Vor rund 540 Millionen Jahren entwickelten sich explosionsartig die Vorfahren aller noch heute auf der Erde lebenden großen Tiergruppen. Der alte Superkontinent Pannotia war gerade auseinandergebrochen; tiefe Meere entstanden und isolierten die vorher vereinten Landmassen voneinander. Gab es vorher ein einziges Urmeer, trennten die neu entstandenen Kontinente jetzt mehrere Ozeane voneinander. Diese Zersplitterung hatte Konsequenzen. So verloren viele Tiergruppen den Kontakt zu ihren bisherigen Nachbarn. Vorher einheitliche Populationen entwickelten sich zu mehreren neuen Tiergruppen.

Gleichzeitig passten sich die Arten immer besser an ihren Lebensraum an. Manche spezialisierten sich auf sandigen Untergrund, andere auf Felsboden und wieder andere auf tiefes Wasser. Aus einer einzigen Art entstanden so eine Sand-, eine Fels- und eine Tiefwasserspezies, die jeweils in ihrer ökologischen Nische lebten.

"Eine wichtige Rolle spielten auch Raubtiere", erklärt Wolfgang Kießling von der Universität Erlangen-Nürnberg. Sie dezimierten die Bestände und verhinderten so eine übergroße Konkurrenz um die knappen Ressourcen. Die Beute entwickelte verschiedene Strategien, um den gefräßigen Fressfeinden zu entkommen. Manche setzten auf eine gute Tarnung, andere auf eine schnelle Flucht, oder sie versuchten, einen Angreifer mit Stacheln oder Giften auf Distanz zu halten – was die Evolution ebenfalls vorantrieb und neue Entwicklungen bei den Beutegreifern bewirkte. Die Biodiversität nahm stetig zu. In der für Paläontologen extrem kurzen Zeit von fünf bis zehn Millionen Jahren bildeten sich in dieser "Kambrischen Explosion" praktisch alle modernen Tiergruppen, die sich damals aber noch auf die Meere beschränkten.

Die großen Katastrophen der Erdgeschichte

Seit damals haben mindestens fünf gigantische Katastrophen große Teile der vorhandenen Arten wieder ausgelöscht und Platz für neue Entwicklungen geschaffen. Und auch heute befinden wir uns nach Ansicht der meisten Wissenschaftler inmitten eines riesigen Artensterbens, dessen Folgen noch nicht absehbar sind, das aber die Biosphäre sicher wieder völlig umgestalten wird.

Asteroideneinschlag
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Der Einschlag des Chicxulub-Asteroiden löste eines der größten Massenaussterben der Erdgeschichte aus: Die Katastrophe vernichtete die Dinosaurier und machte den Weg frei für die Säugetiere.

Wer verstehen will, wie diese zukünftige Welt nach dem nächsten Artensterben aussehen könnte, muss zurückblicken – so wie Wolfgang Kießling und sein Kollege Martin Aberhan vom Naturkundemuseum in Berlin: Sie richteten ihre Aufmerksamkeit auf das Ende der Kreidezeit vor etwa 66 Millionen Jahren, als ein Asteroid die Dinosaurier und viele andere Tiergruppen auslöschte, etwa die zu den Kopffüßern gehörenden Ammoniten. Die meisten Wissenschaftler hatten sich beim so genannten Kreide-Tertiär-Massenaussterben auf die Artenvielfalt konzentriert und ermittelt, wie viele Arten oder Gattungen bei einer solchen Katastrophe verschwunden sind.

Lebensweisen von Schnecken und Muscheln

"Wir haben uns dagegen auf die Lebensweisen vor und nach der Katastrophe konzentriert", erklärt Wolfgang Kießling – von Muscheln und Schnecken, die das Team in Patagonien ausgegraben hatte. Die Region lag damals genau wie heute in einer gemäßigten Klimazone. Dazu kamen ähnliche Fossilien aus dem in dieser Zeit tropischen Texas und von der Antarktischen Halbinsel, die sich genau wie heute nur wenig außerhalb des Polarkreises befand.

Wie lebten diese Organismen damals? Bewegten sie sich frei über den Meeresgrund, oder hefteten sie sich fest am Untergrund an, wie es heutzutage zum Beispiel Austern tun? Wie ernährten sich die Lebewesen? Für jede Art suchten die Forscher Antworten und wollten dabei vor allem wissen, wie sich diese unterschiedlichen Lebensweisen vor und nach der Katastrophe veränderten.

