Das Leben

Die Geschichte des Lebens auf der Erde
Vom Zeitalter der Einzeller bis zu den Ediacara-Organismen

Dickinsonia cristata lebte vor 560 bis 540 Millionen Jahren und ist damit einer der
ältesten fossil erhaltenen Vielzeller. Er gehört zu den >> Ediacara-Organismen.
Abbildung: Smith609 in >> wikipedia (abgerufen 19.7.2008), Lizenz cc-by-2.5

Nachdem die Erde entstanden war (mehr: >> Die Entstehung von Sonne und Erde), wurde sie intensiv von anderen Himmelskörpern bombardiert. Die damit einhergehende Hitzeentwicklung dürfte die Erde regelrecht sterilisiert haben – in der >> geologischen Zeitskala hatte dieses Zeitalter früher den schönen Namen Hadaikum; das Wort stammt vom Hades, der griechischen Unterwelt. Der größte Teil des Festlands bestand aus nacktem Gestein und war mit Vulkanen übersäht; nach Regenfällen bremste kein Boden, keine Pflanzendecke plötzliche Fluten, die sich über das Gestein ausbreiteten. Über das Klima in dieser Zeit wird noch gerätselt: Die Sonne war nämlich in der ersten Phase ihres Leben deutlich schwächer als heute (>> mehr), und nach dem Ende der Aufheizung der Erde durch die Einschläge von Himmelskörpern hat möglicherweise der hohe Anteil des Treibhausgases Kohlendioxid in der frühen Atmosphäre ein Auskühlen verhindert.

Das folgende Zeitalter der Erdgeschichte ist das Archaikum, die „Erd-Antike“, die mit dem Ende der intensiven Meteoriten-Einschläge beginnt. In dieser Zeit entstanden die alten Kontinentalschilde; und wenn das Leben nicht bereits im Hadaikum entstanden ist, ging es jetzt offenbar recht schnell. Organismen, die heute an den Schlammlöchern des Yellowstone Nationalparks, nahe den Kaminen des Ätna oder an kochenden Tiefseeschloten von Schwefel leben, stehen dem Ursprung des Lebens vermutlich sehr nahe; sie zeigen, dass das Leben bereits in einer beinahe kochenden Umwelt entstanden sein könnte. Leben gab es möglicherweise schon vor 3,8 Milliarden Jahren, fast sicher aber seit 3,5 Milliarden Jahren (>> Die Entstehung des Lebens). Die ersten drei Milliarden Jahre blieb das Leben dem Ozean (einschließlich der Gesteine unter dem Ozean) vorbehalten.

Bakterien veränderten die Welt

Bereits die ersten Lebenformen veränderten die Welt. Möglicherweise spielten die ersten Bakterien bereits eine zentrale Rolle bei der Entstehung der Kontinente (>> mehr). Als die Cyanobakterien die Fotosynthese erfanden (>> mehr), begann auf jeden eine Entwicklung, die die Erde tief greifend verändern sollte: Aus einem unwirtlichen, nur für einfache Lebensformen geeigneten Planeten wurde mit der Zeit der Planet, den wir heute kennen. Auslöser war der Sauerstoff, ein „Abfall“ der Fotosynthese. Die Cyanobakterien dürften in flachen Stellen der Urozeane schleimige Matten gebildet haben, wie man sie heute noch in salzigen Tropenlagunen finden kann. Solche Matten wachsen, in der schleimigen Hülle werden Staub- und Tonpartikel eingefangen, und im Laufe der Zeit entstanden unter ihnen knollenförmige steinerne Blöcke – die Stromatolithen. Stromatolithen, die frühesten allgemein anerkannten Fossilien, wurden über die ganze Erde verteilt gefunden. Seit in Westaustralien in der Shark Bay lebende Stromatolithen gefunden wurden, weiß man, dass diese das wohl erste Ökosystem der Erde waren: Unter den Cyanobakterien der Außenseite leben Bakterien, die die Abfallprodukte der oberen Schicht durch Gärung zur Energiegewinnung nutzen, und die Staub- und Tonpartikel liefern notwendige Mineralstoffe. Kooperation und Koexistenz prägten das Leben in seiner frühen Phase. Heute sind Stromatolithen sehr selten, neben den australischen Vorkommen wurden sie auch in der Baja California (Mexiko) und um die Bahamas entdeckt. Sie sollten zum Opfer ihres eigenen Erfolges werden: Durch den von ihnen erzeugten Sauerstoff konnten Tiere entstehen (>> mehr), die sie heute meistens abfressen. Nur in wenigen heißen, salzreichen Lebensräumen, die diese Tiere fernhalten, konnten sie überleben.

