Die Frage nach dem Ursprung des Lebens hat die Menschen beschäftigt, seit sie zum ersten Mal über unseren Platz auf der Erde und im Universum nachdachten. Das Thema weckt oft Emotionen – erstens, weil es uns selbst betrifft, und zweitens, weil die Biochemiker noch keine umfassende Erklärung für die einzelnen Schritte haben, die zum Leben auf unserem Planeten geführt haben.
Eine nicht-wissenschaftliche Idee Viele Menschen sind so erzogen worden, dass sie bestimmte Prinzipien unhinterfragt akzeptieren, von denen eines ist, dass das Leben durch einen Gott oder Götter entstanden ist. Die theologische oder philosophische Vorstellung, dass das Leben durch einen solchen übernatürlichen Prozess entstanden ist, ist ein Glaube. Zugegeben, es mag ein guter Glaube sein, aber es bleibt eben nur ein Glaube, denn es gibt keine eindeutigen Informationen, die in einem wissenschaftlichen Labor oder vor einem Gericht akzeptiert werden könnten, die die Entstehung des Lebens durch ein oder mehrere übernatürliche Wesen bestätigen. Die Wissenschaftler verfügen über keinerlei eindeutige Daten, die die Vorstellung stützen, dass jemand oder etwas vor langer Zeit bereits geschaffenes Leben auf dem Planeten Erde deponiert hat. Außerdem gibt es keine bekannte Möglichkeit, die Idee, dass göttliches Eingreifen das Leben erschaffen hat, experimentell zu testen.
Die Wissenschaft ist agnostisch, wenn es um Gott geht – nicht atheistisch, wie manche Leute dieses belastete Wort fälschlicherweise lesen wollen – nur agnostisch. Abgesehen von persönlichen Gefühlen oder kulturellen Überzeugungen, wissen die meisten professionellen Wissenschaftler einfach nicht, was sie von einem Gott oder Göttern halten sollen. Wir haben einfach keine belastbaren Daten, auf die wir uns stützen könnten.
Der Glaube, dass das Leben plötzlich durch einen vitalistischen Prozess entstanden ist, liegt außerhalb des Bereichs der modernen Wissenschaft. Die heutige wissenschaftliche Methode, die eine auf logischen Überlegungen basierende Untersuchung ist, die durch experimentelle und beobachtende Tests unterstützt wird, kann nicht verwendet werden, um übernatürliche Vorstellungen über den Ursprung des Lebens zu untersuchen. Dementsprechend scheinen solche Ideen, die nicht einmal prinzipiell beweisbar sind, dazu bestimmt zu sein, für immer Glauben zu bleiben und somit außerhalb der Wissenschaft zu stehen.
Drei wissenschaftliche Vorschläge Mehrere alternative Theorien für den Ursprung des Lebens erfordern nicht die Hilfe von übernatürlichen Wesen. Jede dieser Theorien stützt sich auf natürliche Prinzipien und kann experimentell überprüft werden. Diese Theorien basieren also eher auf der Wissenschaft als auf der Theologie, und nur eine von ihnen hat bisher den Test der Zeit, der Kritik und der Debatte überstanden.
Erstens könnte das Leben auf der Erde durch Panspermie entstanden sein, was „Keime überall“ bedeutet. Diese auch als Exogenese bezeichnete Idee besagt, dass mikroskopisch kleine lebende Organismen aus dem Weltraum auf unseren Planeten gekommen sind. Ein Asteroid oder Komet, der vielleicht primitive Zellen oder einfache Bakterien enthielt, könnte irgendwann in der Vergangenheit auf die Erde gestürzt sein, woraufhin sie sich über Milliarden von Jahren zu den fortgeschritteneren Lebensformen entwickelten, die heute auf unserem Planeten verbreitet sind. Allerdings wurde noch nie nachgewiesen, dass Meteoriten – die gelandeten Trümmer von Asteroiden und Kometen – echtes Leben beherbergen.
Der Grundgedanke der Panspermie ist, dass primitives Leben, das irgendwo anders entstanden ist, durch eine Kollision mit einem anderen Objekt, das bereits Leben beherbergte, auf der Erdoberfläche abgelagert wurde. Die meisten Weltraumforscher argumentieren jedoch, dass ungeschütztes einfaches Leben die raue Umgebung des Weltraums oder den feurigen Sturz in unsere Atmosphäre wahrscheinlich nicht überleben würde. Die energiereiche Strahlung und die Hochgeschwindigkeitsteilchen im interplanetaren und interstellaren Raum sowie die heftige Reibung und die große Hitze bei der Bewegung durch die Luft würden mit ziemlicher Sicherheit jede Form von Leben auf dem Rücken kleiner Himmelskörper zerstören. Andererseits könnten mikroskopisch kleine Sporen solche fremden Bedingungen überleben, vorausgesetzt, sie sind tief in das ankommende Gestein eingebettet. Wenn Biologen in letzter Zeit etwas Neues über das Leben gelernt haben, dann, dass das Leben sehr widerstandsfähig ist und oft in der Lage ist, in extremen Umgebungen zu überleben.