Zunächst einmal bestätigten die Forscher eine einleuchtende Vermutung: Nach der Katastrophe hatte sich die Welt grundlegend geändert, die alten Verhältnisse sollten niemals zurückkehren. Die Erde erlebte also einen Neustart, für den sie die noch vorhandenen Karten neu mischte. Die Karten sind in diesem Fall die Lebensstile, von denen tatsächlich kein einziger völlig verschwunden war. Neu hinzugekommen war allerdings auch keiner. Die Natur musste also mit den alten, bewährten Anpassungen auskommen, neu waren jedoch die Verhältnisse untereinander.

"Die größten Verluste sahen wir bei den Lebensweisen, die vorher am häufigsten vorkamen", fasst Kießling zusammen. "Vor allem die Muscheln waren stark betroffen, die Algen aus dem Wasser filtrieren", erklärt sein Berliner Kollege Martin Aberhan: Der Einschlag des Meteoriten hatte die Atmosphäre stark getrübt. "Damals war die Erde kein blauer, sondern ein grauer Planet", so Kießling. Durch die trübe Atmosphäre drang kaum noch Sonnenlicht bis zum Meer hinab, weshalb die Algen nur noch wenig wuchsen und sich vermehrten: Sie wurden rasch zur Mangelware. "Damit fehlte den Filtrierern die Nahrung, sie verhungerten", fasst Aberhan zusammen.

Stattdessen gab es reichlich abgestorbene Organismen, von denen Aasfresser und andere Resteverwerter profitierten. Für sie brachen nun goldene Zeiten an. Die Erde blieb zwar nach geologischen Maßstäben nur für die kurze Zeit von weniger als einem Jahrhundert ein grauer Planet, die Veränderung war also eigentlich nur ein kurzfristiger Effekt. Die Karten aber wurden sehr nachhaltig neu gemischt, und die entstandene Zusammensetzung mit relativ wenigen Filtrierern und vielen "Müllschluckern" hielt sich wohl mehrere hunderttausend Jahre.

Auch bei anderen Eigenschaften änderten sich die Verhältnisse stark. Führten viele Organismen vor der Katastrophe ein sesshaftes Leben und hefteten sie sich wie Miesmuscheln fest an den Untergrund, nahmen danach die beweglichen Formen kräftig zu. Dieser Lebensstil benötigt zwar deutlich mehr Energie, hilft jedoch bei der Suche nach der inzwischen weiter verteilten Nahrung. Wer mobil ist, kann obendrein besser vor Feinden fliehen. Das beweisen heutzutage Kammmuscheln, die bei Gefahr mit ihrer Klappe schlagen und wegschwimmen – angesichts einer steigenden Zahl von Raubschnecken und Krebsen ein wichtiger Vorteil im Kampf ums Überleben. Zudem tauchten nach der Katastrophe nicht nur viele gefährliche Raubschnecken auf, sondern ebenso etliche Arten, die gut versteckt im Sediment am Meeresboden lebten.

Wenn das Baumaterial fehlt

Wolfgang Kießling und Martin Aberhan verstehen inzwischen recht gut, wie sich das Leben nach dem fünften Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren wieder neu sortierte. Beim derzeit stattfindenden sechsten Ereignis dürfte einiges ähnlich laufen. Viele Ökosysteme werden gegenwärtig ebenfalls grundlegend neu gestaltet und kehren selbst dann nicht in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wenn wir sie nicht mehr beeinflussen.

Doch im Gegensatz zur plötzlichen Katastrophe am Ende der Kreidezeit verläuft das heutige Aussterben anders, es wird vor allem vom Faktor Mensch aktiv gesteuert. Der Mensch rottete nicht nur Spezies aus oder bedroht sie unmittelbar, sondern spielt auch indirekt eine Rolle – etwa über den Klimawandel. Das verantwortliche Kohlendioxid sorgt zudem dafür, dass die Ozeane versauern, was Organismen schädigt, die sich mit Kalkgehäusen gegen Gefahren wappnen. "Ähnlich wie vor 66 Millionen Jahren die Algenkonsumenten verschwanden, werden diesmal die Arten mit Kalkschalen ausfallen", befürchten Kießling und viele andere Meeresforscher.

Und das setzt Kettenreaktionen in Gang: So geraten Arten in Schwierigkeiten, die sich beispielsweise von Schnecken ernähren oder deren Kalkgehäuse übernehmen. Denn Ökosysteme sind ein Netzwerk sehr vieler verschiedener Organismen, die extrem vielfältig miteinander verknüpft sind. Bricht eine Gruppe aus diesem System heraus, wirkt sich das auf weite Teile des Netzwerks aus. Was dabei aber genau geschieht, weiß niemand. Bestenfalls die grobe Richtung können Wissenschaftler vorhersagen.

Quallen
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Eine Gruppe von Lebewesen scheint von den drastischen Veränderungen der Lebensbedingungen heute zu profitieren: Quallen breiten sich in den Weltmeeren aus.

