Thema Naturwissenschaft

Die Entstehung des Lebens

 

Wie ist das Leben auf die Erde gekommen? Gibt es einen Schöpfer, und muß man sich bei der Entstehung und der wunderbaren Entfaltung des Lebens das Wirken einer mystischen Lebenskraft vorstellen, wie die sogenannten Vitalisten es tun?

In der Tat gab es für die Menschen lange keine anderen Erklärungen, doch bei aller gebotenen Bescheidenheit, mit der wir uns der Tatsache bewußt sein sollten, daß wir mit den uns zugänglichen Erkenntnismöglichkeiten die letzten Geheimnisse dieser Welt, der wir ausgeliefert sind, niemals erkennen und somit auch nicht das Wirken Gottes oder eines höheren Willens hinter allen Dingen ausschließen können, dürfen wir uns doch sagen, daß es völlig legitim und natürlich ist, wenn wir uns immer neue Teilaspekte dieser Welt unserer Erkenntnis zugänglich machen. Mittlerweile können wir immerhin annehmen, daß es für das Verständnis des Lebens zumindest auch eine prinzipiell physikalische Erklärung gibt, wobei wir zunächst davon ausgehen, daß der Begriff 'physikalisch' unzweideutig ist und daß wir uns darüber einig sind, was wir uns darunter vorzustellen haben. Auf diesen Punkt kommen wir aber später noch zurück.

Es gibt immer noch Leute, und unter ihnen einige recht namhafte Wissenschaftler, die davon ausgehen, daß das Leben dieser Erde von anderen Welten durch den Weltraum zu uns gekommen ist, etwa in Form von Samenkörnern. Aber ganz davon abgesehen, daß eine solche Erklärung das Problem nur verlagert, wäre sie noch mit dem zusätzlichen Problem befrachtet, wie denn diese Samenkörner über so unglaubliche Entfernungen bei normalerweise absolut tödlichen Temperaturen ihren Weg zu uns gefunden haben sollten. Ganz einfache Überlegungen über die Voraussetzungen für die Entstehung von Leben führen uns dazu, daß die Wahrscheinlichkeit, irgendwo anders einen weiteren Planeten mit ähnlich guten Vorbedingungen zu finden, äußerst gering ist. Lediglich die Tatsache, daß es nahezu unendlich viele andere Planeten geben muß, läßt uns diese Möglichkeit nicht völlig ausschließen, aber es ist äußerst unwahrscheinlich, daß sich ein solcher Planet in einer uns zugänglichen zeitlichen und räumlichen Entfernung befindet.

Dabei stimmt allerdings die Feststellung nur teilweise, daß die Vorbedingungen auf der Erde günstig gewesen sind, denn diese Vorbedingungen sind auch das Ergebnis einer Wechselwirkung gewesen. Wären nämlich die Verhältnisse schon immer so gewesen, wie sie heute sind, so hätte das Leben tatsächlich nicht entstehen können, denn für die ersten Mikroorganismen war der Sauerstoff ein Gift. Andererseits ist aber höheres Leben ohne Sauerstoff und ohne die Ozonschicht, die unsere Atmosphäre umgibt und die ihrerseits erst eine Folgeerscheinung der anfänglichen biologischen Prozesse sind, ebenfalls nicht denkbar.

Die Verhältnisse auf der Erde waren aus unserer Sicht ursprünglich wahrhaftig mörderisch. Nach der Erkaltung der Erdkruste entstand allmählich das Wasser, und unvorstellbare Regengüsse gingen auf die Erde nieder, die jedoch für weitere Abkühlung sorgten. Vermutlich war dann zunächst der größte Teil des Planeten mit Wasser bedeckt, hier und da schoben sich aber Inseln und Urkontinente an die Oberfläche, die noch eine gänzlich andere Gestalt hatten als die uns heute bekannten und die sich auch im Laufe der Zeit noch unendliche Male völlig verändern sollten. Zahlreiche Vulkane waren unter und über dem Wasser tätig und bedeckten alles mit immer neuen Lavaflüssen. Die Atmosphäre bestand aus Schwaden aller möglichen giftigen Gase, und es gab zunächst nur tote Materie.

Die Erdgeschichte ist in vier große Abschnitte unterteilt, die sogenannten Erdzeitalter, die natürlich nur eine willkürliche und von Menschen geschaffene Ordnung darstellen und ihren wissenschaftlichen Namen entsprechend den Fossilenfunden erhielten. Sie werden als Präkambrium, Paläozoikum, Mesozoikum und Kanäozoikum bezeichnet, wobei das Präkambrium am weitesten zurück liegt und das Kanäozoikum das jüngste Zeitalter ist. Natürlich besitzen wir über das letztere die meisten Informationen und die wenigsten über das Präkambrium, obwohl dieses etwa achtzig Prozent der Erdgeschichte ausmacht. Die Erde ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt, und in der ersten Milliarde Jahre gab es auf ihr kein Leben. In dieser Zeit verdichtete sie sich erst zu einem festen Planeten. Vor etwa 3,5 Milliarden Jahren gelang es vermutlich den ersten präbiotischen Molekülen, sich selbst zu vermehren, doch noch weitere 1,5 Milliarden Jahre lang dürfte das Leben, soweit man überhaupt davon sprechen kann, den mikrokosmischen Bereich nicht überschritten haben. Erst in den 1920er Jahren schlugen unabhängig voneinander der russische Biochemiker A.J. Oparin und der englische Biologe J.B.S. Haldane Denkmodelle vor, nach denen unter der Einwirkung der ultravioletten Sonnenstrahlung aus den anorganischen Substanzen erste Vorstufen des Lebens entstanden sein könnten. Doch widersprachen diese Vorstellungen zu jener Zeit noch allzu sehr dem allgemeinen Weltbild, sodaß sie sich eigentlich erst nach dem zweiten Weltkrieg allmählich immer mehr durchsetzten.

