Essay: Zukunft des Lebens

Gaias b�se Schwester

Die Erde gleicht nicht der mythischen Gaia, der beh�tenden Mutter allen Lebens, sondern vielmehr der m�rderischen Medea.

Die beiden Viking-Raumsonden, die den zahlreichen M�glichkeiten des Scheiterns zum Trotz 1976 nach fast einj�hriger Reise heil auf dem Mars landeten, hatten vor allem eine Aufgabe: Anzeichen f�r Leben zu finden. Die Daten, die sie zur Erde funkten, waren daraufhin f�r fast alle Beteiligten eine herbe Entt�uschung. Die Oberfl�che des Mars erwies sich als �u�erst rau und unwirtlich, es gab keinerlei Anzeichen f�r organisches Leben.

F�r zwei NASA-Wissenschaftler jedoch, den Atmosph�renforscher James Lovelock und seine Fachkollegin Dian Hitchcock, war das keine wirkliche �berraschung. Bereits ein Jahrzehnt zuvor hatten sie aus Beobachtungen der Marsatmosph�re den Schluss gezogen, dass es auf dem Planeten kein Leben geben k�nne. Im Rahmen ihrer Forschungsarbeiten entwickelten sie eine der einflussreichsten und bahnbrechendsten wissenschaftlichen Theorien des 20. Jahrhunderts: die Gaia-Hypothese � benannt nach Gaia, der griechischen G�ttin der Erde, die als N�hrmutter allen Lebens gilt.

Neue wissenschaftliche Befunde deuten nun darauf hin, dass das Leben auf der Erde von v�llig anderer Art ist, als dem romantischen Bild von Gaia entspricht. Wenn man eine mythologische Mutterfigur f�r die Biosph�re suchen wollte, w�re die treffendere Wahl Medea, die Gattin des Argonauten Jason. Sie war eine Zauberin und Prinzessin � und sie t�tete ihre eigenen Kinder…

1. Medea � Gaias alter ego

16.11.2009, Dr. Anton Vogel, M�nchen

F�r die Wissenschaft bringt Peter Ward seit den Gaia-Forschungen James Lovelocks nichts Neues.
W�re das Leben auf Selbstt�tung angelegt, h�tte es in der Tat schon mehrere Gelegenheiten dazu gehabt. Wollte �Medea� das traurige �You can never win�-Spiel lediglich verl�ngern und das Leben sadistisch von einer Katastrophe zur n�chsten treiben? K�nnen wir aus Computer-Abst�rzen schlie�en, dass die Entwickler ihr System auf Selbstsabotage programmiert haben? Die Umst�nde auf der Erde waren, wie sie waren, und das Leben hat in verschiedenartiger Form seine Chancen genutzt. Freilich wurden die Karten mehrfach gewaltsam neu gemischt. Doch blieb die langfristige Balance trotz oder vielleicht gerade wegen solcher Einbr�che aufrecht erhalten.
Dass die Pflanzen CO₂ verbrauchen m�ssen, ist ihnen ebenso wenig vorzuwerfen wie der Sonne, dass sie mit zunehmendem Alter mehr Wasserstoff verbrauchen muss und dadurch hei�er wird.
Auch ist fraglich, wieweit der Umfang der Biomasse in Milliarden Tonnen Kohlenstoff tats�chlich Ausschlag gebend ist f�r ein grunds�tzliches, stabiles Funktionieren der Biosph�re zu einem bestimmten Zeitpunkt, so, wie es Peter Ward in seinem Buch �Medea Hypothesis� auf einer gedanklichen Zeitreise auch f�r die n�chsten 500 Millionen Jahre einr�umt (s. Chapter 8, "Predicted Future Trends of Biomass"). Wir Menschen haben uns nun einmal nicht auf den bl�henden Mikrobenmatten des Pr�kambriums entwickelt, die eine sehr viel h�here Biomasse enthielten als alle heutigen Reiche des Lebens (Prokaryoten, Eukaryoten, h�here Organismen). Trotz r�ckl�ufiger Biomasse und stagnierender Artenentwicklung h�lt unser Planet eine Vielzahl an M�glichkeiten, aber auch Gefahren und Handlungsnotwendigkeiten f�r uns bereit. Die Aufforderung, diese M�glichkeiten zu nutzen, ist der positive Schluss von Wards Buch. Ab hier stimme ich mit dem Autor �berein. Gaia alias Medea w�rde es sicher auch tun.