Damals aber dominierten die Stromatolithen das Leben auf der Erde. Cyanobakterien “können” seit mindestens 2,7 Milliarden Jahren die Fotosynthese (>> hier), aus dem Archaikum sind bisher 21 Stromatolithen-Fundorte bekannt. Vor 2,6 Milliarden Jahren nahm ihre Häufigkeit zu, und nachdem sie vor 2,3 Milliarden Jahren eine Eiszeit (>> mehr) überstanden hatten, profitierten die Cyanobakterien von der steigenden Konzentration an Kohlendioxid in der Atmosphäre, die die Einzeit beendete; vor zwei Milliarden Jahren bildeten Stromatolithen jedenfalls ganze Wälder oder Riffe, die sich über viele hundert Kilometer erstreckten und bis zu hundert Meter hoch waren. Sie lebten im flachen Wasser, nie in der Tiefsee - auch dies ein Hinweis darauf, dass sie bereits Fotosynthese betrieben. Auch wenn die Fotosynthese am Anfang nicht so wirkungsvoll gewesen sein mag, wie sie heute ist: Angesichts der Ausdehung der Stromatolithen muss die von den Cyanobakterien produzierte Menge organischen Materials bereits damals gigantisch gewesen sein. Damit entstanden aber auch große Mengen „Abfall“, nämlich der freigesetzte Sauerstoff. Wir wissen aber, dass die Atmosphäre und die Ozeane während der Erdfrühzeit und im frühen Proterozoikum kaum Sauerstoff enthielten (das Proterozoikum ist das vor 2,5 Milliarden Jahren beginnende nächste Erdzeitalter, das „Zeitalter der Einzeller“) - wo ist der Sauerstoff geblieben? Einen Hinweis gibt die Tatsache, dass die Erde vor 3,5 Milliarden Jahren zu “rosten” begann: In Sedimenten aus dem älteren Archaikum findet sich mitunter Pyrit (“Katzengold”, Eisensulfid), in jüngeren Gesteinen nicht mehr. Pyrit zerfällt bei Kontakt mit Sauerstoff. Den wichtigsten Hinweis geben aber die Hunderte Milliarden Tonnen an Bändereisenerzen, die vor 2,6 bis 1,8 Milliarden Jahren abgelagert wurden. Sie kommen in nahezu jedem alten Kontinentalschild vor; und sie enthalten Eisenoxid: und dies deutet auf die Anwesenheit von Sauerstoff bei ihrer Entstehung hin. (Bändereisenerze sind heute eine überaus wichtige Rohstoffquelle: Sie machen über 90 Prozent des wirtschaftlich genutzten Eisenerzes aus.) Die wahrscheinliche Antwort auf die Frage nach dem Verbleib des Sauerstoffs wäre also: Es oxidierte im Wasser gelöstes elemantares Eisen; Eisenoxid ist aber schlecht löslich und fällt daher aus – der Ursprung der Bändereisenerze. Allerdings kann Eisen auch durch andere biologische Prozesse ohne freien Sauerstoff oxidiert werden, und diese Prozesse haben vermutlich auch ihren Teil zur Entstehung der Erze beigetragen.

Auch andere Metalle wurden oxidiert oder von den Lebewesen in ihrem Stoffwechsel eingebaut (wo sie etwa als Katalysatoren biochemische Reaktionen beschleunigen oder sogar erst ermöglichen), von wo aus sie nach dem Absterben der Lebewesen auf den Meeresgrund sanken - das Meerwasser wurde so im Laufe der Zeit immer ärmer an Metallen, die in Folge geologischer Vorgänge Erzlager in der Gesteinskruste bildeten. (Das Leben, dass diese Metalle als Katalysatoren brauchte, wurde in dieser Zeit immer besser darin, auch geringste Mengen an Metallen aufzunehmen; eine Fähigkeit, die uns heute, da wir die in geologischen Zeiträumen abgeschiedenen Metalle beim Bergbau wieder freisetzen, mitunter zum Verhängnis wird, >> mehr).