Als die Erde genügend erkaltet war, verbanden sich die Moleküle zu immer komplizierteren Strukturen, es bildete sich eine Art organischer Brühe, in der es brodelte und in der immer neue Strukturen entstanden. Jedoch war es von da aus noch ein sehr weiter Weg bis zu den ersten Mikroorganismen, und wenn wir auch nachträglich heute annähernd in der Lage sind, die möglichen Einzelschritte der weiteren Entwicklung nachzuvollziehen, so sind wir doch außerstande zu erklären, wie hoch die Wahrscheinlichkeit war, daß es zu diesen Entwicklungsschritten kam. Die rein mathematische Wahrscheinlichkeit war aus heutiger Sicht unendlich gering, sodaß man diesbezüglich doch noch das Wirken anderer Faktoren annehmen müßte. Hier befinden wir uns tatsächlich noch in einem hohen Erklärungsnotstand, es mag aber sein, daß wir auch dafür evolutionäre Gesetzmäßigkeiten heranziehen können, wenn wir die Erklärung göttlichen Wirkens umgehen wollen. Immerhin sind wir schon so weit, daß wir wissen, daß es auch schon in diesem und nicht erst im Stadium der eindeutig biologischen Prozesse eine regelrechte evolutionäre Entwicklung gab, die nahezu zwangsläufig dazu führte, daß die organischen Strukturen immer komplizierter wurden.

Wir müssen uns noch einmal die Urbedingungen der Erde vor Augen führen. Wie wir wissen, sind die Planeten aus der Asche der Ursonnen entstanden, es gab also schon weit mehr Stoffe als die, aus denen sich die Sonnen gebildet hatten. Wir können davon ausgehen, daß es anfänglich auf der Erde außer Wasserstoff bereits schon in bescheidenem Maße Sauerstoff, sowie Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor gab. Das sind die sechs häufigsten Elemente des Sonnensystems, aus denen sich danach die weiteren auf der Erde vorhandenen chemischen Verbindungen sowie die ersten Bausteine der organischen Stoffe zusammensetzten, wie Wasser, Kohlehydrate, Fette, Proteine und Nukleinsäuren. Es ist in Laborexperimenten gelungen, urzeitliche Bedingungen zu simulieren und nachzuweisen, daß unter Einwirkung ultravioletter Strahlung auf ein Gasgemisch von unter anderem Wasserdampf und Kohlendioxyd, das in etwa der Uratmosphäre entsprechen dürfte, schließlich organische Makromoleküle entstanden. Es hat aber tatsächlich mehrere Formen der Energieeinwirkung gegeben, nämlich außer der Sonnenstrahlung noch die elektrische Entladung der Blitze sowie die Hitze der Lavaströme, die alle aus den anorganischen festen oder flüssigen Stoffen und den gegebenen Gasgemischen die Bildung von komplizierten organischen Makromolekülen entstehen lassen konnten.

Die meisten der heute bekannten Aminosäuren müssen schon in der Urzeit der Erde entstanden sein, doch wissen wir immer noch nicht mit letzter Sicherheit, wie es unter den damaligen Verhältnissen wirklich zu ihrer Entstehung kam. Wir werden das auch nachträglich niemals mehr rekonstruieren können, es muß uns aber genügen, mögliche Erklärungsmodelle zu erhalten. Es mußten sicher viele günstige Umstände zusammenkommen, die alle in unendlichen Variationen durchprobiert wurden, sodaß sich irgendwo einmal eine Verbindung ergab, die sich selbst reproduzieren konnte und sich deshalb rasch vermehrte, sozusagen auf Kosten der weniger komplizierten Verbindungen ihrer unmittelbaren Nachbarschaft, indem sie diese zu größeren Molekülverbindungen zusammenfaßte. Diese Makromoleküle waren insofern Vorstufen des Lebens, als sie bereits gewisse charakteristische Eigenschaften besaßen, durch die das Leben gekennzeichnet ist, wie eine bestimmte immer wiederkehrende Gestalt und in der angedeuteten Form bereits einen Stoffwechsel. Der amerikanische Biochemiker S. Fox hat experimentell nachgewiesen, wie unter den urzeitlichen Bedingungen der Erde die Bildung der bereits vorentstandenen organischen Moleküle zu noch komplexeren Gebilden erfolgen konnte. Er konnte so kettenförmige Polymere herstellen, die bereits den Proteinen entsprachen. Diese wiederum konnten in heißen konzentrierten Lösungen unter bestimmten Umständen zu der Bildung sogenannter Mikrosphären führen, die bestimmte Eigenschaften besitzen, die an belebte Systeme erinnern. Sie können zum Beispiel eine Außenbegrenzung aufweisen, die einer Zellmembran gleicht, sie können außerdem wachsen und sich durch Abspaltung von Tochtergebilden vermehren. Schon vor der Entstehung des eigentlichen Lebens waren dessen Grundsubstanzen also zweifellos vorhanden, diese mußten nur noch in der geeigneten Weise zusammengeschlossen werden.

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