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BioFilia

Am Anfang war…

Am Anfang gehen wir weit zurück, sehr weit. Bis zu dem Punkt, an dem unser Universum entstand. Denn hier beginnt alles, auch die Geschichte des Lebens und damit unsere Geschichte.

…der Urknall

Vor ca. 13,8 Milliarden Jahren wurde im Urknall das Universum geboren. Materie, Raum und Zeit entstanden dabei laut der Urknalltheorie alle gleichzeitig.

Die Erklärung der genauen Umstände und Zusammenhänge dieser mit dem menschlichen Verstand kaum vorstellbaren Ereignisse überlasse ich lieber Kosmologen und Physikern.

Eines ist aber klar: mit dem Urknall entstanden die Bestandteile aller chemischen Elemente, also der Grundstoff für alle Materie.

…das Universum

Im Laufe der Jahrmilliarden breitete sich das Universum immer weiter aus, es entstanden Sterne, Galaxien, Planeten… Und die Sterne erzeugten weitere Elemente, die als „Sternenstaub“ ins Universum gelangten (dies passiert natürlich auch heute noch).

Schließlich entstand dann vor ca. 4,6 Milliarden Jahren unsere Sonne und darauffolgend das Sonnensystem, zu dem auch die Erde gehört. Und die Erde begann, die Sonne zu umlaufen, Jahr für Jahr. Für Millionen von Jahren.

Betrachten wir die Zeit von der Entstehung der Erde bis heute als einen Monat, vergehen nun etwa 3 – 4 Tage dieses Monats, bevor das Leben in Erscheinung tritt.

Der Beginn des Lebens

Bis heute ist nicht vollständig geklärt wie und warum sich Bedingungen ergeben haben, die die Entstehung ganz besonderer Moleküle aus der vorhandenen Materie ermöglichten.

Sicher ist jedoch, dass zu diesen Bedingungen das Vorhandensein flüssigen Wassers gehört. Das Leben begann im Wasser.

Außerdem müssen die Temperatur, bestimmte Mineralien und Eisen-Schwefel-Verbindungen eine Rolle gespielt haben. Leben entstand also aus unbelebter Materie.

Bausteine des Lebens

In komplexen Reaktionen bildeten sich aus den ersten organischen Molekülen komplexere, größere Moleküle wie Proteine und Nukleinsäuren (zu denen z.B. die DNA gehört). Diese Moleküle sind dazu fähig, sich an einer Vielzahl chemischer Reaktionen zu beteiligen.

Bis heute kommen sie in allen lebenden Organismen vor. Der Entstehungsprozess der für das Leben notwendigen Grundbausteine wird als chemische Evolution bezeichnet.

Nun haben wir Wasser, in dem viele größere und kleinere Moleküle schwimmen, die so einiges können – aber noch kein Leben. Es ist also ein weiterer großer Schritt notwendig.

Die erste Zelle

Dieser Schritt geschah vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, irgendwann an Tag 4 unseres imaginären Monats.

Urzelle
So könnten die ersten Zellen ausgesehen haben.

Nach heutigem Stand der Wissenschaft wissen wir nicht, wie es letztendlich dazu kam – aber wir wissen, dass es dazu kam. Eine Voraussetzung für Leben ist, dass chemische Reaktionen unabhängig von der Umwelt stattfinden können.

Es muss also kleine Räume geben, die das Innere vor der Umwelt schützen und trotzdem noch Stoffe mit ihr austauschen können. Solche Räume entstanden, als sich ganz bestimmte fettartige Moleküle zusammenschlossen und durch ihre Eigenschaften kleine Bläschen bildeten – ähnlich wie Seifenblasen, aber stabiler.

In diesen Membran-Bläschen wurden vorher frei im Wasser schwimmende Moleküle eingeschlossen und konnten fortan weitgehend unabhängig von der Umwelt miteinander reagieren.

Die ersten einfachen Zellen – mikroskopisch kleine Räume – waren entstanden. Nun konnten die Aufnahme und Abgabe weiterer Moleküle und die chemischen Reaktionen kontrolliert werden.

Zellen sind seitdem die Bausteine jedes Lebewesens. Dazu werden sie vor allem durch zwei Merkmale befähigt: sie können effektiv Energie umwandeln und sie können sich fortpflanzen.

Seit dieser Zeit entsteht Leben nur noch aus Leben.

Mit der Entstehung der ersten Zellen beginnt die biologische Evolution, doch sie braucht einen langen Anlauf. Für die nächsten zwei Milliarden Jahre sind alle Lebewesen Einzeller, die ausschließlich in den Meeren leben.