(Es gibt viele abwegige Versionen der Panspermie-Idee, von denen die vielleicht seltsamste ist, dass das Leben auf der Erde aus dem Müll entstanden ist, der vor Äonen von außerirdischen Reisenden hier abgeladen wurde! Ebenso könnten Außerirdische unseren Planeten absichtlich besiedelt haben, und sei es nur aus missionarischem Eifer. Diese und andere bizarre Varianten der Panspermie-Theorie haben jahrzehntelang Science-Fiction-Autoren beflügelt, aber arbeitende Wissenschaftler begnügen sich damit, sie als echte „Müll-Theorien“ zu betrachten.)
Ein verwandter Aspekt der Panspermie ist in letzter Zeit populär geworden – manche nennen ihn „schwache Panspermie“ -, bei der nur die Zutaten für Leben, aber nicht das Leben selbst aus dem Weltraum auf die Erde gebracht werden. Angesichts der zahlreichen Entdeckungen organischer Moleküle im interstellaren Raum in den letzten Jahrzehnten (siehe STELLAR EPOCH) haben einige Forscher vorgeschlagen, dass nicht unbedingt das Leben selbst, sondern die für das Leben erforderlichen chemischen Grundstoffe in Kometen oder Asteroiden eingebettet auf die Erde gelangt sein könnten. Diese Moleküle könnten dann als Saatgut fungiert haben, das nach und nach auf natürlichem Wege Leben hervorbrachte, wie weiter unten erläutert wird. Es stimmt, dass einige Meteoriten, insbesondere die kohlenstoffhaltigen Chondrite, von denen bekannt ist, dass sie viel Kohlenstoff enthalten und von den alten Asteroiden stammen, eine Reihe von chemischen Stoffen enthalten, darunter auch die Bausteine des Lebens, die offenbar den Flug durch die Erdatmosphäre überlebt haben.
Der Murchison-Meteorit, der 1969 in der Nähe von Murchison, Australien, niederging, ist das beste Beispiel für diese Art von Boliden, die Rohstoffe enthalten, die das Leben auf der Erde vor mehreren Milliarden Jahren in Gang setzen könnten. Andere Meteoriten enthalten nachweislich blasenartige organische Kügelchen, die denen ähneln, die in den weiter unten in diesem CHEMISCHEN EPOCH beschriebenen Laborsimulationen des Lebensursprungs erzeugt werden, wobei der jüngste Bolide nur wenige Tage nach Beginn des neuen Jahrtausends im kanadischen Yukon-Territorium landete. Darüber hinaus wurden einfache organische Stoffe in einigen gut untersuchten Kometen wie Halley, Hale-Bopp und Hyakutake nachgewiesen, die kürzlich bei ihrem Besuch im inneren Sonnensystem unseren Himmel beehrten. Zumindest zeigen diese Funde, dass sich die für das Leben notwendigen Moleküle in einer interplanetaren oder interstellaren Umgebung bilden können und dass sie nach ihrem feurigen Abstieg unbeschadet die Erdoberfläche erreicht haben könnten.
Andererseits argumentieren viele Biochemiker, dass sich organische Chemikalien ebenso leicht (und vielleicht sogar eher) auf der Erde selbst gebildet haben könnten, ohne dass man im Weltraum nach Antworten auf irdische Rätsel suchen müsste. Selbst wenn die Idee der Panspermie eines Tages zu einer vielversprechenderen Idee für den Ursprung des Lebens auf der Erde wird, kann sie nicht als gültige Theorie für den Ursprung des Lebens selbst angesehen werden. „Starke Panspermie“ (bei der intaktes Leben wie Manna vom Himmel auf die Erde fällt) verlagert die Frage nach dem Ursprung des Lebens lediglich an einen anderen, unbekannten Ort im Universum.
Eine andere Theorie über den Ursprung des Lebens – eine, die sich direkt mit dem ultimativen Ursprung des Lebens selbst befasst – trägt den Namen Spontangenerierung. Hier geht man davon aus, dass das Leben ziemlich plötzlich und voll entwickelt aus einer besonderen Anordnung von Nicht-Leben hervorgegangen ist. Diese Vorstellung war noch vor einem Jahrhundert populär, allerdings nur, weil sich die Menschen von ihren Sinnen leiten ließen. So tauchen zum Beispiel oft kleine Würmer auf verrottenden Abfällen auf, und Mäuse scheinen sich manchmal spontan aus schmutziger Wäsche zu winden. Solche Phänomene wurden einst als Beweis für die spontane Entstehung neuen Lebens aus den verwesenden Überresten alten Lebens angeführt. Doch obwohl die Beobachtungen richtig waren, stimmten die Interpretationen dieser Beobachtungen nicht. Vor kaum einem Jahrhundert wussten die meisten Naturforscher noch nicht, dass Fliegen ihre Eier oft auf Müll ablegen, aus denen dann Würmer schlüpfen. Auch Mäuse entstehen nicht in schmutzigen Bettlaken, obwohl sie sich dort vielleicht gerne verstecken.