Dass es bereits vor 2,7 Milliarden Jahren freien Sauerstoff im Meerwasser gegeben haben muss, wird aber auch durch eine andere Quellen belegt: Die an Schwefelablagerungen erkennbaren Zunahme Sulfat-reduzierender Bakterien zu dieser Zeit. Sulfatmoleküle entstehen nur bei Anwesenheit von Sauerstoff, und sie begrenzen das Wachstum der Bakterien. Eine Zunahme bedeutet also, dass es vor 2,7 Milliarden Jahren mehr Sulfat, und also mehr Sauerstoff im Meerwasser gegeben haben muss. Einen weiteren, noch stärkeren Anstieg hat es demnach vor 2,2 Milliarden Jahren gegeben. Auch an Land wurde das lösliche Eisen durch Regen aus Böden ausgewaschen, bevor es größere Mengen an Sauerstoff in der Luft gab, danach aber fest im Boden gebunden. Die Eisenmineralien oxidierten zu dem roten Eisenerz Hämatit (Fe₂O₃), der die „Rotschichten“ in Sedimenten färbt. Diese Freisetzung in die Atmosphäre begann vor etwa 2,4 Milliarden Jahren, vor 2,2 Milliarden Jahren stieg auch in der Luft der Sauerstoffgehalt deutlich an (auf 5 bis 18 Prozent des heutigen Gehalts). Wodurch ist der Zunahme des Sauerstoffs vor 2,2 Milliarden Jahren zu erklären? Vor 2,3 Milliarden Jahren gab es eine Eiszeit (siehe oben), die fast die gesamte Erde umfasste und 35 Millionen Jahren dauerte. Manche Autoren vermuten, dass auch hierfür das Leben verantwortlich war: Durch den Sauerstoff in der Atmosphäre wäre das Treibhausgas Methan oxydiert worden, und damit wäre die Erde abgekühlt. Wodurch auch immer sie ausgelöst wurde, am Ende dieser Eiszeit dürften einer plausiblen Hypothese zufolge die durch Gletschererosion ins Meer getragenen Mineralien für einen Nährstoffschub gesorgt haben, der zusammen mit einem steigenden Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre zu einer Blüte der Cyanobakterien und entsprechender Sauerstoffproduktion führte. Der höhere Sauerstoffgehalt sollte zur Entstehung des nächsten großen Bereiches heutigen Lebens führen: der Eukaryoten (>> hier).

Woher kommt der Sauerstoff in der Luft?

Der Sauerstoff in der Atmosphäre, so steht es oben geschrieben, ist das “Abfallprodukt” aus der Fotosynthese, deren Summenformel (>> hier) lautet:

Kohlendioxid (6 CO₂) + Wasser (6 H₂O) -> Glucose (C₆H₁₂O₆) + Sauerstoff (6 O₂).

Das ist auch richtig, aber nicht die ganze Wahrheit: Hatten wir doch in der Darstellung der Entfaltung des Lebens (>> hier) gesehen, dass die Zellatmung genau die entgegengesetzte Reaktion ist:

Glucose (C₆H₁₂O₆) + Sauerstoff (6 O₂) -> Kohlendioxid (6 CO₂) + Wasser (6 H₂O).

Diese Zellatmung wird von fast allen Konsumenten in der Nahrungskette (>> hier) genutzt, um Nahrung abzubauen, und natürlich auch von den Produzenten selbst. Wäre der Kreislauf perfekt, würde in der Summe gar kein Sauerstoff übrig bleiben. Tatsächlich werden heute 99,99 Prozent des freigesetzten Sauerstoffs so wieder verbraucht. Nur der kleine Rest von heute 0,01 Prozent - früher mag er größer gewesen sein - hat über Hunderte von Millionen Jahren den Sauerstoffgehalt der Luft erhöht. Dem entspricht eine organische Masse, die in dieser Zeit nicht “verbrannt” wurde: Es ist der organische Kohlenstoff, der in fossilen Brennstoffen (>> hier), aber vor allem auch und in viel größeren Mengen in Gesteinen eingebaut wurde (>> Kohlenstoffkreislauf).

