Von der Ursuppe zur Vielfalt

Die Entwicklung des Lebens

Weit am Anfang der Geschichte des Lebens stehen Bakterien. Aus ihnen entwickelte sich im Lauf vieler Jahrmillionen die heutige Vielfalt der Arten. Manche dieser Kleinstorganismen aus der Urzeit der Erde existieren noch heute. Sie trotzen selbst extremsten Bedingungen.

Um herauszufinden, unter welchen Bedingungen Leben überhaupt möglich ist, begeben sich Wissenschaftler an Orte, die von Extremen beherrscht sind: wie Island, wo Feuer und Eis aufeinandertreffen. Hier soll der Schlüssel zum Ursprung des Lebens liegen.

Liebhaber des Extremen

Im kochend heißen Wasser der Geysire und heißen Quellen Islands hat man Bakterien aus dem Reich der Archaeen gefunden. Viele von ihnen sind Extremophile, das heißt, sie sind auf ein Leben unter extremen Bedingungen spezialisiert. Ein anderer Hotspot der Forschung ist der Lac Rosé in Westafrika. Sein Salzgehalt ist zehn Mal so hoch wie der von Meerwasser. Das Salz lässt sich mit Körben vom Grund schaben. Auch dort nahmen Forscher Proben und fanden Bakterien, die sich an die speziellen Bedingungen angepasst haben. Das Eisenoxid, das die Organismen ausscheiden, gibt dem See seine rosa Farbe.

Bakterien Lac Rosé Quelle: Marathon

Selbst in 2500 Metern Tiefe unter der Erde, in einer südafrikanischen Goldmine, entdeckten Wissenschaftler Bakterien. In völliger Dunkelheit ernähren sich diese Organismen von Mineralien des Gesteins. Aufgrund der lebensfeindlichen Bedingungen wachsen und vermehren sie sich nur sehr langsam.

Das Miller-Experiment

Obwohl Bakterien die frühesten Lebewesen sind, sind sie nicht der Ursprung von allem. Eine noch offene Frage in der Forschung ist, wo und unter welchen Bedingungen der Funke des Lebens zündete. Manche Wissenschaftler vermuten den Beginn in der "Ursuppe" der Erde, vor etwa vier Milliarden Jahren. Die Bedingungen von damals - die hypothetische Uratmosphäre - simulierte der amerikanische Biologe und Chemiker Stanley Miller zusammen mit Harold Clayton Urey 1953 in einem Experiment. Er brachte die Substanzen Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasser zusammen und setzte das Gemisch elektrischen Entladungen aus, die die Urgewalt der Blitze repräsentieren sollten. Nach einer Woche hatte sich ein Teil des Methans in organische Verbindungen umgewandelt, darunter auch Aminosäuren.

Miller und Urey (Spielszene) Quelle: ZDF

Es gibt auch Vermutungen, dass die ersten Bausteine des Lebens mit Asteroiden auf die Erde gekommen sein könnten. Selbst heftige Einschläge hätten die Moleküle überstanden. Und auch im Eis, so vermuten Wissenschaftler, gab es eine Chance für die ersten Schritte zum Leben. Schließlich sollen vor über 3,5 Milliarden Jahren große Teile der Erde von einer Eisschicht überzogen gewesen sein. Meereis bietet ideale Bedingungen für den Aufbau von organischen Molekülen, denn es besteht aus einem fein strukturierten Material aus festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteilen.

Wunder in der Tiefsee

Nach Meinung einiger Wissenschaftler kann sich die Entwicklung komplexer Organismen aus den ersten Aminosäure-Bausteinen weder in der Kälte noch in extremer Hitze vollzogen haben, sondern nur auf dem Meeresgrund: in ruhigen Nischen, etwa 3000 Meter tief, die die zerstörerischen UV-Strahlen der Sonne nicht erreichten. In unterseeischen Hydrothermalquellen, den Schwarzen Rauchern, brodelt heute noch kochend heißes mineralienreiches Wasser aus Schloten.

Und so könnte das Wunder des Lebens dort begonnen haben: Die Schlotwände der Schwarzen Raucher bestehen aus einem Geflecht von Kammern, durch die ständig warmes Wasser fließt. Wie in einem Bioreaktor bilden sich fortwährend neue organische Moleküle: Kohlenstoffketten, Aminosäuren und Nukleinsäurebasen - die Bausteine des Lebens.

Die Protozelle entsteht

Sie verbinden sich zu immer komplexeren Molekülketten: Aus Zucker, Nukleinbasen und Phosphaten entstehen die Nukleotide. Diese wiederum verketten sich zur RNS, der Ribonukleinsäure. Sie ist als erstes Molekül in der Lage, sich selbst zu vervielfältigen. Aus Aminosäuren bilden sich kurze Ketten, die Peptide, die sich zu längerkettigen Proteinen formen. Zwischen Proteinen und RNS pendelt sich ein Zusammenspiel ein: Die RNS - später die sich daraus entwickelnde DNS - liefert den Bauplan für die Synthese von Proteinen.

Schließlich entsteht eine Art Protozelle, die sich irgendwann, als Schutz vor der Außenwelt, mit einer einfachen Zellhaut umgibt. Die Ur-Membran besteht aus einer speziellen Art von Kohlenwasserstoffen, den Lipiden. Aus diesen Urzellen könnten sich die allerersten Bakterien entwickelt haben: Organismen, die über einen Stoffwechsel Energie gewinnen, sich bewegen und sich fortpflanzen. Sie heißen Prokaryoten, weil sie noch keinen Zellkern (griechisch "karyon" = Kern) besitzen.

Die Sauerstoff-Revolution

Vor mehr als 2,5 Milliarden Jahren kommt es zu einem einschneidenden Wandel: Einige Bakterien entwickeln die Fähigkeit zur Fotosynthese. Mit Hilfe von Sonnenenergie wandeln sie Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff um. Dadurch reichert sich der Sauerstoff, der bisher auf der Erde rar war, zunächst im Wasser, dann in der Atmosphäre an. War die Atmosphäre des Blauen Planeten bisher dominiert von Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff und Methan, steigt von da an die Sauerstoffkonzentration stetig.

Viele Millionen Jahre später ist die Atmosphäre so sauerstoffhaltig, dass ein Massensterben einsetzt. Denn auf viele Organismen wirkt der neue Stoff wie ein Giftgas. Nur in Nischen konnten manche Formen überleben. In den Meeren vollzieht sich währenddessen ein weiterer entscheidender Prozess: Bakterien werden von anderen Einzellern praktisch verschluckt. Die "Einwanderer" sind gut geschützt und versorgen ihren Wirt dafür mit Energie. Als kleine Kraftwerke - Mitochondrien - überdauern sie bis heute in unseren Zellen.

Vielzeller und erster Landgang

Aus dieser perfekten Symbiose kann sich die Vielfalt des Lebens entwickeln, wie wir sie heute kennen. Die Zellen schließen sich zu Verbünden zusammen, sie differenzieren und spezialisieren sich. So entstehen Vielzeller als Vorfahren aller Pflanzen und Tiere auf der Erde.


Vor über 400 Millionen Jahren entwickeln sich schließlich die Flossen fischartiger Wirbeltiere zu Gliedmaßen mit Händen und Füßen weiter. Damit gelingt der erste Schritt an Land. Spuren dieser urtümlichen, möglicherweise salamanderähnlichen Kreaturen finden sich noch heute. Sie sind die Urahnen aller Landwirbeltiere - und damit auch von uns Menschen.

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