Faszination Erde: Extreme

Wie das Leben die Welt eroberte

Es muss die Hölle gewesen sein: kein flüssiges Wasser, kein Sauerstoff, Temperaturen wie in einem Hochofen, Strahlung, die binnen Minuten tötet, und ständige Meteoriteneinschläge – die junge Erde war ein extrem lebensfeindlicher Ort. Vier Milliarden Jahre später ist dieser Planet ein Unikat im Universum geworden, ein blaues Juwel, auf dem sich das Leben zu unermesslichem Reichtum entfaltet hat. Überall, selbst unter extremsten Bedingungen, in der trockensten Wüste, in der erbarmungslosen Kälte der Polarregionen und in den lichtlosen Weiten der Tiefsee, haben Lebewesen Fuß gefasst. Wie haben sie das geschafft?

Die Vielfalt unserer Erde hat eine gemeinsame Wurzel: Alles begann mit simplen Einzellern. Doch wie sich aus dem Nichts die allererste Zelle entwickelte, ist das größte Wunder. Erst nach 700 Millionen Jahren bekam der Glutball, der die Erde nach ihrer Entstehung war, eine dünne Kruste. Aus Vulkanen strömten Gase wie aus Überdruckventilen und bildeten eine erste Atmosphäre. Wasser existierte zu dieser Zeit nur als Wasserdampf. Doch dann regnete es 40.000 Jahre lang. Der Regen wusch die Grundstoffe des Lebens, Kohlenstoff und Stickstoff, aus der Atmosphäre und brachte sie auf die Erdoberfläche.

Stunde null des Lebens

Zwei Zellen teilen sich (Animation)
Vor 3,8 Milliarden Jahren entstehen die ersten Einzeller.

Gewaltige elektrische Entladungen der Atmosphäre lieferten die Energie für die Bildung immer komplexerer Verbindungen, bis schließlich das Lebensmolekül selbst entstand: die DNS, die Informationen speichern und sich selbst vervielfältigen kann. Sie ist die Software des Lebens. Vor 3,8 Milliarden Jahren entstanden die ersten lebenden Zellen, die sich durch Ausbildung einer einfachen Membran gegenüber der Außenwelt abzugrenzen begannen. Sie teilten sich und gaben ihre Erbinformation weiter. Aus diesen Urzellen könnten sich die allerersten Bakterien entwickelt haben: Organismen, die über einen Stoffwechsel Energie gewinnen und sich fortpflanzen.

Nachdem der Funke des Lebens gezündet hatte, passierte erst einmal lange Zeit wenig. Setzt man die gesamte Erdgeschichte einer Stunde gleich, sind nach zehn Minuten die ersten Einzeller entstanden. Etwa vierzig Minuten gehören ausschließlich diesen Mikroorganismen. Erst zehn Minuten vor der vollen Stunde erklimmt das Leben die nächste Entwicklungsstufe: Die Zellen schließen sich zu kooperierenden Zellverbänden zusammen. Es entstehen immer komplexere Kreaturen mit spezialisierten Geweben und Organen. Und dann beschleunigt sich das Tempo: Im Kambrium, vor 540 Millionen Jahren, entwickelte sich das Leben explosionsartig. Innerhalb kurzer Zeit entstand eine enorme Vielfalt in den Weltmeeren – ein „biologischer Urknall“ sozusagen. Die Natur experimentierte mit Hunderten verschiedenen Bauplänen.

Neue Wege, neue Waffen

Trilobit (Computeranimation)
Versteinerte Trilobiten erzählen eine Menge über die Evolution des Lebens.

Bis heute rätseln Forscher, was diesen rasanten Tempowechsel in der Evolution auslöste. Im Fokus steht eine besondere Klasse von ausgestorbenen Urzeitkrebsen, die Trilobiten. Diese Gliederfüßer existierten circa 300 Millionen Jahre lang und sind dank ihres chitinhaltigen Panzers sehr zahlreich in vielen Gebieten der Erde als Fossilien erhalten geblieben. Die versteinerten Überreste erlauben den Blick zurück auf eine der größten Erfindungen der Evolution: Augen. Die Trilobiten konnten sehen. Facettenaugen mit 15.000 Einzellinsen ermöglichten ihnen eine detailgetreue Wahrnehmung ihrer Umgebung. Alle anderen Kreaturen gerieten dadurch unter Druck. Wer nicht mit gleichwertigen Werkzeugen aufwarten konnte, war unterlegen. Fortan entwickelten sich immer neue Strategien – für Angriff,  Verteidigung, Tarnung oder Flucht.  Die Spirale eines unendlichen Wettrüstens wurde in Gang gesetzt.

Walhai in einer Unterwasseraufnahme mit Schnorchler
Der größte Fisch der Erde ist der bis zu 14 Meter lange Walhai.

Viele Arten setzten in dieser Zeit auf immer dickere Schalen und Panzer als Außenskelette. Doch ein anderer Weg sollte sich als besonders zukunftsfähig erweisen: Pikaia, ein kleines, längliches, fischähnliches Tier, verfügte über ein flexibles Rückgrat, die Chorda dorsalis, das es schnell und wendig machte. Der ausgestorbene Winzling ist ein früher Vertreter derjenigen Lebewesen, aus denen der mächtige Stamm der Wirbeltiere hervorging. Deren erste prominente Vertreter waren die Fische. Sie bauten weiter am Innenskelett, es folgten Flossen und Schädel. In den Weltmeeren brach die Zeit der Fische an, die bis heute andauert. Die Wirbelsäule ist das Gerüst für die Muskelpakete, die dem gigantischen Körper Stabilität und Beweglichkeit geben, und macht dadurch auch Riesenwuchs möglich.