Der weitaus größte Teil des bei der Fotosynthese freigesetzen
Sauerstoffs wird bei der Zellatmung wieder verbraucht. Nur ein
kleiner Teil des aus dem Fotosyntheseprodukt Glucose aufgebauten
organischen Materials wird nicht von “Konsumenten” genutzt, sondern
in geologische Prozesse eingebaut. Die entsprechende Menge
Sauerstoff verbleibt in der Atmosphäre. Eigene Abbildung.

Dass so viel organischer Kohlenstoff in die Gesteine ging, ist in gewisser Weise ein Glück: Selbst wenn wir alle fossilen Brennstoffe finden und verbrennen würden, würde der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre nur um ein paar Prozent sinken.

Der Sauerstoff rettete die Welt

Die Bedeutung dieser Anreicherung für das heutige Leben kann gar nicht überschätzt werden. Mit ihr entstand aus der sekundären Uratmosphäre (siehe >> hier) eine Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre, die bis heute die Lebensbedingungen auf der Erde bestimmt. Mit ihre wurden der Himmel und die Meere blau - es ist der Sauerstoff in der Luft, der kurzwellige Strahlung stärker bricht und damit für die Farbe des Himmels verantwortlich ist (>> mehr); die blaue Farbe des Meeres ist nicht anderes als eine Spiegelung des Himmels. Wichiger aber sind zwei andere Folgen des steigenden Sauerstoffgehalts: Der freie Sauerstoff in der Atmosphäre reagierte mit Wasserstoff in der Atmosphäre zu Wasser. Zuvor war der leichte Wasserstoff, der bei der Spaltung von Wasser durch UV-Strahlung entstand, ins Weltall entwichen; die Erde verlor damit Wasserstoff. Auf Dauer hätte dieser Verlust ausgereicht, um die Erde fast allen Wasserstoff und damit alles Wasser verlieren zu lassen; genau dies ist auf Mars und Venus geschehen. Der Sauerstoff in der Atmosphäre reduzierte diesen Verlust dramatisch. Damit hat das Leben dafür gesorgt, dass der Erde das Schicksal von Mars und Venus erspart blieb: auf der Erde gibt es Wasser, und das Leben konnte weitergehen. Mit dem Sauerstoffgehalt von drei Prozent wurde auch eine Schwelle erreicht, die zur Ausbildung einer Ozonschicht in der Stratosphäre (>> mehr) führte. Diese Ozonschicht schirmte kurzwellige, lebensfeindliche UV-Strahlung der Sonne ab und ermöglichte damit später die Entwicklung des Lebens an Land. Vor einer Milliarde Jahre begann der Sauerstoffgehalt weiter zu steigen; das heutige Niveau war vor etwa 350 Mio. Jahren erreicht, seither beträgt der Sauerstoffgehalt relativ konstant etwa 21 Prozent der Erdatmosphäre.

(Siehe auch: >> Bohrung soll Sauerstoff-Rätsel lösen. Spiegel online 29.07.2007)

Sauerstoff erwies sich aber auch als entscheidend für das Leben, wie wir es heute kennen: Aufgrund seines hohen Redoxpotenzials (>> hier) liefert es viel Energie, die bei der Zellatmung genutzt wird (>> hier), ist aber als Sauerstoffmolekül nicht so reaktiv, dass es sofort alle organische Materie zerstören würde. Es ist also gewissermaße der ideale Stoff, um energiereiche, höhere Lebensformen hervorzubringen; daher wird bei der Suche nach Leben im Weltall besonders auf das Vorkommen von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre anderer Planeten geachtet.

Aber war Sauerstoff nicht eine Katastrophe für das frühe Leben?

Für heutige „anaerobe“ (in sauerstofffreier Umgebung wachsende) Bakterien und Archaeen ist der sehr reaktionsfreudige Sauerstoff ein Gift; viele Wissenschaftler glaubten daher lange und glauben teilweise noch heute, dass das Leben für die unerschöpfliche Energiequelle Fotosynthese einen hohen Preis zahlte: es vergiftete seine Umwelt. Durch den Austausch genetischen Materials zwischen verschiedenen Bakterien seien aber schließlich Formen entstanden, die mit dem Sauerstoff zurechtgekommen sind, und ihn schließlich sogar nutzen konnten – mit einer „Zellatmung“ genannten chemischen Reaktion, die Zucker mit Hilfe von Sauerstoff „verbrennt“ und viel Energie liefert.