Energie aus Licht

Tag 14 unseres imaginären Monats – vor 2,5 Milliarden Jahren. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Atmosphäre vor allem aus Stickstoff. Die UV-Strahlen im Sonnenlicht dringen ungehindert zur Erde hindurch, die Bedingungen außerhalb des Wassers sind lebensfeindlich. Doch nun tauchen Zellen auf, die eine neue Energiequelle für ihren Stoffwechsel erschlossen haben: das Sonnenlicht.

Die „Erfindung“ der Photosynthese

Alle Lebewesen benötigen Rohstoffe und Energie, um ihren Stoffwechsel in Gang zu halten, doch diese neue Art von Zellen muss diese Energie nicht aufnehmen. Die Zellen betreiben Photosynthese. Und die Photosynthese hat naturgemäß ein Nebenprodukt: Sauerstoff (O2).

Schon bald wurden die Photosynthese betreibenden Einzeller so zahlreich (denn ihr neuer Weg der Energiegewinnung war effizient), dass sie riesige Mengen O2 produzierten. Und dieser gelangte in die Atmosphäre, die sich in der Folge mit O2 anreicherte.

So kommt es, dass die Photosynthese die Grundlage für fast alles heutige Leben bildet.

Sauerstoff – zuerst Fluch, dann Segen

Anfangs allerdings war Sauerstoff für die meisten Organismen ein Problem: er war für sie giftig. Einige kamen damit aber besser klar als andere – und durch den Verlust vieler Organismen, die Sauerstoff nicht vertrugen, konnten sie sich ausbreiten.

Schließlich entwickelten sich sogar Organismen, die Sauerstoff nicht nur vertrugen, sondern ihn sogar brauchten. Und da Stoffwechselprozesse mit O2 sehr viel günstiger und effizienter sind als solche ohne, traten diese Organismen fortan – und bis heute – ihren Siegeszug an.

Und das war nicht alles. Es dauerte zwar sehr lange, aber aus dem in großen Mengen freigesetzten Sauerstoff bildete sich Ozon (O3). Dieses sammelte sich oben in der Atmosphäre und formte schließlich eine dichte Schicht, die einen großen Teil der tödlichen UV-Strahlung des Sonnenlichts abhält. Dadurch wurde eine Grundvoraussetzung für Leben an Land geschaffen.

Die Evolution nimmt Fahrt auf

Von Räubern, Beute und Zusammenarbeit

Eukaryotische Zelle.
Zellen mit Zellkern und vielen, komplexen Kompartimenten bezeichnet man als eukaryotische Zellen. Alle vielzelligen Lebewesen sind aus solchen Zellen aufgebaut.

Im Laufe der vielen ersten Jahrmillionen des Lebens entstanden auch Zellen, die groß genug waren, um die Fähikeit zu haben, andere Zellen aufzunehmen. Im Normalfall wurden diese aufgenommenen Zellen auch verdaut – also in ihre Bestandteile zerlegt und diese von der räuberischen Zelle für sich selbst genutzt.

Manchmal jedoch überlebten die aufgenommenen Zellen und blieben aktiv – es entwickelte sich eine Zusammenarbeit. Die schließlich so entstandenen Zellen haben eine komplexe Unterteilung in verschiedene Reaktionsräume (Kompartimente) mit jeweils speziellen Aufgaben, vergleichbar mit den Organen vielzelliger Lebewesen.

Das Erbgut dieser Zellen liegt geschützt im sogenannten Zellkern. Durch diese neue Art von Zellen wurde die Grundlage für mehrzellige Lebewesen geschaffen.

Gemeinsam ist man stärker

 

Volvox (Grünalge)
So könnten erste mehrzellige Lebewesen ausgesehen haben. Die Abbildung zeigt eine einfache Grünalge, wie sie auch heute noch existieren.

Nun befinden wir uns etwa am 24. Tag unseres Monats – vor ca. einer Milliarde Jahren. Bis zu diesem Zeitpunkt existiert nur einzelliges Leben.

 

Irgendwann in diesem Zeitraum kam es dazu, dass Zellen sich nach der Teilung nicht mehr trennten und so Zellverbände bildeten. Dies könnte ihnen Vorteile gegenüber anderen Zellen eingebracht haben, wie zum Beispiel besseren Schutz vor Räubern oder Umwelteinflüssen.

In der Folge dann spezialisierten sich die Zellen in diesen ersten mehrzelligen Organismen und übernahmen unterschiedliche Aufgaben – dies trieb die Evolution immer weiter, bis zu den hochkomplexen vielzelligen Lebewesen, wie wir sie heute kennen.

Unendliche Möglichkeiten

Ein weiterer Schritt sorgte dann dafür, dass die Evolution so richtig in Fahrt kommen konnte. Teilt sich ein Einzeller, haben beide Zellen dasselbe Erbmaterial, sie sind identisch. Nun fanden Zellen Wege, zusammen zu kommen und Erbmaterial auszutauschen.