Die Theorie der spontanen Entstehung erwies sich als falsch, als Wissenschaftler begannen, Laborexperimente sorgfältig zu überwachen. Vor allem der französische Chemiker Louis Pasteur aus dem 19. Jahrhundert war einer der ersten Forscher, der Experimente unter sterilen Bedingungen durchführte. Durch den Einsatz speziell entwickelter Geräte konnte er zeigen, dass jedes Luftpaket neben anderen unsichtbaren Verunreinigungen auch Mikroorganismen enthält. Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen und eine genaue Untersuchung kommt lebende Materie oft mit nicht lebender Materie in Kontakt, was den Eindruck erweckt, dass plötzlich Leben an Orten entsteht, an denen es vorher kein Leben gab. Indem er jedoch die Luft erhitzte und damit die Mikroorganismen zerstörte, widerlegte Pasteur die Idee der spontanen Entstehung von Leben gründlich. Einmal sterilisiert und isoliert, bleibt die Luft auf unbestimmte Zeit frei von Leben, selbst von mikroskopischem Leben.
Eine dritte Theorie über den Ursprung des Lebens ist als chemische Evolution bekannt. Nach dieser Theorie verwandeln sich einfache Atome und Moleküle durch vorbiologische Veränderungen langsam in die komplexeren Chemikalien, die zur Entstehung von Leben erforderlich sind. Die zentrale Prämisse der chemischen Evolution, die heute von den meisten Wissenschaftlern befürwortet wird, besagt, dass das Leben auf natürliche Weise aus dem Nichtleben entstanden ist. In diesem Sinne sind sich die Theorien der chemischen Evolution und der spontanen Entstehung ähnlich, aber die Zeiträume unterscheiden sich. Die chemische Evolution findet nicht plötzlich statt, sondern schreitet allmählich voran und baut schließlich komplexe Strukturen aus einfacheren Strukturen auf. Diese moderne Theorie legt also nahe, dass das Leben auf der Erde durch eine eher langsame Evolution der unbelebten Materie entstanden ist. Wie langsam und wann genau, wissen wir nicht.
Abschätzungen des Zeitraums, in dem die chemische Evolution stattgefunden hat, lassen sich aus dem Studium von Fossilien ableiten – den gehärteten Überresten toter Organismen, deren Skelettumrisse oder knöcherne Merkmale in alten Gesteinen erhalten sind. Abbildung 5.2 zeigt zum Beispiel, wie Sedimentgestein bei vielfacher Vergrößerung deutliche Hinweise auf die versteinerten Abdrücke alter einzelner Zellen – der einfachsten bekannten Form des Lebens – liefert. Radioaktive Tests beweisen, dass das Alter des Gesteins in der Regel 2-4 Milliarden Jahre beträgt. Man geht davon aus, dass dies die Zeitspanne ist, in der die Fossilien begraben waren und vermutlich im Gestein eingeschlossen waren, während es sich verfestigte, was sie zu einigen der ältesten jemals gefundenen Fossilien macht.
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ABBILDUNG 5.2 – Die durch ein Mikroskop aufgenommene Fotografie links zeigt versteinerte Zellen, die in kanadischem Gestein gefunden wurden, das radioaktiv auf ein Alter von ~3 Milliarden Jahren datiert wurde. Die Überreste dieser primitiven Organismen zeigen konzentrische Kugeln mit halbdurchlässigen Membranen und kleineren, angehängten Sphäroiden. Das Bild rechts zeigt eine vergrößerte Ansicht einer dieser uralten Zellen in aller Deutlichkeit. Die Innenwand des Fossils hat einen Durchmesser von ~10-3 cm (oder 10 Mikrometer). (E. Barghoorn) |
Wenn man weiß, dass die Erde vor ~4,5 Milliarden Jahren entstanden ist und dass die ältesten Gesteine vor ~4 Milliarden Jahren aus ihrem frühen geschmolzenen Zustand kristallisiert sind, kommt man zu dem Schluss, dass das Leben wahrscheinlich etwa eine Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde und <0,5 Milliarden Jahre nach der Abkühlung der Erdkruste entstanden ist, die das Leben ermöglichte. Da wahrscheinlich noch ältere, bisher unentdeckte Fossilien irgendwo in den Gesteinen der Erde vergraben liegen, vermuten wir, dass die primitivsten Lebensformen kaum mehr als ein paar hundert Millionen Jahre gebraucht haben, um sich chemisch aus dem Nichtleben zu entwickeln. Es ist sogar denkbar, dass sie noch weniger Zeit brauchten, sogar nur ein paar Jahrtausende oder Jahrhunderte. Hinweise auf die Geschichte und das Tempo der Entstehung des Lebens sind wahrscheinlich nicht nur in den alten Strukturen (Fossilien), sondern auch in den Zellen und Molekülen (Genen) der heutigen Organismen zu finden.