Von der Explosion der Arten bis zum Ende des Neogen: 537 Millionen Jahre Erdgeschichte

Fortsetzung von: „Die Entstehung des Lebens“

Die kambrische Explosion der Arten

In diese Idylle platzt Knall auf Fall die kambrische Explosion. In einem Zeitraum von nur wenigen Millionen Jahren – nach erdgeschichtlichen Maßstäben also fast über Nacht – entstehen die Stämme nahezu aller heute lebenden Tierarten. Es scheint, dass das Leben, nachdem es sich drei Milliarden Jahre lang Zeit gelassen hatte, es nun auf einmal eilig hat. Tatsächlich aber wäre der plötzliche Aufbruch ohne die über Äonen währende gründliche Vorbereitung nicht möglich gewesen. Unablässig hatte das Leben zunächst an stabilen biochemischen Zyklen, dann an einer effizienten Energieversorgung und schließlich an arbeitsteiligen Gewebestrukturen gefeilt. All dies waren zwingende Voraussetzungen, für die nun beginnende atemberaubende Beschleunigung.

Im Kambrium kommt es zu einer explosionsartigen Vermehrung der Artenvielfalt

Das erste Wettrüsten

Ein hoher Sauerstoff- und Mineralgehalt im Wasser begünstigt die Entwicklung der ersten schnellen und mit einem primitiven Sehvermögen ausgestatteten Raubtiere. Als sie die Bühne der Evolution betreten, ist es mit der Gemütlichkeit vorbei: Alle orientierungs- und schutzlosen Tiere sind für die Jäger nun eine leichte Beute. Der evolutionäre Stress im Wasser nimmt rasant zu. Doch Not macht erfinderisch. Die in die Defensive gekommenen Arten reagieren mit Gehäusen, Panzern, verbesserten Sinnesorganen und zwingen die Prädatoren ihrerseits nachzuziehen; es kommt zu einem regelrechten Wettrüsten zwischen Jägern und Gejagten. Kalkdepots, die ursprünglich dazu dienten, das Zellgift Kalzium zu neutralisieren und verhärtete Eiweißstrukturen liefern die Materialien für zwei grundlegend neue Bauprinzipien: Innen- und Außenskelette verleihen den bislang amorphen Tieren Schutz und Stabilität. Vor 530 Millionen Jahren bevölkern die frühen Vertreter der beiden neuen Stämme die Urmeere: Wirbeltiere mit einer zunächst noch knorpeligen inneren Kalzium-Stützstruktur, und Gliederfüßer mit ihren außen getragenen Chitinpanzern.[i] 

Bei beiden Stämmen sammeln sich an dem in Bewegungsrichtung weisenden Körperende lichtempfindlichen Nervenzellen, einfache Sensoren, aus denen sich die Augen entwickeln werden. Die Verarbeitung der Lichtimpulse lässt den benachbarten Nervenknoten nach und nach wachsen. Aus einer Verlängerung der Wirbelsäule entwickelt sich mit der Zeit bei den Wirbeltieren ein Schädelknochen, der das immer wichtiger werdende Nervenzentrum schützt.

Schlüsselereignis	Bedeutung	Vor … Jahren
Urknall	Entstehung von Zeit, Raum und Materie	13,8 Mrd.
Erste Atome	Stabile Systeme aus Elementarteilchen und Grundkräften	13,7996 Mrd.
Sterne	Licht, Elemente schwerer als Helium, Galaxien	13,6 Mrd.
Unser Sonnensystem	Entstehung von Planeten und Monden	4,6 Mrd.
Chemische Evolution	Komplexe organische Moleküle auf der Erde	4,0 Mrd.
Leben	Beginn der biologischen Evolution	3,8 Mrd.
Photosynthese	Speicherung von Sonnenlicht; Lösung der ersten Energiekrise	2,8 Mrd.
Sauerstoffatmung	Effiziente Energiegewinnung durch vollständigen Zuckerabbau	2,0 Mrd.
Eukaryoten	Zellen mit getrennten Reaktionsräumen	1,8 Mrd.
Vielzeller	Arbeitsteilige Zellkolonien, Tod als Zwangsläufigkeit	1,5 Mrd.
Sex	Erhöhung der Variabilität, sexuelle Auslese	1,2 Mrd.
Nervennetze	Koordination komplexer Organismen	650 Mio.
Wirbeltiere	Innenskelett als überlegenes Bauprinzip	530 Mio.
Landgang des Lebens	Umgang des Lebens mit Gravitation und Trockenheit	480 Mio.
Warmblütigkeit	Umweltunabhängige Reaktionsbedingungen	200 Mio.
Gattung Mensch	Säugetiere mit Bewusstsein, Sprache und Kultur	2,3 Mio.