Vom Wasser ans Land

Mit dem Erfolgszug der Wirbeltiere wurde der Existenzkampf im Meer noch härter. Immer mehr Raubfische machen ihren Zeitgenossen das Überleben schwer. Der offene Ozean bietet wenig Verstecke. Will man seinen Feinden auf Dauer entkommen, muss man ganz neue Wege beschreiten und sich nach einem neuen Lebensraum umsehen. Der Umbau der Extremitäten begann bereits im Wasser. Manche bodenliebende Fische setzten ihre Flossen wie Beine ein. In üppig bewachsenen Küstenzonen erwies sich das als Vorteil. Hier bahnte sich vor 415 Millionen Jahren der folgenreiche Wandel an. Die ersten Vierbeiner, die Vorläufer von allen Wirbeltieren, die das Land erobern sollten, entwickelten sich im Wasser. Ihr Bauplan war bereits durch das Skelett der Fische vorgegeben. Wie diese Urahnen haben die Nachfahren vier Extremitäten und an jeder fünf Finger. Damit waren die Amphibien bestens gerüstet, ihr nasses Refugium zu verlassen und Neuland zu betreten. Doch als Pioniere hätten sie den Sprung an Land nie geschafft.

Urzeitliche Riesenfarne
Im Erdzeitalter Karbon bildeten Farnpflanzen riesige Wälder.

Schon viel früher, vor über 430 Millionen Jahren, hatten sich aus Grünalgen die ersten Landpflanzen entwickelt. Sie konnten der Erdanziehungskraft trotzen und aufrecht wachsen, weil sie in ihre Zellen eine Substanz einlagerten, die ihnen Festigkeit verlieh: Lignin. So gestärkt begannen sie von Fluss- und Seeufern aus das Land zu besiedeln. Immer weiter schossen die Pflanzen in die Höhe und lagerten dabei mehr und mehr Lignin in ihre Zellen ein. Dabei entstand Holz als neuer Baustoff. Mit seiner Hilfe konnten die Pflanzen zu Baumriesen heranwachsen, wie es sie heute gibt. Um an genügend Wasser und Nährstoffe aus dem Boden zu gelangen, waren sie jedoch auf kleine Helfer angewiesen: Vermutlich gingen schon die ersten Landpflanzen Symbiosen mit Mykorrhizapilzen ein. Heutzutage bilden solche mikroskopisch kleinen Pilze weit verzweigte Geflechte um die Wurzeln von Bäumen und beliefern sie mit Wasser und Mineralien. Im Gegenzug versorgen die Bäume sie mit Zucker, dem Produkt aus der Fotosynthese. Durch die Ausbreitung der Pflanzen war die unfruchtbare Ödnis zu einem grünen, schattigen Reich geworden – die Voraussetzung dafür, dass auch Amphibien das Wasser verlassen konnten. Doch die Verwandten der Frösche waren immer noch auf das nasse Element angewiesen. Um das Land auf Dauer zu erobern, brauchte es ein neues Erfolgsmodell.

Eroberer der Wüste

Krötenechse in der Wüste
Die Krötenechse lebt in den Halbwüsten Nordamerikas. Quelle: bbc

Mit Eiern, die sie in der Erde vergruben, revolutionierten Reptilien die Strategie der Fortpflanzung. In ihrem flüssigen Innern enthalten die Eier alles, was der Nachwuchs braucht, um sich über Monate zu einem fertigen Tier entwickeln zu können. Den Reptilien gelang damit ein beispielloser Siegeszug. Mit knapp 10.000 Arten sind sie bis heute die vielfältigste Gruppe aller Landwirbeltiere. Und sie können die heißesten und trockensten Regionen unseres Planeten besiedeln. Denn sie sind wechselwarm, das heißt, ihre Körpertemperatur passt sich der Umgebungstemperatur an. Mithilfe der Sonnenwärme kommen sie auf Touren – das spart Energie für den Stoffwechsel. Was in Wüstenregionen ein unschlagbarer Vorteil ist, würde für Reptilien im ewigen Eis den Tod durch Erfrieren bedeuten. Hier, in den eisigen Welten, haben sich die Warmblüter durchgesetzt, Säugetiere und Vögel, die ihre Körpertemperatur selbst regulieren.

Die Extremregionen der Erde bringen perfekt angepasste Spezialisten hervor. Doch es gibt auch Lebensräume, die nicht in Hinsicht auf ihr Klima außergewöhnlich sind, sondern auf andere Weise. Ein unvergleichlicher und teilweise noch unerforschter Artenreichtum drängt sich in den ganzjährig feuchtwarmen Regenwäldern der Tropen. Er ist das Ergebnis eines erbarmungslosen Überlebenskampfes. Denn wo jeder gute Bedingungen vorfindet, ist die Konkurrenz unerbittlich, und die Ressourcen sind schnell verbraucht. Hier zwingt das enge Nebeneinander vieler Arten zur Spezialisierung. Schätzungen zufolge leben 50 Prozent aller Arten in der Baumkronenregion der Regenwälder, rund dreißig Meter über dem Erdboden. Für die Wissenschaft eine Schatzkammer, deren größter Teil noch zu entdecken ist.

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