Der Fluss des Lebens

Weil das lebende Gewebe eines jeden Organes über den Stoffwechsel mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden muss. Da ein Rad sich um 360° um die eigene Achse bewegt ist eine solche Anbindung an den Stoffwechsel kaum möglich. Die einzige bekannte 360° Drehbarkeit im Organismenreich findet sich im molekularen „Motor“ des Schwimmgeißelapparates (Flagellum) der Bakterien.

Warum gibt es blaue und grüne Vögel und Reptilien, aber keine blauen und grüne Säugetiere?

Die grünen und blauen Farben von Kriechtieren und Vögeln beruhen auf Lichtbrechung und –beugung (Strukturfarben) und werden nicht durch blaue oder grüne Pigmente gebildet. Haare von Säugetieren sind strukturarm, können also nur durch Absorption die Farbe des gestreuten Lichts beeinflussen. Daher gibt es bei Säugetieren auch keine Schillerfarben. Entscheidend für die Fellfarbe der Säugetiere sind zwei Arten von Farbpigmenten, die in den Haaren eingelagert werden. Eine davon ist schwarz-braun (Melanine) und die andere ist gelb-rötlich (Carotine). Das Spektrum der möglichen Fellfärbungen schwankt demzufolge von ganz hell über gelb-rot bis braun-schwarz. Weiße Farbe entsteht durch Lufteinlagerung in ungefärbten Haaren. Das einzige Säugetier mit grünlicher Fellfärbung ist das südamerikanische Faultier, das sich jedoch symbiontischer Algen im Pelz bedient, um diese Tarnfärbung zu erreichen. Die blaue Haut im Gesicht des Mandrills, einer Pavianart, entsteht durch eine spezielle parallele Anordnung von Kollagenfasern, so dass das von der Haut reflektierte Licht von Blau dominiert ist. Bei weiblichen Pavianen und Schimpansen findet sich auch eine kräftige rote Färbung des nackten Hinterteils, die durch eine starke Durchblutung erzeugt wird und eine Signalwirkung auf Männchen ausübt.

Warum gibt es leuchtende Tiere in der Tiefsee, aber nicht im Süßwasser dunkler Höhlen?

Damit Verknüpft ist das Phänomen, dass es zwar zahlreiche blinde Höhlentiere, aber kaum blinde Tiefseetiere gibt. Die Gründe hierfür sind leider noch unbekannt. Dies ist somit ein Beispiel für die vielen noch ungelösten Rätsel in der Natur, die noch für zahlreiche Wissenschaftlergenerationen interessante Untersuchungsgegenstände versprechen.

Warum gibt es nur zwei Geschlechter und nicht drei oder mehr?

Im Prinzip spricht eigentlich nichts gegen die Möglichkeit von mehreren Geschlechtern. Allerdings erhöht sich mit einer größeren Anzahl von Geschlechtern auch das Problem, dass die entsprechenden und passenden Geschlechtspartner zusammenkommen. Außerdem wäre ein vollständig triploider Chromosomensatz Voraussetzung.

Warum sind die Trilobiten ausgestorben, aber die Pfeilschwanzkrebse haben überlebt?

Die Trilobiten sind im Perm ausgestorben, als es durch eine globale Klimakatastrophe zu einem der größten Artensterben in der Erdgeschichte kam, dem über 90% aller damaligen Arten von Meereslebewesen zum Opfer fielen. Die Pfeilschwanzkrebse gehörten wohl einfach nur zu den wenigen „glücklichen“ Evolutionslinien, die diese Katastrophe überstanden.

Warum treten fast alle Tierstämme fast ohne erkennbare Übergänge vor etwa 542 Millionen Jahren auf?

Das Phänomen, das fast alle Tierstämme mit Begin des Kambrischen Erdzeitalters auftauchen wird auch als „Kambrische Explosion“ bezeichnet. Vermutlich ist dieses abrupte Auftauchen jedoch zumindest teilweise dadurch bedingt, dass es nur wenige ältere Fossillagerstätten gibt und viele Tiergruppen erst in dieser Zeit überlieferungsfähige Hartteile (z.B. Schalen und Panzer) entwickelt haben. Vielleicht hat zusätzlich auch noch eine globale Eiszeit („Schneeballerde“) eine evolutionsbeschleunigende Rolle gespielt.