2. Inhaltlicher Fehler

17.11.2009, Dr. Wilhelm Richard Baier, Graz

Grunds�tzlich konnte ich dem Artikel einiges abgewinnen, allerdings bin ich �ber einen sachlichen Fehler gestolpert:
"Die Fotosynthese wandelt CO2 in Sauerstoff um, w�hrend der aerobe Stoffwechsel das Gegenteil bewirkt." Das stimmt so nicht. Bei der Fotosynthese wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten, wobei der Wasserstoff auf das Kohlendioxid �bertragen wird (es entsteht Zucker) und der Sauerstoff als giftiges Abfallprodukt �brig bleibt. Bei der Atmung passiert genau das Gegenteil: Dem Zucker wird Wasserstoff entzogen und auf den Sauerstoff �bertragen - es entsteht Wasser (kontrollierte Knallgasreaktion). Das Abfallprodukt ist hier neben dem Wasser nat�rlich Kohlendioxid.

Antwort der Redaktion:
Offensichtlich kann man ein und denselben Prozess � der seinerseits wieder eine komplizierte Abfolge chemischer Einzelreaktionen ist � sehr verschieden interpretieren, je nachdem, was man f�r das erw�nschte Ziel der Reaktion und was man f�r Abfall h�lt. Peter Wards Interpretation konzentriert sich auf die atmosph�rischen Gase Sauerstoff und Kohlendioxid und schweigt daher �ber die �brigen Beteiligten Glukose und Wasser. Unsereinen (wie alle Tiere) interessiert an dem ganzen aeroben Stoffwechsel vorrangig die Energie, die man daraus gewinnen kann; deswegen f�llt es uns ja auch schwer, den Sauerstoff als Abfallprodukt (gar als giftiges) aufzufassen.
Christoph P�ppe, Redaktion

Replik von Wilhelm Richard Baier:

Es geht darum, dass der Sauerstoff eben nicht vom Kohlendioxid kommt, sondern aus der Zerlegung von Wasser. Au�erdem ist Sauerstoff ein Zellgift. Daher hat die Anreicherung der Atmosph�re mit Sauerstoff durch Blaualgen die erste �kologische Katastrophe ausgel�st: ein globales Massensterben. Einige Bakterien (vermutlich �hnlich funktionierende Schwefelbakterien) haben es dann gelernt, den Sauerstoff zur Energiegewinnung zu nutzen. Eukaryonten (modernen Zellen) gelang dies nur durch Symbiose mit solchen Bakterien (das sind die heutigen "semiautonomen" Mitochondrien). Der Stoffwechsel der Eukaryonten ist so komplex, dass Sauerstoff jedenfalls ein Problem darstellt. Nur einigen einfacher gestrickten Bakterien ist es gelungen, mit dem Sauerstoff zurecht zu kommen. Daher waren die modernen Zellen auf diese Bakterien angewiesen, um in der neuen Umwelt �berleben zu k�nnen.

3. Ward ist fantasielos

09.12.2009, Daniel Arnold, 91322 Gr�fenberg

Der Essay "Gaias b�se Schwester", ist meiner Ansicht nach in erster Linie eine Polemik. Anscheinend ist die eigentliche (unerw�hnte) Kritik des Autors an der Gaiatheorie, dass diese in jeder Form teleologisch sei. Dieser Eindruck verst�rkte sich durch Anmerkungen wie "All das will nicht zu dem anheimelnden Gaia-Bild passen".

Auch in einem Essay wie diesem kann man erwarten, dass die Regelmechanismen von Gaia nicht nur durch Aneinanderreihung von Details unklar darstellt werden. Wenigstens h�tte der Autor die Funktionsweise von Gaia anhand eines einfachen Modells anschaulich erl�utern k�nnen, wie Lovelocks Daisyworld [1], welches beschreibt, wie das Leben den W�rmehaushalt eines Planeten bei ver�nderlicher Strahlungsleistung seines Sterns regelt [2]. Die Zusammenfassung von Gaia auf Kerns�tze muss daher wie Postulate einer quasireligi�sen Theorie auf den Leser wirken. Dem stellt der Autor die globalen Katastrophen der Erdgeschichte gegen�ber, welche er im Widerspruch zu Gaia sieht. So l�sst sich leichtfertig argumentieren.

