Sieben erdähnliche Planeten umkreisen den Stern Trappist-1, aber könnte einer von ihnen Leben, wie wir es kennen, beherbergen?(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Im Laufe ihrer 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte hat die Erde zahlreiche Massenaussterben erlebt, von denen jedes mehr als drei Viertel der Arten des Planeten auslöschte und die Artenvielfalt stark reduzierte. Dieser Rückgang der Artenvielfalt auf der Erde kann sowohl durch nicht-lebende Prozesse wie Vulkanausbrüche oder Asteroidenkollisionen als auch durch lebende Prozesse wie die Veränderung der Atmosphärenchemie durch Organismen ausgelöst werden.
Doch das Leben erholt sich oft wieder. Tatsächlich hat sich das Leben auf der Erde trotz dieser regelmäßigen Rückschläge langfristig zu immer komplexeren Formen und ökologischer Organisation entwickelt.
Stressperioden und das daraus resultierende Massenaussterben stellen eine existenzielle Bedrohung für das gesamte Leben auf unserem Planeten dar. In einer im Mai auf der Preprint-Datenbank arXiv veröffentlichten Arbeit legen die Forscher jedoch dar, dass drastische Veränderungen der Umwelt auf der Erde langfristig Chancen für die evolutionäre Erforschung bieten und im Vergleich zu ruhigeren Perioden tendenziell eine größere biologische Vielfalt und bevölkerungsreiche, stabile Zustände unter den überlebenden Arten ermöglichen. Auf einer Skala von Dutzenden Millionen bis Hunderten Millionen Jahren könnte das Leben als Ganzes durch diese Ereignisse sogar widerstandsfähiger werden, so die Autoren.
„Diese Ereignisse können entweder eine Katastrophe oder das Beste sein, was unserem Planeten passiert ist, je nachdem, welchen Standpunkt man einnimmt“, sagte Arwen Nicholson, Planetenforscher an der Universität von Exeter in Großbritannien und Mitautor der Studie, gegenüber kosmischeweiten.de.
Inhaltsübersicht
Die Geschichte des Lebens auf der Erde
In der neuen Arbeit nehmen die Autoren eine so genannte „gaianische“ Perspektive des Lebens und seiner Beziehung zur Erde ein. Diese Theorie besagt, dass das Leben mit nicht-lebenden Prozessen auf der Erde interagiert und diese verändert, wie z. B. den Kohlenstoffkreislauf, um die Bedingungen für das Leben auf dem Planeten als Ganzes aufrechtzuerhalten – und sogar zu verbessern. Eine Analogie für diese Beziehung ist, wie unser Körper die Homöostase aufrechterhält, um physiologische Variablen zu regulieren, die für unser Überleben wichtig sind, wie Körpertemperatur und Blutzuckerspiegel.
Auf diese Weise reguliert das Leben die physikalischen Prozesse auf der Erde mit dem Ziel, lebensfreundliche Bedingungen auf dem Planeten aufrechtzuerhalten – planetarische Homöostase, wenn man so will.
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Ein potenziell bedeutendes Problem für diese Ansicht ist jedoch, dass das Leben nicht immer Bedingungen schafft, die für das Leben als Ganzes vorteilhaft sind. Nehmen wir zum Beispiel das Große Oxidationsereignis, das irgendwann zwischen 2,4 Milliarden und 2,1 Milliarden Jahren stattfand. Dieses Ereignis, das durch die Entwicklung photosynthetischer Cyanobakterien verursacht wurde, die eine noch nie dagewesene Menge an Sauerstoff in die frühe Erdatmosphäre pumpten, veränderte die Oberflächenchemie unseres Planeten drastisch.
„Damals wäre es für die meisten Organismen auf der Erde ein großer Schock gewesen, weil Sauerstoff aufgrund seiner Reaktivität so giftig sein kann, aber genau deshalb ist er auch so nützlich für uns“, sagte Nicholson.
In dieser Zeit starb die große Zahl der angepassten anaeroben Arten aus, die die sauerstoffreiche Umgebung nicht vertragen konnten. „Die tiefen Ozeane waren zu diesem Zeitpunkt noch nicht oxidiert und boten wahrscheinlich Leben, das nicht an Sauerstoff gewöhnt war, Zuflucht“, so Nicholson. Wenn das Leben nach der gaianischen Sichtweise dazu gedacht ist, Bedingungen zu schaffen, die für die Bewohnbarkeit der Erde insgesamt günstig sind, warum dann die Massenproduktion eines Elements, das für das meiste Leben giftig ist?
In ihrer Studie stellen die Autoren fest, dass dies zwar kurzfristig ein Problem für das Leben gewesen sein mag, dass aber diese Zeit des selbst auferlegten Stresses langfristig auch die Widerstandsfähigkeit des Lebens erhöht haben könnte. Denn die Evolution des eukaryotischen und mehrzelligen Lebens wurde durch die höheren Sauerstoffkonzentrationen ermöglicht, die es der aeroben Atmung ermöglichten, sich durchzusetzen, und die zu einer weitaus höheren Energieverfügbarkeit für das Leben führten.
Das Leben erholte sich auch nach späteren Stressperioden, etwa wenn die Erde von Massenvergletscherungen heimgesucht wurde, bei denen der Planet fast vollständig mit Schnee bedeckt war.