Zwingende Belege für diese Vermutung gibt es jedoch nicht. Die Erdatmosphäre enthielt vor den Cyanobakterien zwar kaum Sauerstoff, aber doch Spuren. Dieser Sauerstoff stammte aus dem Wasser, das durch die starke UV-Strahlung der Sonne zerlegt wurde: Der größte Teil des Sauerstoffs reagierte zwar mit Mineralien im Wasser und an der Erdoberfläche, ein kleiner Teil befand sich jedoch in der Atmosphäre. Es gibt biochemische Hinweise, dass das Leben bereits sehr früh lernte, diesen Sauerstoff mittels Zellatmung zur Energiegewinnung zu nutzen – das Leben konnte mit diesem Gift demnach schon immer umgehen. Die Sauerstoffempfindlichkeit heutiger anaerober Organismen wäre nach dieser Hypothese erst später, als diese sich an eine sauerstofffreie Atmosphäre anpassten, entstanden (was uns zeigt, dass die Evolution nicht in jedem Fall zu neuen Fähigkeiten führen muss, sie kann auch überflüssig gewordene Fähigkeiten beseitigen – dies ist ein evolutionärer Vorteil, wenn dadurch Ressourcen gespart werden).

Das Proterozoikum – das „Zeitalter der Einzeller“

Die Stromatolithen veränderten nicht nur die Welt, auch ihre Welt wurde verändert. Das Proterozoikum dauerte von 2.500 Millionen Jahre bis 543 Millionen Jahre vor unserer Zeit; also fast 2 Milliarden Jahre, oder fast die Hälfte der Erdgeschichte. In dieser Zeit wurden die Tage länger, denn die Drehung der Erde um ihre Achse verlangsamt sich (hierfür ist vor allem die Reibung durch die Gezeiten verantwortlich); vor 400 Millionen Jahren betrug der Tag nur etwa 22 Stunden. Die Plattentektonik war längst aktiv, und die Entzifferung der Gesteine formt langsam auch ein Bild für die frühen Zeitalter der Erde: Es scheint vor Pangäa (>> mehr) weitere Superkontinente gegeben haben; vor 2.500 Millionen Jahren, vor 1.500 Millionen Jahren, Rodinia vor 1.000 Millionen Jahren und Gondwana vor 625 Millionen Jahren. Je weiter wir in die Zeit zurückschauen, desto weniger wissen wir naturgemäß; die ersten beiden Superkontinente sind daher noch umstritten. Der Superkontinent vor 2.500 Millionen Jahren hat schon einen Namen (Kenorland), der vor 1.500 Millionen Jahren nicht; zu dieser Zeit wurde auf jeden Fall der Vorläufer des heutigen Nordamerika, der Kontinent Laurentia, zusammengefügt (hierüber gibt es einen Aufsatz des Geologen Paul Hoffmann mit dem schönen Titel „The United Plates of America“ – Die Vereinigten Platten von Amerika). Rodinia wird von den meisten Geologen anerkannt, wobei seine Position und die Lage der einzelnen Schilde umstritten sind. Bei der Kollision der Vorläuferkontinente entstand die Grenville-Gebirgskette; sie durchzieht des Osten des heutigen Nordamerikas und liegt heute im östlichen Kanada und in den Adirondacks im US-Bundesstaat New York an der Oberfläche.

Vor rund 800 Millionen Jahren zerfiel der Superkontinent Rodinia wieder; die entstehenden Platten wurden vom Südpol zum Äquator bewegt und spalteten kleine Splitter ab; warme und flache Meeresgebiete bildeten sich. Danach kamen die Platten wieder zusammen und bildeten vor etwa 600 Millionen den Superkontinent Gondwana, der die heutigen (Teil-) Kontinente Südamerika, Afrika, Antarktis, Australien, Madagaskar und Indien vereinigte.