Achterbahn der Evolution

Offensichtlich gibt die Art der Katastrophe einen Trend vor. Gleichzeitig spielen chaotische Elemente mit, die jede Vorhersage des Endergebnisses verhindern. Martin Aberhan zieht in diesem Zusammenhang gern den Vergleich mit einem Ökosystem, das nicht nur in einem, sondern in mehreren Zuständen stabil sein kann. Das Ganze ähnelt ein wenig einer Spielbahn mit mehreren Hügeln und Tälern. Schickt man eine Kugel über diese Achterbahn, kann sie in verschiedenen dieser Täler liegen bleiben. In welcher Mulde sie hinterher aber tatsächlich liegt, lässt sich vorher kaum abschätzen. Obendrein hat die echte Erde im Vergleich mit der Spielzeugachterbahn viel mehr Mulden, in denen die Kugel der Evolution zu liegen kommen könnte.

Momentan scheint es so, dass alle ozeanischen Lebewesen, die Sauerstoff zum Atmen brauchen, vom Minikrebs bis zum Blauwal, in Schwierigkeiten geraten könnten – und nicht nur die von Versauerung bedrohten Kalkschalentiere. "Die extrem sauerstoffarmen Zonen im Meer nehmen rasant zu", warnt Aberhan. Dort hat die Meereswelt mit Fischen, Krebsen und Tintenfischen keine Chancen mehr. Stattdessen dominieren Quallen oder auch bestimmte Bakterien, die ohne Sauerstoff auskommen.

Bei steigenden Temperaturen sinkt zudem generell der Sauerstoffgehalt des Wassers, auch außerhalb der Todeszonen. Vor allem agile, schnelle Organismen brauchen viel Sauerstoff und können daher rasch in Bedrängnis kommen. Obendrein leben im Meer vor allem Tiere, deren Körper ungefähr die gleiche Temperatur wie das Wasser hat. Werden Wasser und Körper wärmer, kommt der Organismus dadurch weiter auf Touren und braucht noch mehr Sauerstoff. Die Meeresbewohner geraten so gleich von zwei Seiten in die Zange.

Momentan können die Organismen noch in kühlere Gewässer wandern oder sich mit der Strömung dorthin treiben lassen. Das klappt aber nicht immer. So steigen im Mittelmeer die Temperaturen von der relativ kühlen französischen Küste nach Südosten bis zu den warmen Küsten Israels deutlich. Heizt der Klimawandel das Wasser weiter, können die "kühleren" Arten zwar nach Nordwesten ausweichen. "Dort aber erreichen sie irgendwann an der Küste Frankreichs das Ende der Sackgasse", erklärt Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven.

Die Organismen brauchen also zukünftig mehr Sauerstoff, während gleichzeitig seine Konzentration im Wasser sinkt. Die Folgen hat Pörtner gemeinsam mit Curtis Deutsch von der University of Washington in Seattle und weiteren Kollegen für Arten wie den Kabeljau oder Steinkrabben in Computermodellen untersucht. Geht der Klimawandel bis zum Ende des 21. Jahrhunderts weiter, verlieren solche Arten ein Fünftel ihrer Leistungsfähigkeit und haben so schlechtere Überlebenschancen. Der Klimawandel könnte also besonders die flinken Räuber und andere agile Arten in Schwierigkeiten bringen.

Computermodelle kalkulieren Veränderungen der Ökosysteme jedoch allenfalls bis zum Ende des 21. Jahrhunderts. "Evolutionsforscher dagegen untersuchen Hunderttausende von Jahren, um die Auswirkungen eines Artensterbens abschätzen zu können", meint Martin Aberhan vom Berliner Naturkundemuseum. Genau aus diesem Grund haben Karin Kvale vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Geomar in Kiel und ihre Kollegen ihre Computer die Entwicklung seit dem Jahr 1800 über einen Zeitraum von 600 Jahren berechnen lassen. Bis zum Jahr 2400 nimmt demnach die Produktivität der Weltmeere ab. Folglich spielen nicht nur behäbigere Organismen eine größere Rolle als heute, sondern insgesamt sollte die gesamte Biomasse der Lebewesen sinken.

Steigende Temperaturen stabilisieren die unterschiedlich warmen Wasserschichten stärker als heute. Der Austausch zwischen den Schichten erlahmt, und weniger Tiefenwasser steigt auf. Dadurch werden weniger Nährstoffe nach oben transportiert, dem Plankton oben fehlt der Dünger: Es wächst langsamer. Ein wenig erinnert die Situation an die graue Erde nach dem Meteoriteneinschlag, allerdings ist die Abnahme der Algen weit weniger dramatisch. Genau wie damals sollten auch diesmal die Organismen zunehmen, die von der Jagd und von totem Material leben, fassen die Geomar-Forscher ihre Computersimulationen zusammen. Es verschieben sich also erneut die Verhältnisse zwischen verschiedenen Lebensweisen.