Landgang

Vor etwa 480 Millionen Jahren kommt es zum nächsten Entwicklungssprung: Nach Tausenden von Millionen Jahren verlässt das Leben erstmals sein angestammtes Element. Die Pioniere, die den ersten Landgang wagen, sind unscheinbare Pflanzen, aus Grünalgen hervorgegangene Urahnen der heutigen Moose. An Land finden sie gute Bedingungen: Wasser, intensives Sonnenlicht und große Mengen des wichtigsten Baustoffs Kohlendioxid, der sich leicht der Luft entnehmen lässt. Die rasche Vermehrung der Landpflanzen verringert den Anteil des CO2-Treibhausgases in der Atmosphäre; erneut kommt es zu einer drastischen Abkühlung; einmal mehr fallen zahllose Arten dieser neuen Klimakatastrophe zum Opfer.

In den folgenden Jahrmillionen breitet sich das Leben entlang der Flüsse und Seen aus; Moose und Farne entstehen. Vor 400 Millionen Jahren – ein Erdentag dauert bereits fast 22 Stunden – erscheinen im Meer die ersten Knochenfische, die über ein viel härteres Innenskelett verfügen. Schon bald darauf macht eine Unterklasse der Knochenfische eine revolutionäre Erfindung: die Lunge, ein neuartiges Organ, das es seinen Besitzern erstmals ermöglicht, den stark konzentrierten Sauerstoff oberhalb der Meeresoberfläche zu atmen.

Vor etwa 370 Millionen Jahren entsteht in den flachen, schlammigen Uferzonen der Urmeere aus den Lungenfischen eine neue Wirbeltierklasse, die Amphibien. Um sich fortpflanzen zu können, sind sie noch immer auf das Wasser angewiesen, doch ansonsten ist nun das trockene Land ihr Element. Dort krabbelt und wimmelt es bereits. Die wirbellosen Vorfahren unserer heutigen Spinnen und Insekten hatten den Landgang bereits vor den Amphibien gewagt. Nun bieten sie diesen eine praktische Nahrungsquelle. Weitaus schwieriger als die Ernährungsfrage ist für die ersten Landwirbeltiere der Umgang mit der Schwerkraft. Das Auftriebsprinzip wirkt an der Luft kaum, sie müssen nun ein Vielfaches ihres bisherigen Gewichts tragen. Der hohe Sauerstoffgehalt der Luft erweist sich bei dieser Kraftanstrengung als hilfreich. Unter dem gravitativen Zwang entwickeln sich aus den unterseitigen Flossen vier kräftige Extremitäten. Das auf je zwei Vorder- und Hinterbeinen basierende tetrapodische Konstruktionsprinzip wird zum gemeinsamen Merkmal aller künftigen Landwirbeltiere.

Lebte vor rund 150 Millionen Jahren: der Brontosaurus

Reptilien

Während der folgenden 60 Millionen Jahre verschwinden weite Teile der Erdoberfläche unter ausgedehnten Wäldern aus baumartigen Farnen. In der Karbonzeit entstehen durch Sauerstoffabschluss die Steinkohleflöze, die einst die Industrielle Revolution des 19. Jahrhunderts befeuern werden. Unterdessen haben sich die Amphibien aufgemacht, das Binnenland zu erobern. Eine schwierige Mission, denn das Leben bleibt nach wie vor auf Wasser angewiesen. Um den Organismus vor Austrocknung zu schützen, bilden sich nach und nach dicke Hautschichten aus. Ein Harnsystem entwickelt sich, das den internen Wasserverbrauch minimiert. Auch die nächtliche Kälte an Land ist ein Problem, denn die Stoffwechselreaktionen müssen auch bei schwankenden Temperaturen stets aufrechterhalten werden. Die Lösung besteht in einer Anpassung an die Umgebungstemperatur, eine Fähigkeit, die die ersten Landbewohner im Ansatz bereits aus dem Meer mitgebracht haben. Mit Sonnenuntergang verfallen die Amphibien in eine energiesparende Kältestarre, die das Aktivitätsniveau sämtlicher Lebensfunktionen auf das Äußerste reduziert – unser nächtliches Schlafbedürfnis ist ein evolutionäres Erbe dieser Strategie. In kalten Breitengraden kommt eine mehrere Monate anhaltende Winterstarre hinzu. Mit diesen Fähigkeiten ausgestattet, beginnen die Landwirbeltiere vor 300 Millionen Jahren selbst in eisige Klimazonen vorzudringen.