Mindestens ebenso einschneidend wie diese geologischen Umwälzungen scheint eine Serie von Eiszeiten während des Proterozoikums gewesen zu sein (>> mehr). Eine wurde vor allem wegen ihres Namens berühmt: Die „Schneeball-Erde“ vor 590 Millionen Jahren. Nach dieser Hypothese war zu dieser Zeit fast die ganze Erde von Eis überzogen – und hätte vom Weltraum aus daher wie ein Schneeball ausgesehen. Hinweise gibt wieder das Gestein: Von Gletschern abgelagertes Gestein besteht aus Brocken und Blöcken verschiedener Art und Größe und ist daher leicht zu erkennen; und eben solches Gestein gibt es auf vielen Orten der Welt vor 590 Millionen Jahren. Einige Geologen glauben gar, dass es im Zeitraum von 900 Millionen Jahren bis 590 Millionen Jahren vier solcher extremer Eiszeiten gab; und dazu noch die oben bereits erwähnte vor 2,3 Milliarden Jahren. Auch wenn noch umstritten ist, ob die Eiszeiten wirklich so umfassend waren wie der „Schneeball“-Begriff nahe legt: Das Klima der Erde kann offenbar schnell umschlagen, wie auch spätere Eiszeiten beweisen. Dabei ist die Atmosphäre eng mit den anderen Bestandteilen der Erde wie der Lithosphäre, den Ozeanen und auch den Lebewesen verknüpft; diese Komplexität erschwert es, die genauen Ursachen für diese Eiszeiten zu erkennen. Möglicherweise entstanden sie, als durch die mit der Abkühlung der Erde dünner werdenden ozeanischen Kruste die Meerestiefe zunahm, und größere Teile der kontinentalen Kruste über den Meeresspiegel herausragten, wodurch mehr Gestein der Verwitterung ausgesetzt war und über die Umwandlung in Bikarbonat der Atmosphäre Kohlendioxid entzogen wurden (>> Der Kohlenstoffkreislauf); beim Zerbrechen des Superkontinents Rodinia nahm die Verwitterung noch einmal zu - zum einen, da auf kleineren Kontinenten im Durchschnitt mehr Niederschläge fallen als auf Superkontinenten; zum anderen, da hierbei Vulkane ausbrachen, deren Staub die Sonnenstrahlung zurückhielt. Aber die Vulkane setzen auch Kohlendioxid frei, und dieses Treibhausgas könnte den Eiszeiten wieder ein Ende gemacht haben.

Die aus Stromatolithen und anderen Bakterien sowie den Archaeen gebildeten Lebensgemeinschaften dominierten die Erde über den größten Zeitraum der Erdgeschichte, etwa von 2,6 bis 1 Milliarde Jahre vor der Gegenwart. Nachdem die Eukaryoten entstanden waren, wurden diese Gemeinschaften durch Algen ergänzt, die wie die Cyanobakterien Sauerstoff erzeugten. Komplexere, vielzellige Organismen mit höherem Energiebedarf konnten sich erst durchsetzen, nachdem Cyanobakterien und Algen die Atmosphäre mit ausreichend Sauerstoff für die Oxidation der Nährstoffe angereichert hatten (>> mehr). Wann das war, ist eine der ungelösten Fragen der Biologie; fast ebenso rätselhaft ist die Frage, wie das Leben die Schneeball-Eiszeiten überstanden hat (gab es vielleicht eisfreie Refugien? Oder konnte das Leben in dünnem Eis überdauern?). Welche Auswirkungen hatte der “Schneeball” auf das Leben? Hat er vielleicht sogar die Entstehung vielzelligen Lebens gefördert? Wir wissen es nicht - die ersten vielzelligen Organismen hatten weiche Körper, und sie haben kaum fossile Spuren hinterlassen, anders als die Cyanobakterien mit ihren auffälligen Stromatolithen und anders als spätere Tiere mit Kalkgehäusen oder Skeletten.

Die Entstehung vielzelliger Organismen

Molekularbiologische Untersuchungen stützen heute die Theorie, dass die heutigen Reiche der Pflanzen, Pilze und Tiere aus jeweils eigenen einzelligen Vorläufern entstanden sind. Vielzellige Organismen sind vermutlich aus Kolonien von Einzellern hervorgegangen - eine Theorie, die auf den deutschen Zoologen Ernst Haeckel (>> mehr) zurückgeht. Als erstes

