Abschnitt 1 · Evolution
Wenn wir in der Zeit zurückgehen könnten, würde uns die Welt immer weniger vertraut vorkommen. Alles verändert sich und entwickelt sich weiter, auch unser Planet und die ihn bewohnenden Arten. Wie der antike griechische Philosoph Heraklit von Ephesus (535-475 v. Chr.) sagte: "Alles fließt" (panta rhei) - und der Wandel ist die einzige Konstante.
In diesem Abschnitt werden wir die Chronik der Entwicklung des Lebens auf der Erde von ihren bescheidenen Anfängen bis heute betrachten.
Unser Planet und unser Sonnensystem entstanden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren (Ga) - das Universum war zu diesem Zeitpunkt 9,3 Milliarden Jahre alt.
Die geologische Zeitskala wird grob in vier so genannte Äonen unterteilt. Das erste Äon, das Hadaikum (Hadean), ist nach dem griechischen Gott der Unterwelt Hades benannt, weil in dieser Zeit, die von 4,5 bis 4 Ga dauerte, höllische Bedingungen herrschten. Die Erde war feurig, heiß und chaotisch - alles in allem lebensfeindlich.
Zu Beginn des nächsten Äons, des Archaikums, hatte sich die Erdkruste so weit abgekühlt, dass sich Kontinente und Ozeane bilden konnten. Die frühesten Hinweise auf Leben lassen sich auf diesen Zeitraum datieren, etwa 4-3,7 Ga, wahrscheinlich als sehr einfache, sich selbst replizierende prokaryotische Einzelzellen (d.h. Bakterien und Archaeen), die sich in den Ozeanen bildeten.
Ist es nicht erstaunlich, dass das Leben auf der Erde so schnell begann, nachdem die Bedingungen es zuließen?
Das Archaikum dauerte bis etwa 2,5 Ga. Die Atmosphäre war praktisch sauerstofffrei, bis einige Organismen, die so genannten Cyanobakterien, erstmals die Photosynthese entwickelten, um die Energie der Sonne zum Aufbau von Kohlenhydraten aus Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) zu nutzen, wobei Sauerstoff (O₂) als Abfallprodukt freigesetzt wird. Der Sauerstoffgehalt blieb jedoch noch lange Zeit sehr niedrig und stieg erst im nächsten Äon, dem Proterozoikum, langsam deutlich an.
Viele Meilensteine für das Leben auf der Erde fielen in das Proterozoikum, das von 2,5 bis etwa 0,55 Ga dauerte. Die ersten Eukaryoten, große Zellen mit Zellkernen, entstanden etwa 2 Ga, wahrscheinlich als gegeißelte Einzeller, die den heutigen Protozoen/Protisten ähneln (z.B. Euglena und Paramecium).
Später entwickelten sich die ersten mehrzelligen Eukaryoten, die wahrscheinlich als koloniebildende Protisten begannen. Höchstwahrscheinlich ähnelten sie Arten wie der heute noch existierenden kugelförmigen Grünalge Volvox.
Gegen Ende des Proterozoikums bildeten sich die ersten primitiven Pflanzen und Tiere sowie Pilze. Man nimmt an, dass die ersten Tiere den heutigen Schwämmen ähnlich waren, d.h. sie waren sessil und hatten keine Muskel- oder Nervenzellen oder andere komplexe Strukturen moderner Tiere. Pflanzen entwickelten sich aus Grünalgen, die wie alle Eukaryoten Mitochondrien besitzen und zusätzlich Chloroplasten enthalten. Diese Organellen haben sich wahrscheinlich aus inkorporierten Cyanobakterien entwickelt, während die Mitochondrien von anderen "verschluckten" Prokaryoten abstammen.
Das vierte Äon, das Phanerozoikum, das sich von vor 550 Millionen Jahren (Ma) bis heute erstreckt, ist durch eine enorme Zunahme und Beschleunigung der Artenvielfalt gekennzeichnet, die mit einem deutlichen Anstieg des Sauerstoffgehalts einhergeht. Wenn man bedenkt, dass es mehr als zwei Milliarden Jahre von Einzellern zu vielzelligen Eukaryoten gedauert hat und dann eine weitere Milliarde bis zur Entstehung von Pflanzen und Tieren, so zeigte dieser letzte, kürzere Zeitraum ein atemberaubendes Tempo evolutionärer Innovation. Eingeläutet wurde dieses Äon durch die "kambrische Explosion".
Phanerozoikum bedeutet "Zeitalter des sichtbaren Lebens", und in der Tat wurde das Leben auf der Erde deutlich erkennbar. Die erste und längste der drei Ären des Phanerozoikums ist das Paläozoikum (550-250 Ma), das mit dem Kambrium (550-500 Ma) beginnt. Die kambrische Explosion war eine sehr schnelle evolutionäre Radiation, d.h. eine enorme Zunahme der Artenvielfalt. Alle heute existierenden phylogenetischen Hauptgruppen sind in den Fossilien aus dieser Zeit zu finden. In dieser ersten Periode dominierte jedoch eine ausgeprägte kambrische Fauna (tierisches Leben), die dann aber zurückging und schließlich verschwand.
Die kambrische Fauna enthielt "primitive" Arten breiter stammesgeschichtlicher Gruppen, die auch heute noch vorkommen, wie Gliederfüßer, Weichtiere oder Chordaten, wenn auch heute mit sehr unterschiedlichen Arten vertreten. Die längst ausgestorbenen Trilobiten waren im frühen Paläozoikum sehr bedeutend und sind mit den heutigen Krebstieren, Insekten, Kieferklauenträgern (z.B. Spinnen) und Myriapoden verwandt. Auch einige der ersten Chordaten wie Metaspriggina tauchten auf - Vorläufer der modernen Chordaten/Wirbeltiere, darunter Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere.