Auch halte ich seine Ansicht, dass die Erde ohne Leben eine kohlendioxidreiche Atmosph�re wie der Mars oder die Venus h�tte, f�r schlichtweg falsch. Auf der Erde gab und gibt es neben einer dichten Atmosph�re gro�e Mengen offenen Wassers. Der allergr��te Teil des fr�heren Kohlendioxids der Erdatmosph�re ist in Form von in Wasser gebildetem Kalk gebunden. W�rde das Leben heute verschwinden g�be es immer noch die Ozeane, welche Kohlendioxid (wenn auch nicht mehr ganz so effektiv wie mit Leben) binden w�rden. Die Erde w�rde ohne Leben eine stickstoffreiche, sauerstoffarme Atmosph�re haben, deren Kohlendioxidanteil durch die Ozeane relativ niedrig gehalten wird. Auch die Venus d�rfte am Beginn ihres galoppierenden Treibhauseffekts wenig Kohlendioxid in ihrer Atmosph�re gehabt haben. Vielmehr d�rfte der Treibhauseffekt durch einen zu hohen Wasserdampfanteil ausgel�st worden sein, als die Venus komplett in Wolken geh�llt war und eine Zunahme des Wasserdampfes die Albedo nicht mehr erh�hen und somit keine weitere K�hlung mehr erreichen konnte. Erst als die Ozeane der Venus verdampft waren, konnte das vulkanische Kohlendioxid nicht mehr gebunden werden. Eine kohlendioxidreiche hei�e Atmosph�re steht bei erd�hnlichen Planeten also wohl erst ganz am Ende und nicht am Anfang eines galoppierenden Treibhauseffekts. Das hei�t, rudiment�re Gaiaregelkreisl�ufe k�nnen sogar vollkommen abiotisch ablaufen.

Vor allem in der Vergangenheit, aber auch noch heute sorgt das Leben durch einen geregelten Treibhauseffekt f�r eine mittlere optimale Temperatur. Dass ein einzelner Regelkreislauf durch einen Eingriff in seinen Mechanismus empfindlich gest�rt werden kann, ist nicht weiter verwunderlich, genauso wenig, dass der zeitweilige Ausfall eines einzelnen dominierenden Regelkreislaufs drastische Folgen haben kann. So geschehen bei der Sauerstoffrevolution mit dem Methanregler. Die methanerzeugenden Archaeen sind aber dennoch nicht von der Erde verschwunden. Zu ihrem heute nicht mehr dominanten, aber immer noch funktionsf�higen Regler kamen weitere biogene Temperaturregler hinzu, wie die Landpflanzen, welche unter anderem die Albedo der Erde beeinflussen (au�erdem hat sich die Sonneneinstrahlung erh�ht, sodass es weniger Temperaturerh�hung bedarf). Je mehr redundante gleichgerichtete Regelkreisl�ufe es gibt, desto stabiler reagiert das System auf St�rung, ganz gleich welcher Art diese ist � dies kann nat�rlich auch eine biogene St�rung sein. Es w�re doch viel merkw�rdiger, wenn es �berhaupt keine biogenen St�rungen gegeben h�tte. Dann w�rde Gaia doch noch viel teleologischer, ganz so als h�tte das Leben einen ihm innewohnenden lenkenden Oberhirten. Gaia hei�t nicht, dass es niemals Katastrophen gibt, sondern dass das Leben das Klima eines Planeten in der Summe (aber nicht auch stets in allen seinen Teilen) auf Werten stabilisiert, die dem Leben zutr�glich sind.