Es entwickelte sich auch ein anderer Vorgang der Zellteilung, bei dem die Gene auf unzählige Weisen neu kombiniert werden. Man kann es sich vorstellen wie auf einem Tausch-Basar. Am Anfang hat jeder seine eigenen Sachen, die er mitgebracht hat. Dann fängt das Tauschen an…und irgendwann hat jeder etwas von jedem. Die mitgebrachten Gegenstände wurden neu kombiniert. Dabei sind unendliche Kombinationen möglich.

Bezieht man dies nun wieder auf das Erbmaterial der Lebewesen, muss man sich vorstellen, dass jede neue Kombination zu neuen Merkmalen bei dem Lebewesen führt. Bei den vielzelligen Organismen spezialisierten sich Zellen nur darauf, dieses Tauschgeschäft durchzuführen.

Durch diesen Vorgang der Neukombination der Erbinformation entstehen Organismen mit vielfältigen neuen Merkmalen, die unterschiedliche Chancen bei unterschiedlichen Bedingungen haben – und dadurch beschleunigt sich die Evolution.

Explosion des Lebens

Etwa ab Tag 27 unseres Monats, also vor 500 Millionen Jahren, entsteht deshalb eine immer größere Fülle an Lebensformen. Fast gleichzeitig, explosionsartig, treten alle heutigen Tierstämme gemeinsam auf.

Zuerst im Wasser, ab Tag 28 auch an Land. An Tag 29 herrschen die Dinosaurier vor, Insekten und die ersten Säugetiere tauchen auf. An Tag 30 erscheinen die Vögel und die Blütenpflanzen. Die Säugetiere werden zunehmend erfolgreich.

Tag 30, 10 Minuten vor Mitternacht. Der moderne Mensch (Homo sapiens) erscheint auf der Bildfläche. Die Uhr läuft weiter…und fünf Sekunden vor Mitternacht beginnt unsere überlieferte Geschichte. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – und?

Kalender des Lebens
„Kalender des Lebens“: Jeder Tag entspricht ca. 150 Millionen Jahren.

Wohin gehen wir?

Es wird geschätzt, dass heute auf der Erde ca. 30 Millionen Arten von Organismen leben. Alle stammen vermutlich von einem einzigen oder einigen wenigen einzelligen Lebewesen ab. Alle bestehen aus derselben Materie, die im Urknall geboren wurde.

Wenn ein Organismus stirbt, dann sorgen andere Organismen und die Zeit dafür, dass er wieder zu Molekülen und Atomen wird. Ein ewiger Kreislauf.

Der Mensch ist eine der unzähligen Arten, die die Evolution hervorgebracht hat und unsere Geschichte ist kaum mehr als ein Wimpernschlag in ihrem Zeitraum…und kaum messbar in der Geschichte des Universums.

Ist das alles?

Nun stehen wir hier und wissen – zumindest soweit wir es heute wissen können – woher wir kommen und wohin wir gehen. Jedenfalls biologisch betrachtet. Das alleine ist zwar schon großartig, aber ist das alles? Das wird manch einer sich nun fragen.

Diese Frage kann ich nicht beantworten. Es gibt eine Vielzahl an Weltanschauungen und auch individuellen Vorstellungen, die auf unterschiedliche Weise erklären, ob mehr dahinter steckt, als das was man wissenschaftlich messen, ergründen und erklären kann.

Welcher dieser Vorstellungen man auch annimmt, hier ist jeder Leser willkommen, der sich für das Leben an sich interessiert und für das, was wir darüber wissen, denn dafür spielt die Weltanschauung keine Rolle.

Aus welcher Perspektive man es auch betrachtet, das Leben in all seiner Vielfalt und all seinen Facetten ist großartig, faszinierend und manchmal unbegreiflich.

Und was soll das hier jetzt?

Aus diesem Grund werden auf dieser Seite vor allem Artikel zu finden sein, die sich mit der biologischen Seite der Themen befassen. Dennoch möchte ich hin und wieder ein paar philosophische oder ethische Gedanken einfließen zu lassen.

Ob das Leben nun reine Materie oder auch „Geist“ ist, wir sind mit allen lebenden Wesen verbunden und haben alle den gleichen Ursprung – und es gehört zum Menschsein dazu, über unser Verhältnis zur Natur, zu anderen Lebewesen, nachzudenken.

Es liegt in unserer Natur, das Leben zu lieben, und je mehr wir wissen und verstehen, desto größer wird unsere Hochachtung und Wertschätzung.

Zum Weiterlesen:

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