Warum entsteht heute kein neues Leben mehr durch Urzeugung aus toter Materie?

Wegen der oxidierenden Wirkung des Luftsauerstoffs, der in der Ur-Atmosphäre noch nicht existierte. Die Bildung der Sauerstoffatmosphäre war entgegen landläufiger Auffassung kein Segen für die Lebewesen, sondern eine globale Vergiftung aller Lebensräume, da die meisten damaligen Lebewesen an sauerstoffarme Bedingungen angepasst waren. Erste primitive Vorstufen des Lebens konnten aus dem Stoffgemisch des Ur-Ozeans („Ursuppe“) nur unter den reduzierenden Bedingungen einer sauerstofffreien Umwelt entstehen.

Kann man als Naturwissenschaftler dennoch an die Botschaft der Bibel glauben?

Solange die Aussagen der Bibel nicht wörtlich, sondern metaphorisch interpretiert werden und solange die Bibel nicht als Werk interpretiert wird, das wissenschaftliche Aussagen über die physikalische Welt macht, spricht nichts gegen einen Glauben an deren religiöse und moralische Inhalte. Allerdings wirft der Glaube an einen außerweltlichen, allmächtigen, allwissenden und allgütigen Schöpfergott, der durch übernatürliche Wunder in die Naturgesetze eingreifen kann, erhebliche philosophische Probleme auf, von denen das Problem des Bösen in der Welt (Theodizee) das Schwerwiegendste ist.

Was ist Wissenschaft?

Wissenschaft ist die systematische Erzeugung eines Systems von bewährten Aussagen über die Welt durch die Erhebung von empirischen Daten (Experimente, Beobachtungen und Messungen) und die Formulierung von intersubjektiv testbaren Hypothesen. Voraussetzung für eine sinnvolle naturwissenschaftliche Erforschung der Welt ist die Annahme einer objektiven Realität und die Anwendung eines methodologischen Naturalismus, d.h. die ausschließlich Verwendung naturgesetzlicher Prozesse zur Erklärung natürlicher Phänomene.

Woher kommen wir und wohin gehen wir?

Nach den Erkenntnissen der Naturwissenschaften haben wir uns durch einen natürlichen Entwicklungsprozess innerhalb von 4 Milliarden Jahren Evolution entwickelt, ausgehend von sich selbst vervielfältigenden Makromolekülen die im Ur-Ozean im Verlaufe einer chemischen Evolution entstanden waren. Wohin unsere weitere Entwicklung führt ist leider nicht vorhersagbar, vergleichbar der Unmöglichkeit langfristiger Wettervorhersagen, da die Evolution wie das Wetter eine sehr komplexer und chaotischer Prozess ist. Außerdem wird unsere kulturelle Entwicklung für unsere mittelfristigen Zukunftsaussichten sicher eine größere Rolle spielen als unsere weitere biologische Evolution.

Wird der Mensch als Art auch irgendwann aussterben?

Wie für alle Tierarten besteht natürlich auch für den Menschen die theoretische Möglichkeit, dass er in mehr oder minder ferner Zukunft ausstirbt oder sich evolutiv in eine neue Spezies umwandelt. Allerdings unterliegt der Mensch nur noch eingeschränkt den Mechanismen der natürlichen Auslese, wohl aber den Wirkungen der sexuellen Auslese und in Zukunft vielleicht auch der bewussten Steuerung der eigenen Evolution. Das völlige Aussterben des Menschen erscheint jedoch eher unwahrscheinlich, da der Mensch noch mehr als Ratten und Kakerlaken ein Generalist ist, der unter verschiedensten (auch extremen) Lebensbedingungen gedeihen kann und sich unterschiedlichste Nahrungsquellen erschließen kann.

Wie alt können Tierarten werden, bevor sie aussterben oder sich in andere Arten umbilden?

Man vermutet dass Tierarten durchschnittlich eine maximale Lebensdauer von 5-10 Millionen Jahren erreichen, wobei die Werte je nach Organismengruppe erheblich variieren. Bei heutigen Vögeln haben Untersuchungen ergeben, dass die Arten teilweise bis zu 2,5 Millionen Jahren alt sind. Auch für Säugetiere hat man etwa 1-2 Millionen Jahre als Lebensdauer einer Art errechnet. Die meisten heutigen Arten dürften aber nur ein Alter von weniger als 100.000 Jahren aufweisen.