Tektonik

Die veränderten Auswahlmechanismen außerhalb des Wassers lassen nach und nach aus den Amphibien die Reptilien entstehen. Die neue Wirbeltierklasse ist in der Lage, sich an Land fortzupflanzen, indem sie ihre Brut mit Kalkschaleneiern vor Austrocknung schützt. Während die Wirbeltiere ihren Grundbauplan so schrittweise weiterentwickeln, wird sich das Bauprinzip der konkurrierenden Gliederfüßer in den folgenden Jahrmillionen als evolutionäre Sackgasse erweisen: Mechanische Grenzen beim Wachstum des Außenskeletts und Defizite einer nicht auf Lungen, sondern lediglich auf Tracheen basierenden Sauerstoffversorgung beschränken die Möglichkeiten des Tierstamms.

Vor 200 Millionen Jahren – zwischenzeitlich hat giftige Vulkanasche 95% aller Tierarten im Meer und zwei Drittel aller Landtierarten ausgerottet – verbindet eine große, zusammenhängende Landmasse namens Pangaea den Nordpol mit dem Südpol. Auf dem Riesenkontinent haben sich innerhalb der Reptilien verschiedene Ordnungen herausgebildet, von denen sich insbesondere die Schildkröten und Krokodile als sehr langlebige Erfolgsmodelle erweisen werden. Sie bleiben jedoch zunächst im Schatten einer anderen Reptiliengruppe, die am Beginn einer fulminanten Karriere steht: die Dinosaurier. Sie erleben in den geologischen Perioden des Jura und der Kreidezeit ihre große Blüte. 140 Millionen Jahre lang dominieren Echsen aller Größenordnungen und Erscheinungsformen das tierische Landleben. Ein Sauerstoffanteil in der Atmosphäre von fast 30 % begünstigt die Entstehung gigantischer Arten, bis zu 30 Meter lang, acht Meter hoch und über 70 Tonnen schwer.

Der Urkontinent Pangaea

Die Evolution der Pflanzen

Auch die Pflanzen machen bemerkenswerte Fortschritte. Am Übergang vom Jura zur Kreide taucht eine neue Gewächsform auf, die Blütenpflanzen. Sie haben eine innovative Fortpflanzungsstrategie entwickelt, bei der die Samen von Fruchtblättern bedeckt werden. Ihr Erfolg beruht auch auf einer Symbiose mit Insekten, die mit Düften und Farben angelockt werden und helfen, Selbstbestäubungen zu vermeiden. Dadurch erhöht sich die Variabilität der nächsten Generation, was die Bedecktsamer zu den dominierenden Landpflanzen werden lässt. Die Welt ist bunter, aber einmal mehr auch komplexer geworden.

Vögel

Bereits während der Hochphase der Echsen entstehen zwei neue, zunächst noch völlig unscheinbare Klassen von Landwirbeltieren. Vor etwa 150 Millionen Jahren, am Ende des Jura, erscheinen die Vögel auf der ökologischen Bühne. Ihre Ahnen waren kleinwüchsige, räuberische Dinosaurier, die sich allein auf den Hinterbeinen fortbewegten. Federn, zunächst wahrscheinlich nur ein reiner Kälteschutz, befähigen die Vögel mit der Zeit zum Fliegen. Eine noch bedeutsamere Neuerung ist die Entwicklung zweier getrennter Herzkammern. Das Mehr an Energie, das der verbesserte Gasaustausch zur Verfügung stellt, kann nun in eine revolutionäre Technik investiert werden: Die Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur.