Die Entstehung von Pflanzen, Tieren und Pilzen: Aus eukaryotischen Einzellern (>> hier) entstanden - nach einer Aufspaltung in die Einzeller, die Tiere (5) und Pilze (6) bilden sollten - kugelige Algen (2) und vielzellige Urpilze (7) und Urtiere (9), aus denen die heutigen Pflanzen (3), Pilze (8) und Tiere (10) hervorgingen. Eigene Abbildung, teils nach GEOkompakt Nr. 23 “Evolution”, S. 76.

der heutigen Reiche entstanden wohl die Vorfahren der Pflanzen. Die Pflanzen umfassen noch heute auch einzellige und koloniebildende Arten, zu den letzteren gehört die Kugelalge Volvox. Zu den Pflanzen gehören neben Grünalgen und den grünen Pflanzen auch die etwa 5.000 Arten umfassenden Rotalgen, nicht aber die Kieselalgen und Braunalgen. (Auch bei den Braunalgen hat sich Vielzelligkeit entwickelt, etwa beim bis zu 100 Meter lang werdenden Seetang. Systematisch gehören Kiesel- und Braunalgen zu den “Chromalveolata”, eine der drei weiteren Gruppen, die neben Pflanzen, Pilzen und Tieren die Eukaryoten ausmachen.) Die Pflanzen überziehen heute große Teile der Landoberfläche mit einem grünen Überzug und sind daher die Lebewesen, die das Angesicht der Erde am deutlichsten bestimmen. Pilze sind enger mit Tieren als mit Pflanzen verwandt; sie verwerten wie die Tiere organische Substanz, bilden aber einen weit weniger komplexen Körper aus. Als ursprüngliche Gruppe gelten die meist einzelligen Töpfchenpilze, die sich über die Bildung begeißelter Sporen ungeschlechtlich fortpflanzen können (“Geißeln” sind fadenartige Gebilde, die bei Eukaryoten peitschenähnlich schlagen und der Fortbewegung dienen). Die Töpfchenpilze sind vermutlich wie die Tiere aus begeißelten Einzellern hervorgegangen. Aus dieser Gruppe entstanden zahlreiche einzellige (etwa die Hefen) und vielzellige Pilzgruppen (etwa die Schimmel- und Speisepilze). Der essbaren Speise”pilz” stellt als sporenproduzierender Fruchtkörper nur einen kleinen Teil des großteils unterirdisch wachsenden Pilzes dar. Das unterirdische, fadenförmige “Mycel” ist eine Art ausgelagerter Darm des Pilzes: Es durchbohrt die Nahrung und gibt Verdauungssäfte ab, verdaut seine “Beute” also gleichsam vor Ort. In vielen Fällen lebt der Pilz auch in Symbiose mit Pflanzenwurzeln, mit denen er Nährstoffe austauscht; diese Gemeinschaft nennen die Biologen “Mykorrhiza”. Mykorrhizen (so der Plural) sind ein wichtiger Bestandteil vieler Ökosysteme. In anderen Regionen bilden Pilze Symbiosen mit Algen oder Cyanobakterien: die Flechten. Flechten können extreme Lebensräume besiedeln. Heute sind etwa 100.000 Pilzarten bekannt, ihre tatsächliche Zahl wird auf mindestens 1,5 Millionen Arten geschätzt (>> mehr). Als möglicher Kandidat für den Vorläufer der Tiere gelten die “Kragengeißeltierchen” (Choanoflagellaten), begeißelte Einzeller, die den “Kragengeißelzellen” (Choanocyten) der Schwämme ähneln - das sind die mit Geißeln versehenen Zellen, die den Wasserstrom erzeugen, aus dem die Schwämme ihre Nahrung filtern. Die Kragengeißelzellen wiederum können sich in alle anderen bei Schwämmen vorkommenden Zelltypen umwandeln. (Schwammzellen verbinden sich zudem spontan zu Zellansammlungen, wenn sie durch eine Sieb gestrichen werden; aus den Ansammlungen wachsen vollständige neue Schwämme heran.) Die Fähigkeit, dass sich die Zelltypen ineinander umwandeln können, verliert sich später bei den Tieren, dafür enstehen spezialisierte Gewebe und Organe. Die ersten echten, vielzelligen Tiere könnten wie die heutigen Scheibentiere ausgesehen haben. Scheibentiere bestehen aus drei Zellschichten: Oberseite, zentrale Faserzellen und Unterseite. An der Unterseite lassen sich mit Zilien besetzte Zellen, die der Fortbewegung dienen, und Fresszellen unterscheiden; daneben gibt es einen fünften Zelltyp, aus denen diese Zellen allesamt entstehen können.