Was ist Leben?

Diese Frage ist gar nicht so einfach zu beantworten.

Die gängige Schulbuchdefinition für Leben ist eigentlich nur eine Auflistung von allgemeinen Kriterien irdischen Lebens, wie zellulärer Aufbau, Stoffwechsel, Wachstum, Vermehrungsfähigkeit, Reizbarkeit und Beweglichkeit sowie Selbstregulation und Anpassungsfähigkeit.
Da alles irdische Leben offenbar eine einmalige historische Entstehung zur Grundlage hat, wäre eine mögliche Antwort, dass Leben alle jemals existierenden Zellen umfasst, die von der vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden Urzelle abstammen. Diese Definition würde jedoch die Möglichkeit von außerirdischen Leben grundsätzlich nicht erfassen können.
Richard Dawkins definierte Leben als evolutionsfähige Replikatoren mit der Fähigkeit zur Vermehrung mit Vererbung und Mutation.
Nach Erwin Schrödinger ist Leben ein selbstorganisierendes, offenes und energiewandelndes System, das seine lokale Entropie erhält oder verringert, in dem es sich von negativer Entropie bzw. freier Energie ernährt.

Wenn Einzeller potentiell unsterblich sind, warum müssen Vielzeller wie wir dann sterben?

Weil es bei Vielzellern, im Gegensatz zu Einzellern, eine Trennung von Geschlechtszellen und Körperzellen gibt. Nur die Geschlechtszellen bilden die potentiell unsterbliche Keimbahn, während die Körperzellen nur zeitweise, sterbliche Hüllen für Keimzellen sind. Manche Vielzeller, die sich ohne geschlechtliche Fortpflanzung vervielfachen können (z.B. der Süßwasserpolyp Hydra und die Qualle Turritopsis nutricula), sind jedoch ebenfalls potentiell unsterblich.

Wie ist aus toter Materie ein empfindungsfähiges Bewusstsein entstanden?

Im Rahmen einer materialistischen und naturalistischen Weltanschauung ist Bewusstsein in letzter Konsequenz nur eliminativ erklärbar. Dies bedeutet, dass man Bewusstsein auf die Wechselwirkung von Atomen reduziert und ihm nicht den Status eines gesonderten Phänomens unabhängig von der materiellen Realität zuerkennt. Menschen wären demnach biologische Roboter, die von biologischen Computern gesteuert werden, die lediglich dem hartnäckigen Irrtum unterliegen, dass sie mysteriöse Eigenschaften wie Gefühle besitzen. Die Tatsache, dass ein solcher Ansatz kaum nachvollziehbar erscheint, wirft die berechtigte Frage auf, ob die Naturwissenschaften hier nicht ihre Erklärungsgrenzen erreichen oder gar überschreiten.

Kann Naturwissenschaft wirklich alles erklären?

Nein, diesen Anspruch erheben die Naturwissenschaften auch gar nicht. Der Geltungsbereich der Naturwissenschaften betrifft lediglich die physikalischen, chemischen und biologischen Phänomene des Universums. Hierbei gibt es durchaus viele Fragen (z.B. die Entstehung des Lebens an sich oder die Interpretation der Quantenmechanik) die noch weitgehend ungeklärt sind, die aber im Prinzip naturwissenschaftlich erklärbar zu sein scheinen. Durchaus umstritten ist jedoch die Frage, ob das menschliche Bewusstsein naturalistisch erklärbar ist, d.h. ob es auf rein physikalische Ursachen reduzierbar ist. Probleme aus Philosophie, Kunst, Gesellschaft und Politik sind in jedem Falle Gegenstand der Geisteswissenschaften und meist nicht sinnvoll naturwissenschaftlich erklärbar.

Sind Vögel wirklich Dinosaurier?

Ja, die Aussage, dass Vögel Dinosaurier sind, ist keineswegs metaphorisch zu verstehen, sondern wortwörtlich. Die Vögel sind nichts anderes als eine kleine Teilgrupe der zweibeinigen Raubdinosaurier und zwar der Raptoren, die als neues Merkmal die Flugfähigkeit entwickelt haben. Zahlreiche Fossilfunde haben inzwischen gezeigt, dass zumindest die zweibeinigen Raubdinosaurier schon befiedert waren und zudem zahlreiche andere Vogelmerkmale (z.B. der Bau der Beine und Füße) aufweisen.