Wie stark dieser Stabilisierungseffekt ist, ist eine offene und wie ich finde auch spannende Frage, welche unmittelbar mit der Zukunft des Lebens auf der Erde in den n�chsten 500 Millionen Jahren zusammenh�ngt. Ohne Zweifel wird es den gegenw�rtigen nat�rlichen Treibhauseffekt durch die weiter erh�hte Sonneneinstrahlung dann nicht mehr brauchen � im Gegenteil, die Erde muss gek�hlt werden. Dies kann auf verschiedenen Wegen geschehen:
* Zum einen abiotisch durch Reflexion an Wolken und Eis, wie auch schon heute, zum anderen durch erh�hte Reflexion durch Landpflanzen. Schon heute gibt es sehr helle bis fast wei�e Pflanzen ganz unterschiedlichster Ordnungen an lichtdurchfluteten Standorten: Kakteen mit ihren dichten hellen Stacheln, Pappeln und Sanddorn durch silbrige Bl�tter, ebenso viele Gr�ser. Diese sind gegen�ber dunkelgr�nen, stark absorbierenden Schattenpflanzen an diesen Standorten im Vorteil, und derartige Standorte werden in erdgeschichtlicher Zukunft mehr werden. Die Farbe der Pflanzen der Zukunft wird wei�-gr�n sein.
* Wenn schon Landpflanzen durch konvergente Evolution mehrfach auf denselben Trick kamen, wieso dann nicht auch Algen im Meer? Vielleicht geschieht das zuerst im Wattenmeer und in Seen, wo durch Trockenfallen Algen mit Verdunstung klarkommen m�ssen und wei�ere Algen somit l�nger feucht blieben. Das Meer der Zukunft h�tte dann keine gr�ne, sondern eine milchige Algenbl�te, und das Meer w�rde insgesamt mehr hellblau werden.
* Aber noch ein ganz anderer Regler w�re �ber die Verringerung der Dichte der Atmosph�re und somit gr��ere Transparenz (dank nachlassender Druckverbreiterung von Absorptionslinien) auch im die Temperatur der Erde bestimmenden Infrarot m�glich (vgl. [3]). Heute gibt es bereits Pflanzen, die sich auf schlechten B�den einen Standortvorteil durch Symbiose mit luftstickstoffbindenden Bakterien verschaffen. In Zukunft wird der Vulkanismus nachlassen, welcher fruchtbare B�den schafft und Gase in die Atmosph�re ausst��t. Stickstoffbindende Pflanzen werden also zunehmen, und zudem wird das Inertgas Stickstoff wieder in den Boden zur�ckgef�hrt, was ohne Leben nicht m�glich w�re.

All diese k�hlenden Effekte k�nnten dann auch ausreichen, einen Mindestanteil von 1 bis 40 ppm Kohlendioxid, auf heutige Atmosph�rendichte (je nach Pflanzentyp die untere Grenze f�r Photosynthese) bezogen, auch l�nger als 500 Millionen Jahre ohne galoppierenden Treibhauseffekt zu halten. Ich halte daher auch die derzeit in dieser Zeitschrift h�ufiger zu lesende Ansicht, dass das Leben in seiner Sp�tbl�te sei und das heutige reiche Leben auf der Erde in 200 bis maximal 500 Millionen Jahren vorbei sei, f�r phantasielosen Def�tismus, welchen ich mir auch zum Teil psychologisch als Ist-Sowieso-Egal- Antwort auf die in viel k�rzeren Zeitspannen ablaufende drohende Selbstausl�schung der Menschheit in der aktuellen biogenen Katastrophe interpretiere.

Die wirklich entscheidende Frage in Sinne der Tauglichkeit der Gaiatheorie ist also nicht, ob Gaia immer f�rsorgend ist, sondern wie widerstandsf�hig Gaia gegen alle Arten von St�rungen ist und ob wirklich � und wenn ja, wie sehr � diese Widerstandsf�higkeit mit der Entwicklungszeit zunimmt. Eine Frage, deren erster Teil sich vielleicht auch durch die spektrale Untersuchung von erd�hnlichen Exoplaneten in den n�chsten Jahrzehnten entscheiden lassen kann, selbst wenn man dabei nur vollkommen abiotische Gaias entdecken sollte.