Die fantastischen Säugetiere

Auch die andere junge Wirbeltierklasse, die Säugetiere, hat diese Fähigkeit. Ihre frühesten, nur drei Zentimeter langen, mausähnlichen Vertreter tauchen bereits 45 Millionen Jahre vor den ersten Vögeln auf. Anders als die Vögel behalten die Säugetiere ihre Reptilienzähne. Ein filigranes System aus Trommelfell und Gehörknöchelchen ermöglicht eine differenzierte Aufnahme von Schallwellen, mit denen die Säuger sowohl leisere als auch höhere Töne wahrzunehmen vermögen als ihre Konkurrenten. Das hornartige Protein Keratin, das bei den Vögeln die Federn bildet, wird bei den Säugern zum Baustoff für ein wärmeisolierendes und wasserabweisendes Fell. Ihre wichtigste Innovation aber ist, dass Säugetiere keine Eier mehr legen, sondern lebende Junge gebären, die sie in der frühen Lebensphase mit einem zucker-, fett- und eiweißhaltigen Drüsensekret der Muttertiere ernähren.

Ihre Fähigkeit, mittels Mikrovibrationen der Muskelfasern Wärme zu erzeugen und so die eigene Körpertemperatur zu regulieren, erlaubt es Vögeln und Säugern, sich mehr als alle anderen Tiere zuvor, von Umweltbedingungen unabhängig zu machen. Konstante chemische Reaktionsbedingungen erweisen sich als gewichtiger Wettbewerbsvorteil: Gleichwarme Tiere haben ein schnelleres Reaktionsvermögen, können nachts, wenn wechselwarme Tiere in hilflose Kältestarre verfallen, auf Jagd gehen und selbst in den kältesten Klimazonen überleben. Die evolutionäre Neuerung hat allerdings ihren Preis: Das interne Heizungssystem ist auf eine hohe und kontinuierliche Energiezufuhr angewiesen. Das verleiht Vögeln und Säugern etwas Rastloses.

Gleichwarme Tiere müssen nun eine Vielzahl komplexer Regelkreise aufrechterhalten: Körpertemperatur, Wasserhaushalt, ein Abwehrsystem gegen invasive Einzeller und Viren. Vor allem aber muss eine Flut von Sinnesseindrücken verarbeitet werden, die aus einer immer undurchsichtiger werdenden Umwelt auf den Organismus einprasseln. Die steigenden Anforderungen an das Informationsverarbeitungssystem haben aus dem winzigen Nervenknoten der frühen Vielzeller ein komplexes Steuerungsorgan werden lassen, in dem die Evolution eine Vielzahl einfacher, aber bewährter Verhaltensprogramme abgelegt hat.

Schon wieder ein Massensterben

Die Kreidezeit geht vor rund 70 Millionen Jahren mit einem weiteren Massensterbeereignis zu Ende. Die Riesenechsen, die so lange die Landfauna geprägt hatten, verschwinden wieder von der Erdoberfläche, vielleicht in Folge eines gewaltigen Meteoriteneinschlags im heutigen Mexiko, der eine neue Eiszeit auslöst. Die für Großreptilien tödlichen Veränderungen erweisen sich für die kleinen, agilen, warmblütigen Arten als Glücksfall. Sie kommen mit der Kälte gut zurecht und besetzen nun die ökologischen Nischen, die ihnen die Saurier hinterlassen haben.

Vor 55 Millionen Jahren haben die Bruchstücke des mittlerweile zerfallenen Superkontinents Pangaea im Wesentlichen die Positionen der heutigen Erdteile eingenommen. Der indische Subkontinent kollidiert mit der asiatischen Landmasse und beginnt den Himalaya aufzufalten. Südlich davon setzen warme Monsunregen ein, nördlich des Gebirges wird es merklich kühler. Das nordwärts driftende Afrika erzeugt eine ähnliche Wirkung: Zusammen mit Europa, dem unscheinbaren, zerklüfteten Wurmfortsatz Asiens, beginnt es das Mittelmeer zu umschließen. Durch den afrikanischen Druck auf die Apulische Platte entstehen die Alpen. Der Gebirgszug trennt nun die europäischen Luftmassen und lässt eine wärmere und eine kältere Klimazone entstehen.