Und das gilt bis hinab in die Tiefsee: Gibt es mehr Räuber und Aasnutzer in den oberen Wasserschichten, rieseln weniger Reste bis zum Meeresgrund hinunter. Dadurch verringert sich auch die Menge an Kohlenstoff, der im Meeresboden begraben wird und so für längere Zeit nicht mehr als Treibhausgas Kohlendioxid das Klima anheizen kann. Kurzum: Die Weltmeere puffern den Klimawandel schwächer ab als heute, die Aufheizung beschleunigt sich weiter.

Wie sieht das Ökosystem im 4. Jahrtausend aus?

Diese selbstverstärkenden Mechanismen liefern die chaotischen Elemente, die es so schwer machen, das Aussehen der zukünftigen Ökosysteme zu kalkulieren. Zudem kennt die Ökologie viele Prozesse in den verschiedenen Habitaten der Erde noch gar nicht oder nur ungenau – weder in den Meeren noch an Land, weshalb Überraschungen nicht ausgeschlossen sind. Vor dem Verschwinden der Dinosaurier war nicht absehbar, dass eine eher unbedeutende Gruppe wie die der Säugetiere so beherrschend werden könnte.

Immerhin skizzieren die aktuellen Entwicklungen bereits einige Verschiebungen. Arten mit Kalkgehäusen haben ähnlich wie die Organismen mit hohem Sauerstoffbedarf schlechte Karten. Die Chancen von Aasfressern und lauernden Räubern scheinen zu steigen. Und vielleicht am besten zurecht kommen die so genannten "invasiven Arten": Tiere und Pflanzen, die absichtlich oder versehentlich von Menschenhand in Regionen gebracht wurden, in denen sie natürlich nicht vorkamen, wo sie sich nun aber oft auf Kosten der einheimischen Natur ausbreiten und vermehren.

Spielball für invasive Arten

"Das gelingt vielen dieser Arten, weil sie ein hohes Evolutionspotenzial haben", erklärt der Ökologe Ingolf Kühn vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Halle an der Saale. So besitzen viele invasive Pflanzenarten nicht nur den normalen Erbgutsatz, sondern zusätzlich auch noch eine oder mehrere Kopien: Auf ihnen können die Pflanzen Veränderungen ausprobieren. Solche Mutationen entstehen zufällig, sie sind nicht auf ein bestimmtes Ziel ausgerichtet. Da die Evolution im Lauf der Jahrmillionen das Erbgut an die Umwelt eines Organismus angepasst und immer weiter optimiert hat, richtet ein solcher Zufallsmechanismus meist eher schwere bis tödliche Schäden an, als dass er nutzt. Pflanzen mit mehreren Erbgutsätzen macht das jedoch wenig aus, weil normalerweise noch eine unveränderte Kopie die optimierte Ursprungsversion bewahrt hat und einspringen kann.

Mit solchen Sicherheitskopien kann ein Organismus daher warten, bis einer der sehr seltenen Fälle einer positiv wirkenden Mutation auftritt. Dank dieser passt sich ein Neuankömmling dann zum Beispiel an die Umwelt seiner neuen Umgebung an, die sich meist von der alten Heimat zumindest etwas unterscheidet. Ingo Kowarik von der Technischen Universität Berlin hat beispielsweise herausgefunden, dass Neuankömmlinge im Durchschnitt 40 Jahre brauchen, bis sie sich an eine neue Umgebung gewöhnt haben. Erst dann verbreiten sie sich stark und werden so zur invasiven Art.

Manchmal dauert eine solche Anpassung sogar einige hundert Jahre, bis zufällig die richtige Mutation auftaucht. Diese gute Anpassungsfähigkeit durch Kopien des Erbguts braucht also durchaus einige Zeit, ist aber sicher auch nach dem heutigen Aussterbeereignis nützlich, um sich an die neuen Ökosysteme anzupassen.

"Bei invasiven Arten handelt es sich meist um Generalisten", erklärt UFZ-Forscher Kühn. Sie sind also nicht auf eine einzige ökologische Nische spezialisiert, sondern kommen in vielen verschiedenen Ökosystemen gut zurecht, so beispielsweise der Riesen-Bärenklau aus dem Kaukasus. Er verbreitet sich heute rasant über Europa und Nordamerika, weil er sich als anspruchslose Staudenpflanze gut an zahlreiche neue Lebensräume anpassen kann. Wer ihre Nachbarn sein werden, entscheidet der Zufall.