Während der Grundstein für die sehr breit gefächerten Tiergruppen im Kambrium gelegt wurde, brachten spätere Perioden des Paläozoikums, die sich mit dem Ordovizium, Silur, Devon, Karbon und Perm fortsetzten, ihre eigenen und sehr vielfältigen Faunen hervor. Die ersten Knochenfische tauchten um 420 Ma (Silur) in den Ozeanen auf und trennten sich von den Knorpelfischen, zu denen Haie und Rochen gehören. Die Knochenfische begannen dann, sich in Strahlenflosser und Fleischflosser zu diversifizieren.
Aus den Fleischflossern entwickelten sich schließlich die ersten landbewohnenden Wirbeltiere, deren frühester bekannter Vertreter Tiktaalik ist, der etwa 380 Ma (Devon) lebte. Dieses evolutionäre Bindeglied zwischen Fischen und Tetrapoden (Vierfüßer) hatte sowohl Kiemen als auch Lungen, gelenkige Handgelenke und einen beweglichen Hals. Heutige Lungenfische ähneln in mancher Hinsicht diesen frühen Vertretern. Vor Tiktaalik eroberten jedoch bereits 430 Ma (Silur) Gliederfüßer das Land, während die ersten Landpflanzen 470 Ma (Ordovizium) auftauchten.
Nach der Eroberung des Landes begannen die Tetrapoden zu diversifizieren. Das Karbon (360-300 Ma), das auf das Devon folgte, war das "Zeitalter der Amphibien", die damals die dominierenden Landtiere waren. In der nächsten Periode, dem Perm (300-250 Ma), tauchen die ersten Gruppen auf, aus denen sich die Säugetiere (Synapsiden) einerseits und die Reptilien und Vögel (Sauropsiden) andererseits entwickeln und abspalten.
Im Phanerozoikum gab es fünf Massenaussterben, die durch drastische und weit verbreitete Umweltveränderungen verursacht wurden, z.B. durch den Rückgang des Luftsauerstoffs, den Anstieg des Kohlendioxidgehalts oder die Versauerung der Ozeane. Das schwerwiegendste Aussterbeereignis fand jedoch am Übergang vom Paläozoikum zum Mesozoikum statt. Es ist als das Große Sterben bekannt, bei dem u.a. 90% der marinen Arten und 70% der Wirbeltierarten auf dem Land ausgelöscht wurden. Das Leben hat sich jedoch immer wieder erholt und ist zahlreicher und vielfältiger zurückgekehrt.
Das Mesozoikum wird in drei Perioden unterteilt, die Trias, den Jura und die Kreidezeit. In der Trias (250-200 Ma) kam es zu einer großen Diversifizierung unter den Synapsiden, Sauropsiden und vielen anderen Gruppen, die mit einem weiteren Massenaussterben endete. In der Trias tauchten die ersten Säugetiere auf, kleine nagetierähnliche Tiere (225 Ma). Im Jura (200-145 Ma) und in der Kreidezeit (145-66 Ma) dominierten die Sauropsiden/Reptilien, insbesondere die Dinosaurier. Die kleinen und unscheinbaren Säugetiere existierten während der gesamten Zeit in ihrem Schatten.
Die Dinosaurier beherrschten die Welt mehr als 130 Millionen Jahre lang und trugen wesentlich zur Artenvielfalt der Erde bei. Namen wie Stegosaurus, Brachiosaurus, Allosaurus, Velociraptor und Triceratops sind auf der ganzen Welt bekannt und haben die Phantasie der Menschheit über viele Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte hinweg beflügelt. Der berühmte Tyrannosaurus rex gehörte zu den letzten Dinosauriern, die durch einen massiven Asteroideneinschlag vor 66 Mio. Jahren ausstarben, zusammen mit 75% der Pflanzen- und Tierarten der Erde. Die Herrschaft der Dinosaurier fand ein jähes Ende.
Das Känozoikum, das in das Paläogen (66-23 Ma), das Neogen (23-2,5 Ma) und das Quartär (2,5 Ma bis heute) unterteilt wird, wurde zum "Zeitalter der Säugetiere", nachdem diese aus dem Schatten der ausgestorbenen Dinosaurier getreten waren, sich diversifiziert hatten und auf der Erde dominierten. Aber die Dinosaurier sind nicht wirklich verschwunden. Die Vögel stellen eine große und erfolgreiche Gruppe gefiederter Dinosaurier dar, die ihren Ursprung in der Jurazeit hat. Außerdem tragen Reptilien und Amphibien weiter zur modernen Wirbeltierfauna an Land bei.
In der jüngsten Periode, dem Quartär (2,5-0 Ma), entwickelte sich der Mensch, 4 Milliarden Jahre nach Beginn des Lebens auf der Erde. Unsere Spezies, Homo sapiens, entwickelte sich vor etwa 300.000 Jahren. Um das zu verdeutlichen: Wenn die Erde 24 Stunden alt wäre, hätte sich der Mensch vor weniger als 6 Sekunden entwickelt.
Im nächsten Abschnitt werden wir lernen, wie die enorme Anzahl der heute lebenden Arten nach ihrer Evolutionsgeschichte geordnet und klassifiziert wird.
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