[1] Ein �berblicksartikel zu Daisyworld siehe:
http://de.wikipedia.org/wiki/Daisyworld
[2] Eine interaktive Javasimulation von Daisyworld:
http://gingerbooth.com/courseware/pages/demosdaisy.html
[3] Atmospheric pressure as a natural climate regulator for a terrestrial planet with a biosphere:
http://www.pnas.org/content/early/2009/06/01/0809436106.abstract

4. Fragw�rdige Beweisf�hrung

09.12.2009, Dr. Steffen Eckmann

In obigem Artikel werden Beispiele f�r positive (Gaia-Hypothese) und insbesondere negative (Medea-Hypothese) R�ckkopplungen der Biosph�re auf die Lebensgrundlagen aufgef�hrt. Hieraus ein allgemeines Prinzip abzuleiten ist jedoch fragw�rdig, da es auf gro�en Zeitskalen die lebensexternen Ursachen � wie z. B. Supervulkanismus, Einschl�ge von Asteroiden oder Kometen sowie nahe Supernova- oder Gammastrahlenausbr�che � untersch�tzt. In diesem Zusammenhang verwundert es sehr, wie der Autor alle Massensterben (bis auf das Kreide-Terti�r-Ereignis) der letzten 500 Millionen Jahre f�r die Medea-Hypothese vereinnahmt. Das Fehlen eines � aufgrund der enormen zeitlichen Distanzen immerhin sehr schwer zu f�hrenden � schl�ssigen Beweises f�r eine externe Ursache eines weit zur�ckliegenden Massensterbens bedeutet eben nicht, dass nicht doch eine solche Ursache vorlag. In der Medea-Hypothese scheint sich der moderne Zeitgeist zu spiegeln: Die beliebte These "Der Mensch zerst�rt seine Umwelt" wird eine Ebene h�her transformiert: "Die Biosph�re zerst�rt
ihre eigene Lebensgrundlage".

5. Die Frage nach Erkenntnissen

04.05.2010, Martin Freudenreich

Es gibt verschiedene Wege, die so genannte Gaia-Theorie zu betrachten. Die Vertreter der Medea-Gegentheorie haben meiner Meinung nach ein sehr eingeschr�nktes und reduktionistisches Blickfeld. Doch Gaia l�sst sich nicht auf diese Art und Weise erfassen. Um die lebendige Erde zu erkennen und diese durchaus sinnvollen und hilfreichen Erkenntnisse f�r das Leben anzuwenden, ist es notwendig, ihre Zusammenh�nge ganzheitlich zu betrachten. Nat�rlich stimmen einige Kriterien nicht mit der g�ngigen Theorie �berein. Doch warum? Weil sie aus der Gesamtheit herausgegriffen werden. Man bedient sich an einigen erdgeschichtlichen Befunden, und schon ergibt sich ein scheinbar v�llig widerspr�chliches Bild. Ganzhheitlich betrachtet bedeuten solche Befunde jedoch nicht mehr als eventuelle Notwendigkeiten, um das Leben wie es in seinen heutigen Ausma�en existiert, erst m�glich zu machen. Vielleicht musste das Leben derart schwanken, um 3,5 Milliarden Jahre zu existieren. Was bringt es uns, Massensterben als Rechtfertigung einer derart destruktiven Medea-Theorie heranzuziehen?
Die Medea-Theorie birgt meiner Meinung nach nichts weiter als destruktives lebensfremdes Potential. Nat�rlich k�nnten wir das Wissen um eine selbstzerst�rerische Erde dazu verwenden, unser eigenes kurzlebiges Verhalten zu rechtfertigen. Doch was bringt uns das? Die Gaia-Theorie ist ein Schritt in die Zukunft, in eine nachhaltige lebenswerte Zukunft. Das Leben auf unserem Planeten existiert seit etwa 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren. Die gesamte erdgeschichtliche Artenvielfalt sch�tzt man auf bis zu 30 Milliarden. All diese Erkenntnisse lassen f�r mich nur eine Erkenntnis erwachsen: Das Leben geht seinen Weg, vielf�ltig, komplex und vor allem fortdauernd. Was ist das f�r ein Wesen, welches sich nun anma�t zu behaupten, die Erde gliche einer Medea, nur weil einige Daten daf�r sprechen. Was bedeuten solche Daten schon in Hinblick auf den Reichtum unserer Natur. Ist sie nicht der gr��te Beweis f�r ein taugliches und effektives Zusammenspiel zwischen Erde und Organismen? Nutzen wir die Erkenntnisse der Gaia-Theorie lieber, um das Leben zu erhalten, anstatt die "Beweise" der Medea-Theorie, um den zerst�rerischen Homo sapiens aus seiner Natur heraus zu rechtfertigen. Unsere Kinder werden uns daf�r danken.