was in russischen Städten Alltag war, aber nicht untersucht werden durfte, weil Umweltprobleme im Sozialismus ja per Definition nicht existierten: Die Forscher pumpten Schadstoffe in den Container, um die Auswirkungen zu untersuchen. „Die Fähigkeit, solche Stoffe zu puffern und umzuwandeln, ist begrenzt“, heißt es in einem Forschungsbericht knapp. Was die Wissenschaftler damit sagen wollten, war so einfach wie unter den Umständen einer Diktatur subversiv. Sie schrieben eine Warnung an die Wand: Ökosysteme können eine ganze Weile mit Stress umgehen. Dann besteht das Risiko, dass sie kollabieren. (4)

Weltweit beachtet: Das „Biosphere Project“ in der Wüste von Arizona war der bisher aufwändigste Versuch, ein geschlossenes künstliches Ökosystem zu betreiben. Die Bewohner erlebten zahlreiche Überraschungen.
Weltweit beachtet: Das „Biosphere Project“ in der Wüste von Arizona war der bisher aufwändigste Versuch, ein geschlossenes künstliches Ökosystem zu betreiben. Die Bewohner erlebten zahlreiche Überraschungen.

Während die Sowjet-Experimente bis zuletzt strengster Geheimhaltung unterlegen hatten, arbeitete in Amerika eine Gruppe von Wissenschaftlern und Idealisten in größtmöglicher Öffentlichkeit an einem deutlich komplizierteren künstlichen Ökosystem. Zwischen 1991 und 1994 zogen insgesamt fünfzehn Menschen in eine riesige, hermetisch isolierte Glaskuppel in der Wüste von Arizona, die in vier Jahren Bauzeit errichtet worden war. Das „Biosphere Project“ war zugleich Forschungsvorhaben, Umweltpädagogik und Kunstinszenierung.

Das Geld für das Projekt stellte Edward Bass bereit, ein Milliardär und ökologisch motivierter Philanthropist, der untersuchen lassen wollte, ob Menschen in künstlichen Ökosystemen überleben können. Wie bei den russischen Containern ging es auch beim Biosphere Project darum, herauszufinden, ob künftige Weltraumsiedlungen möglich sind. Die wichtigsten Erkenntnisse betrafen aber das Zusammenleben auf der Erde. (5)

Kakerlaken statt Honigbienen

„Biosphere 2“ fand in der Weltöffentlichkeit großes Interesse. Gegen Eintrittsgeld durften Besucher sogar auf das Gelände. Einen von Menschenhand geschaffenen Regenwald, ein Meer, ein Korallenriff, einen Mangrovengürtel, eine Nebelwüste und eine Savanne, jeweils in Miniaturausführung, beherbergte das nach außen luftdicht abgeriegelte Gebilde. Zweieinhalbtausend Quadratmeter Agrarfläche hatten die „Bionauten“, wie die Bewohner hießen, zur Verfügung, um sich zu ernähren. Dazu eine bunte Mischung an Tieren, von Bienen für die Bestäubung bis zu Zwergziegen.

Die erste, achtköpfige Crew zog 1991 in den riesigen Treibhaus-Komplex ein. Ihr Ziel war, möglichst lange in einem synthetischen Ökosystem zu überleben und dabei zu erforschen, wie sich die Lebensbedingungen im Lauf der Zeit verändern. Doch rasch traten erhebliche Probleme auf.

Der Sauerstoffgehalt der Luft sank über eineinhalb Jahre hinweg von knapp 21 Prozent, wie sie in der Atemluft der Erde normal sind, auf nur noch 14,5 Prozent, was Gebirgsluft auf viertausend Meter Höhe entspricht. Es dauerte lange, bis die Ursachen dafür gefunden waren: Überaktive Bodenbakterien atmeten den Sauerstoff weg und zudem entzogen chemisch aktive Betonmauern den Sauerstoff der Luft in Form von Calciumkarbonat.

Eine Art Terrarium in dem man Steine und Pflanzen sieht. An der Vorderseite befindet sich eine Klappe.
Ökosystem en miniature: Nach den Pionierversuchen von Priestley kamen isolierte Formen von Natur in Mode, die aber nicht vollkommen abgeschlossen waren. So nutzten Botaniker die sogenannten Wardschen Kästen, um Pflanzen um die Welt zu transportieren. Das Exponat im Bild ist im Naturmuseum der California Academy of Sciences in San Francisco zu sehen.