„Es gab Zeiträume, in denen die Erde während des Proterozoikums (vor 2,5 Milliarden bis 541 Millionen Jahren) gefroren war, eine extreme Umgebung, aber das Leben überlebte“, sagte Nicholson. „Und sehr bald nach der letzten vollständigen Vergletscherung kam es zur kambrischen Explosion, in der sich das Leben diversifizierte und Organismen entstanden, die uns ähnlich sind.“
All dies wirft eine Frage auf: Haben diese Stressperioden dem Leben den Weg geebnet, um widerstandsfähiger und komplexer zu werden?
„Da das Leben immer auf dem aufbaut, was vorher da war, sehen wir, dass das System zur Komplexität tendiert, wenn das Leben nicht völlig ausstirbt“, so Nicholson. Selbst wenn die Gesamtpopulation der Organismen während eines Aussterbeereignisses reduziert wird, verfügt das übrig gebliebene Leben immer noch über die evolutionären Innovationen, Stoffwechselvorgänge und Strukturen, die zuvor entwickelt wurden. Wenn sich dann die Tragfähigkeit für das Leben öffnet – etwa nach dem Schmelzen eines Schneeballs auf der Erde -, kann das Leben auf seinen früheren Innovationen aufbauen und mehr Vielfalt und Populationen von Organismen schaffen.
„Ja, es gab Zeiten des Umbruchs, aber ohne sie wären wir nicht hier“, sagte Nicholson.
Ein künstlerischer Eindruck einer „Schneeball-Erde“. (Bildnachweis: NASA)
Was bedeutet das jetzt für uns?
Die menschlichen Aktivitäten – durch die Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre und die Zerstörung von Lebensräumen mit großer biologischer Vielfalt wie Korallenriffen und Regenwäldern – sind ein modernes Beispiel für lebende Systeme, die die gesamte Biosphäre der Erde belasten.
Es könnte also verlockend sein, dieses Argument auf die aktuelle Krise der biologischen Vielfalt anzuwenden, um unsere Verantwortung zu mindern – schließlich wird das Leben auf lange Sicht überleben. Das mag der Fall sein, aber es wird mit ziemlicher Sicherheit eine schlechte Nachricht für uns und die Arten sein, mit denen wir den Planeten teilen.
Diese Stressphasen gehen oft mit dem Zusammenbruch von Schlüsselarten im globalen Ökosystem einher. Wir brauchen uns nur an den durch Asteroiden verursachten Zusammenbruch der Dinosaurier zu erinnern, um zu sehen, welche Auswirkungen große Störungen der Umwelt auf der Erde auf diese Schlüsselarten haben können. Die Wiederherstellung der biologischen Vielfalt nach solchen Ereignissen vollzieht sich in Zeiträumen von Dutzenden bis Hunderten von Millionen Jahren – Zeiträume, die die kurze Zeitspanne, in der es den Homo sapiens gibt, in den Schatten stellen.
„Das Wichtigste für uns ist, dass es uns so gefällt, wie es jetzt ist“, sagte Nicholson. „Wir sind eine Spezies, die sich an ganz bestimmte Bedingungen angepasst hat. Wir brauchen eine Biosphäre, die uns unterstützt.“
Was bedeutet das für komplexes Leben im Universum?
Wenn Stressperioden für das Leben als Ganzes den Trend zu zunehmender Komplexität auf lange Sicht begünstigen, dann hat dies interessante Auswirkungen auf unsere Suche nach außerirdischem Leben.
Betrachten wir die langsame evolutionäre Innovation während der „langweiligen Milliarde“ – ein Zeitraum von etwa einer Milliarde Jahren, von vor etwa 1,8 Milliarden bis 800 Millionen Jahren, in dem die Temperatur und die chemischen Bedingungen auf der Erde relativ stabil blieben, wie Fossilienaufzeichnungen zeigen. Allerdings kam die evolutionäre Innovation – und damit die Fähigkeit des Lebens, komplexere Formen anzunehmen – relativ zum Stillstand.
Wenn evolutionäre Innovation und Komplexität während solcher stabilen Zustände gehemmt werden, könnte es Sinn machen, dass wir nach Planeten oder Monden suchen, die Stressperioden durchlaufen, um komplexes Leben zu finden, sagte Nicholson.
„Planeten, die Stressperioden durchlaufen, könnten dann mit größerer Wahrscheinlichkeit komplexes Leben beherbergen, da die Biosphären mehr Möglichkeiten hatten, sich zu verändern und anzupassen – es sei denn, sie sterben völlig aus“, erklärte sie.
Zum Glück für uns hat das empfindliche Gleichgewicht zwischen Stressperioden und deren Regelmäßigkeit und Intensität es dem Leben ermöglicht, sich in fast jeder ökologischen Nische auf dem Planeten zu diversifizieren und komplexe Organismen wie unsere Spezies hervorzubringen. Vielleicht sollten wir, wenn wir anderes komplexes Leben finden wollen, nicht nach einer balsamischen Oase suchen, in der sich nichts verändert, sondern nach einem Ort, an dem sich das Leben anpassen, lernen und alles überwinden muss, was das Universum ihm vorsetzt. Was das Leben nicht auslöscht, wie Nicholson und ihre Co-Autoren vorschlagen, macht es vielleicht stärker.