In den folgenden 40 Millionen Jahren bleibt das Weltklima zumeist kühl. Einige Säugetiere, die Ahnen der heutigen Wale, Delphine und Robben, kehren wieder in das Element ihrer Vorfahren zurück. Vor rund 27 Millionen Jahren, am Ende des Paläogens, bildet sich zwischen Afrika und Eurasien eine Landbrücke, während Nord- und Südamerika, Australien und die Antarktis in ihrer geographischen Isolation verharren. Insbesondere in Australien und Südamerika entwickelt sich eine eigene Fauna, die von der Entwicklung der Säugetiere auf der Nordhalbkugel abgeschnitten bleibt.

Eine fast vertraute Welt

Die Welt am Übergang des Paläogens zum Neogen, vor 23 Millionen Jahren, erscheint uns schon recht vertraut. Ausgedehnte Sumpfwälder legen die Grundlage der heutigen Braunkohlevorkommen. Die von Bedecktsamern geprägte Flora ähnelt im Wesentlichen bereits der heutigen Pflanzenwelt und gerade macht sich die noch junge Ordnung der Gräser daran, außerhalb der Wälder die Landschaften zu erobern. Die Säugetiere haben sich weltweit verbreitet und zu stattlicher Größe entwickelt. Geschmeidige Raubkatzen, stolze Hirsche, flinke Antilopen und gemächliche Rüsseltiere durchstreifen die Wälder und offenen Graslandschaften fast aller Klimazonen. In der äußersten Schicht ihres Großhirns, dem Neokortex, werden zahllose Informationen zusammengeführt und zu einem entwickelten räumlichen Vorstellungsvermögen und differenzierten Sozialverhalten verknüpft.

Die tropischen Regenwälder sind in Folge der lang anhaltenden Abkühlung und Trockenheit auf dem Rückzug. Offene Baum- und Graslandschaften breiten sich aus. Während in Europa die Pyrenäen, der Jura und die Karpaten entstehen und sich in Nordafrika das Atlasgebirge auftürmt, kommt es im östlichen Afrika ebenfalls zu einer geologischen Veränderung, deren Folgen sich für den weiteren Verlauf der Erdgeschichte als ungleich grösser erweisen werden: Der Kontinent beginnt, mit der Geschwindigkeit, mit der ein Fingernagel wächst, auseinanderzubrechen. Entlang der Bruchkante entsteht in Nord-Süd-Richtung nach und nach ein langer, tiefer Graben.

Das Neogen: Eine Welt, die uns bereits vertraut vorkommt

Vor etwa drei Millionen Jahren stoßen die nord- und südamerikanischen Landmassen zusammen. Für die südamerikanischen Säugetiere ist dieses Ereignis eine Katastrophe: Über die Landbrücke des neu entstandenen Isthmus von Panama dringen räuberische Invasoren aus dem Norden ein, die innerhalb kurzer Zeit die meisten großen Arten auf dem Südkontinent verdrängen. Im weit entfernten Europa bewirkt die amerikanische Kollision eine deutliche Klimaänderung: Der von der afrikanischen Küste kommende Golfstrom, der zuvor weiter in den Pazifik trieb, wird nun in Richtung Nordosten umgelenkt; seine Wassermassen erwärmen nun die westeuropäischen Küsten. Die Kontinente haben ihre heutigen Formen und Positionen angenommen: Der amerikanische Doppelkontinent und Afrika bilden lange Nord-Südachsen, während die gigantische eurasische Landmasse von West nach Ost verläuft. Auf der Südhalbkugel finden sich die beiden kleineren, isolierten Kontinente Australien und die Antarktis. Die Anordnung von Kontinenten, Gebirgen, Gräben, Strömungen und Winden wird einen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung der Menschheit haben.

Die Welt am Ende des Neogens

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Bildnachweise: 

Pangäa

Kambrische Explosion

Eiszeit am Ende des Neogen

Anmerkungen:

[i] Für Nerds: Aus taxonomischer Sicht sind Wirbeltiere ein Unterstamm der Chordatiere, von denen sie allerdings rund 98% aller bekannten Stammesangehörigen repräsentieren. Die beiden Stämme gingen nicht nur beim Skelettdesign, sondern auch beim Sauerstofftransport getrennte Wege. Weich- und Krebstiere entwickelten ein System, das auf dem Element Kupfer beruht und ihr Blut deshalb blau färbt. Wirbeltiere setzten beim Sauerstofftransport hingegen auf das rotfärbende Eisen.