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Extreme Müdigkeit machte sich unter den „Bionauten“ breit, weshalb im Januar und Juli 1993 Sauerstoff von außen zugeführt werden musste. Auch mit der Ernährung klappte es nicht so gut wie erhofft. Bestäuberinsekten starben aus, dafür machten sich Ameisen und Kakerlaken breit. Die Ernten fielen schmaler aus als gedacht, nur phasenweise stand wirklich ausreichend Essen zur Verfügung.

200 Millionen Dollar für acht Bionauten

Genau diese Schwierigkeiten machten das Biosphere-Projekt zu einem enorm wichtigen Ereignis. Es hatte mit einer Macher-Attitüde begonnen und endete als Übung in Demut. Jedes Problem, das auftauchte, zeigte, wie wenig wir in der Lage sind, die komplexen Abläufe und Wechselwirkungen in ökologischen Systemen zu verstehen, vorherzusagen oder gar zu kontrollieren.

Es gab viele Spötter, die sich darüber lustig machten, dass die Bionauten ihre Probleme nicht in Griff bekamen. Aber unsere Bilanz außerhalb des Biosphere-Gebäudes, wo wir gesegnet mit den Reichtümern der Natur wirtschaften, sieht nicht gerade gut aus: Erdgeschichtliche Unfälle wie unsere unbeabsichtigte Attacke auf die Ozonschicht zeigen, wie wenig wir wissen. Wertvolle Arten sterben vor den Augen der Menschheit aus. Trotz Überfluss an Kalorien haben Hunderte Millionen Menschen nicht genug zu essen. Kein Grund also für Überheblichkeit gegenüber den Bionauten.

Beleuchtete Gewächshäuser in der Dämmerung.
Das Prinzip, künstliche Mikrowelten zu schaffen, hat sich zu wissenschaftlichen Zwecken schnell durchgesetzt. Gewächshäuser wie hier im Botanischen Garten Berlin sind schon länger ein Weg, Pflanzen außerhalb ihrer natürlichen Klimazonen wachsen zu lassen.

Die Bios-Versuche in Russland und das Biosphären-Projekt in den USA sollten untersuchen, ob Menschen in der Lage sind, sich eine eigene Natur zu erschaffen und von ihr zu leben. Sie brachten eine beeindruckende Zahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen hervor, aber mehr noch eine wichtige Einsicht: Wenn wir getrennt von den kostenlosen Dienstleistungen und Prozessen des Erdsystems überleben wollen, von vielen der Prozesse, die über Hunderte Millionen Jahre durch das Werk früherer Erd-Revolutionäre gewachsen sind, geht der Aufwand schnell ins Unendliche. Jedenfalls reichten in Arizona zweihundert Millionen Dollar nicht aus, um auf 1,2 Hektar ein künstliches Ökosystem für acht Menschen so zu unterhalten, dass sie dauerhaft hätten überleben können.

Ohne Notausgang

Dass sich die zweite, siebenköpfige Crew 1994 binnen weniger Wochen heillos zerstritt und das Vorhaben wegen Streit um Geld und Managementfragen implodierte, bildete das traurige Nachspiel dieses wichtigen Projekts. Seit einigen Jahren nutzt die University of Arizona das Gelände als Forschungs- und Lehrzentrum – und eigentlich wäre zu hoffen, dass hier oder anderswo bald wieder Bionauten in ein geschlossenes System einziehen, um das gesammelte Wissen unserer Zeit in einem neuen Überlebensexperiment vor den Augen der Öffentlichkeit zu testen.

Wir brauchen dringend Inspirationen, wie so etwas dauerhaft gelingen könnte. Im Anthropozän wird die Erde selbst zu einem riesigen biosphärischen Experiment, aber ohne Notausgänge oder Fenster, um zusätzliche Frischluft einzulassen.

Wir Menschen sind davon abhängig, dass wir die komplexe Welt, die uns frühere Erdbewohner hinterlassen haben, umfassend verstehen, sinnvoll bewirtschaften und langfristig gestalten. Wir denken aber noch immer in den alten Kategorien einer Zeit, in der wir in einer übermächtigen, überreichen Natur lebten, die grenzenlos schien.