Gibt es in der Evolution eine zwangsläufige Richtung hin zu größerer Komplexität?

Dies war lange Zeit unter Evolutionsbiologen durchaus umstritten. Der britische Evolutionsbiologe John Maynard Smith konnte aber Ende der 1990iger Jahre zeigen, dass die bekannten Gesetzmäßigkeiten der Evolution zwangsläufig zu einer durchschnittlichen Zunahme der Komplexität über lange Zeiträume führen muss. Dennoch kann in einzelnen Evolutionslinien die Komplexität durchaus auch abnehmen, z.B. bei Reduktionen im Zusammenhang mit parasitischer Lebensweise oder bei Höhlenlebewesen.

War die Evolution intelligenten Lebens ein Zufall oder eine Notwendigkeit?

Hierzu gehen die Meinungen der Experten noch auseinander. Die Mehrheit der Evolutionsbiologen geht derzeit davon aus, dass die Entstehung von Intelligenz und Kultur eine zufällige Entwicklung war, wofür auch die Tatsache spricht, dass unter Millionen heutiger Arten nur der Mensch diese Stufe erreicht hat und selbst der moderne Mensch über 100.000 Jahre lang existiere ohne sich über die Kulturstufe anderer Frühmenschen hinaus zu entwickeln. Der britische Paläontologe und gläubige Christ Conway Morris ist jedoch wegen der Häufigkeit konvergenter Entwicklungen davon überzeugt, dass es bestimmte Zwangläufigkeiten in der Evolution gibt und die Entstehung von Intelligenz dazu gehört.

Hat das Leben auf der Erde nur einen Ursprung oder mehrere?

Der einheitliche Bau der Zellen und insbesondere des Vererbungsmechanismus mittels DANN spricht sehr überzeugend dafür, dass alle heutigen Lebewesen von einer einzigen einzelligen Lebensform abstammen, die im Präkambrium gelebt hat. Allerdings gibt es Theorien, die besagen, dass die stoffwechselaktive Zelle und die selbstreplizierenden Makromoleküle (RNA und DNA) einen getrennten Ursprung hätten, wobei die Erbsubstanz ursprünglich eine Art virenähnlicher Parasit in den Urzellen gewesen sei.

Ist Kooperation in der Evolution vielleicht genauso wichtig wie Konkurrenzkampf?

Die Konkurrenz um Ressourcen und Fortpflanzungserfolg sind zwar entscheidende Eckpunkte der Selektion und somit neben den Mutationen der „Motor“ der Evolution, aber dennoch haben moderne Erkenntnisse gezeigt, dass Kooperation oft eine wichtige Rolle in der Evolution gespielt hat. Eich wichtiges Beispiel hierfür sind Symbiosen (z.B. von Algen mit Korallen oder Pilzen, oder die Mykorrhiza Pilzsymbiosen bei Landpflanzen) und die Koevolution zwischen Blütenpflanzen und ihren Bestäubern. Die sehr gut begründete Endosymbiontentheorie von Lynn Margulis hat zudem gezeigt, dass die zellkernhaltige Zelle aller Protozoen, Pflanzen, Pilze und Tiere (also aller Lebewesen außer den Bakterien) durch die Symbiose von verschiedenen Urzellen entstanden ist. Die winzigen Energiekraftwerke (Mitochondrien) in unseren Zellen, sind nichts anderes als symbiontische Bakterien, die im Laufe der Evolution zu integralen Zellbestandteilen wurden.

Spielten globale Katastrophen für die Evolution eine wichtige Rolle?

Der französische Naturforscher Georges Cuvier, der noch nicht an eine natürliche Evolution glaubte, sah in erdgeschichtlichen Katastrophen einen Grund für die ausgestorbenen, fossilen Organismen. Nach Cuvier geriet der Katastrophismus in Misskredit und man glaubte eher an eine rein kontinuierliche Entwicklung der Erdgeschichte (Aktualismus). Durch die Entdeckung mehrerer großer Massenaussterbeereignisse in der Erdgeschichte wird globalen Katastrophen heute jedoch wieder eine wichtige Rolle in der Evolution zuerkannt. Der Beginn des Neo-Katastrophismus war Alvarez‘ Hypothese (1980), dass das Aussterben der großen Dinosaurier am Ende der Kreidezeit durch einen Meteoriteneinschlag (mit)verursacht wurde. Die größten Massenaussterben waren:

Vor 438 Millionen Jahren: Am Ende des Ordovizium starben 60% aller Meereslebewesen aus, verursacht durch eine Vergletscherung des Südkontinents Gondwana und/oder einen Gamma-Ray-Burst eines kollabierenden Sterns, dessen Strahlung die schützende Ozonschicht zerstörte.
Vor 367 Millionen Jahren: Im Oberen Devon starben durch eine globale Abkühlung 50% aller Arten aus.
Vor 252 Millionen Jahren: Durch eine Klimakatastrophe starben an der Perm-Trias-Grenze 75% aller Landtierarten und 90-96% aller Meereslebewesen aus. Die Ursache war ein gewaltiger Vulkanismus in Sibirien, der durch Treibhauseffekt zur Erwärmung der Meere führte. Durch schmelzendes Methahydrat am Meeresboden wurde die Atmosphäre vergiftet und der Sauerstoffgehalt sank auf ein Rekordtief. Hinzu kam ein riesiger Meteoriteneinschlag in der Antarktis.
Vor 213 Millionen Jahren: Am Ende der Trias starben durch Klimaveränderungen 76% aller Arten aus, einschließlich der meisten Landwirbeltiere. Die Ursache war vielleicht ein intensiver Vulkanismus beim Auseinanderbrechen des Superkontinents.
Vor 65 Millionen Jahren: Durch einen Meteoriteneinschlag vor Yukatan und durch gewaltigen Vulkanismus in Indien starben 50% aller Tierarten am Ende der Kreidezeit aus.

Was ist eine Art?

Arten gibt es im engeren Sinne nur bei Organismen mit zweigeschlechtlicher Fortpflanzung, da bei diesen ein Genaustausch in einem gemeinsamen Genpool auftritt, der als verbindendes Element der Art wirkt. Hier finden wir ein Netz von Verwandtschaftsbeziehungen. Arten (und Populationen) gelten als Einheit der Evolution, während einzelne Organismen die Einheiten der Selektion sind.
Bei Lebewesen mit ungeschlechtlicher Fortpflanzung, sind die Verwandtschaften hingegen hierarchisch strukturiert. Ihre Abkommen bilden Klone, also hierarchische Abstammungsgemeinschaften, die von Forschern nur aus Gründen der Praktikabilität auch wie Arten behandelt werden, wenn sie weitgehend einheitliche Eigenschaften besitzen. Es gibt zudem unterschiedliche Artkonzepte, wie beispielsweise:

Biologisches Artkonzept: Eine geschlossene Fortpflanzungsgemeinschaft, die von anderen Fortpflanzungsgemeinschaften reproduktiv isoliert ist.
Evolutionäres Artkonzept: Eine Abstammungslinie, die ihre gemeinsame Identität im Vergleich zu anderen Abstammungslinien erhalten.
Phylogenetischen Artkonzept: Die kleinste Gruppe mit gemeinsamer Abstammung, die durch charakteristische Merkmale eindeutig von anderen solchen Gruppen abgrenzbar ist.

War Darwin ein Atheist?

Nein Darwin war ein sogenannter Deist. Dies bedeutet Darwin glaubte daran, dass Gott das Universum mit all seinen Naturgesetzen geschaffen habe, seit dem aber nicht mehr in die Schöpfung durch Wunder eingreife, sondern der Welt ihren naturgesetzlichen Lauf lasse. Diese Auffassung wird auch heute noch von der Mehrzahl der religiös eingestellten Naturwissenschaftler geteilt, viele andere Naturwissenschaftler sind jedoch eher Agnostiker oder Atheisten.

Gibt es überhaupt vernünftige Alternativen zur Evolutionstheorie?

Es gibt keine rationale Alternative zur Darwinschen Evolutionstheorie, da im Rahmen des naturalistischen Weltbildes der modernen Naturwissenschaften jegliche übernatürliche Ursachen (also Wunder wie göttliche Schöpfungseingriffe) a priori als unakzeptabel ausgeschlossen sind. Außer dem Evolutionsmechanismus von Mutation und Selektion ist kein natürlicher Mechanismus bekannt, der hochgradig komplexe und zweckmäßig gebaute (also scheinbar sinnvoll gestaltete) Erscheinungen aus ungeordneten Anfangsbedingungen erzeugen könnte.