Wann ging das Leben an Land?

Nach weit verbreiteter Ansicht ging das Leben vor etwa 470 Millionen Jahren, im Silur, an Land (>> mehr). Molekularbiologen vermuten aber, dass die ersten Landpflanzen schon vor 600 Millionen Jahren entstanden sein könnten. Da es dafür keine fossilen Belege gibt, bleibt diese Vermutung umstritten. Inzwischen wurden jedoch in China (Doushantuo-Lagerstätte) etwa 600 Millionen Jahre alte Flechten gefunden - Flechten sind symbiotische Lebewesen, die von einem Pilz und einer Alge oder einem Cyanobakterium gebildet werden. Auch heute bilden Cyanobakterien grüne Krusten an Land, und die Flechten von Doushantuo deuten an, dass bereits im Präkambrium zumindest die Ränder der Meere von einer grünen Kruste umgeben gewesen sind.

Die Ediacara-Organismen

Fossile Funde aus der Zeit nach der Schneeball-Eiszeit sind überhaupt erst seit 1947 bekannt; nach dem ersten Fundort, den Ediacara Hills in den südaustralischen Flinders Mountains, werden diese Organismen als Ediacara-Organismen bezeichnet. Viele Wissenschaftler glauben, dass diese Organismen das Ergebnis der Entwicklung waren, die nach dem Ende der Krisen eingesetzt hat, die der “Schneeball Erde” für das Leben bedeutet haben muss.

Es ist nicht klar, ob diese Organismen im heutigen Sinne Tiere oder Pflanzen waren; einige Funde ähneln den heutigen Quallen. Häufiger als solche schwebenden Arten waren aber auf den Meeresböden verankerte Organismen, ähnlich den heutigen Seeanemonen. Offenbar weideten diese Organismen noch nicht die Matten aus Cyanobakterien und Algen ab – sie wären vermutlich in diesen Matten als fossile Abdrücke erhalten geblieben. Die meisten der Organismen aus der Ediacara-Zeit haben das Proterozoikum nicht überlebt; aber klar ist mit diesen Funden, dass das Proterozoikum eigentlich einen falschen Namen hat: Spätestens an seinem Ende war es kein Zeitalter der Einzeller mehr. Ediacara-Organismen wurden seither in der ganzen Welt gefunden; und 1997 wurde in China ein versteinerter Embryo in 580 Millionen Jahre altem Gestein gefunden: Ein Beleg für die Existenz von Tieren in dieser Zeit. Auch molekulare Uhren deuten darauf hin, dass die heutigen Tierstämme bereits in der Zeit von 650 bis 600 Millionen Jahren vor unserer Zeit entstanden sind. (Diese Zeitangaben sind umstritten, da unklar ist, ob die Mutationsrate im Präkambrium mit der späteren Mutationsrate vergleichbar ist; wenn sie dies wäre, müssten die molekularen Uhren anders kalibriert werden und würden noch höhere Zahlen liefern - von bis zu 1.000 Millionen Jahren wäre dann zu reden.) Wenn diese Vermutung stimmt, hatten die Tierstämme bereits mindestens 60 Millionen Jahre Evolution hinter sich, bevor sie als Fossilien sichtbar wurden (>> Das Zeitalter der Fossilien); einen Zeitraum also, der mit der Zeit vom Aussterben der Dinosaurier bis heute vergleichbar ist. Die Entstehung der Tiere war mit größter Wahrscheinlichkeit keinesfalls so plötzlich, wie früher einmal gedacht.

Tiere stellten eine neue Stufe des Lebens dar: Sie sind die erste Organismengruppe, die ausschließlich davon lebte, andere Organismen zu fressen. Um diese Organismen zu finden, brauchten sie gute Sinnesorgane; um zu ihrer Beute zu gelangen, brauchten sie Muskeln. Für die Ökologie der Erde bedeutet dies: Auch bei den Vielzellern kamen zu den Produzenten nun die Konsumenten hinzu (mehr dazu >> hier).

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>> Das Zeitalter der Fossilien

© Jürgen Paeger 2006 - 2012

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