In einer unfassbar kurzen Zeit haben wir uns die Schätze der Natur in einer wilden Mischung von Genialität und Zerstörungswut, Pioniergeist und Kurzsichtigkeit, Fürsorge und Freibeuterei, Kooperation und Rücksichtslosigkeit nutzbar gemacht. Wir haben einen gigantischen industriellen Stoffwechsel installiert, der sie uns nutzbar macht, ohne dass wir die Folgen überblicken.

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Wir sind keine Astronauten auf einem „Raumschiff Erde", denn die Erde ist kein technisches Konstrukt und auch keine Forschungsstation. Sie ist ein lebendiges Gebilde, dessen Teil wir sind. Aber die Natur ist nicht unendlich, wenngleich unser kollektives Verhalten das vermuten lässt. Ihre Fähigkeit, Veränderungen und Belastungen abzufedern, ohne dass sich unsere eigenen Lebensbedingungen dramatisch verändern, ist begrenzt.

Wertschätzung für die Geschenke der Erde entsteht dann, wenn wir plötzlich getrennt von ihnen leben müssen – so wie die Astronauten der Internationalen Raumstation. Der deutsche Astronaut Alexander Gerst sagte bei seiner Rückkehr aus dem All 2014: „Die Erde riecht großartig.“

Und der japanische Astronaut Koichi Wakata twitterte 2013 das Bild einer schwebenden Tomate vor dem Hintergrund der Erde. „Im Weltall macht uns eine frische Tomate zum Abendessen glücklich."

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Lesen Sie in Folge 5: Wie wir Menschen die Erde besiedelten

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QUELLEN

  • (1) Joseph Priestley, „Observations on different Kinds of Air“, Philosophical Transactions of the Royal Society, 62, 1772, pp.147–264, zitiert nach Malcolm Dick, Joseph Priestley and Birmingham, Brewin Books, 2005
  • (2) Die biografischen Angaben stammen vom Institut für Biomedizinische Probleme in Moskau persönliche Kommunikation, April 2010.
  • (3) Persönliche Kommunikation mit Prof. A. G. Degermendzhi, Direktor des Instituts für Biophysik, und mit Prof. A. A. Tikhomirov, Direktor des International Closed Ecosystems Center in Krasnoyarsk, April 2010.
  • (4) Frank B. Salisbury et al., Bios-3: Siberian Experiments in Bioregenerative Life Support, BioScience, Band 47, Nr. 9, Oktober 1997, S. 575–585, und http://www.nsc.ru/sicc/cooper10.htm
  • (5) John Allen et al., The Legacy of Biosphere 2 for the study of Biospherics and closed ecological system, Advances in Space Research, Band 31, Nr. 7, 2003, S. 1629–1639
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Christian Schwägerl

Christian Schwägerl

Christian Schwägerl ist Journalist in den Bereichen Umwelt, Wissenschaft und Politik. Er war als Korrespondent für die Berliner Zeitung (1997–2001), die Frankfurter Allgemeine Zeitung (2001–2008) und den SPIEGEL (2008–2012) tätig und arbeitet seit 2013 freiberuflich für Medien wie GEO, FAZ und Yale E360. Von ihm stammen die Bücher „Menschenzeit“ über das Anthropozän, „11 drohende Kriege“ über globale Konfliktrisiken (mit A. Rinke) und „Analoge Revolution“ über die Zukunft digitaler Technologien. Seit 2014 leitet er die von der Robert Bosch Stiftung geförderte „Masterclass Wissenschaftsjournalismus“. Schwägerl hat einen Master-of-Science-Abschluss in Biologie. Er ist Mitgründer und Vorstand von RiffReporter. Für seine journalistische Arbeit hat er zahlreiche Preise erhalten, darunter den Georg von Holtzbrinck Preis für Wissenschaftsjournalismus (2007) und den Otto-Brenner-Preis für kritischen Journalismus (2020, mit J. Budde).


Anthropozän

Wir Menschen verändern die Erde so tiefgreifend und langfristig, dass der Planet auf Dauer von uns geprägt sein wird. Wir hinterlassen Spuren in der Tiefsee und der Ozonschicht, im Erbgut von Arten und im Weltklima. Keine Generation vor uns hatte so viel Macht über den Planeten. Und so viel Verantwortung. Naturwissenschaftler sprechen deshalb von einer neuen geologischen Erdepoche, dem Anthropozän. In diesem Themenmagazin erkunden wir die Menschenzeit.

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Lektorat: Petra Ahne
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