Evolution Wie entstand das Leben auf der Erde?

Vor etwa vier Milliarden Jahren schlugen unzählige Meteoriten auf der Erdoberfläche ein. Die Entwicklung des Lebens hatte möglicherweise bereits zuvor begonnen.

(Foto: Nasa/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

Am Anfang war nur Sternenstaub - und dann rührte sich was. Wie aus toter Materie Leben entstehen konnte, gehört zu den großen Fragen der Menschheit. Ein paar Antworten haben Forscher bereits.

Von Markus C. Schulte von Drach

Wer wir sind und woher wir kommen, fragen sich die Menschen seit Urzeiten. Früher suchten wir Antworten in der Religion. Heute wissen wir, dass die Erde und alles, was darauf zu finden ist, aus Sternenstaub besteht. Aber das große Rätsel bleibt immer noch ungelöst: Wie konnte sich aus einem Haufen toter Materie Leben entwickeln? Und wann?

Auf der Suche nach Antworten auf diese Fragen sind Naturwissenschaftler dem Pfad der Evolution durch die Zeit zurück gefolgt, bis in die früheste Geschichte unseres Planeten. Und heute wissen sie recht genau, wie jene Form irdischen Lebens ausgesehen haben muss, von der alle heutigen Lebewesen abstammen.

"Luca" (Last Universal Common Ancestor) - so heißt dieser "letzte gemeinsame Vorfahre". Er muss bereits vor etwa 3,6 Milliarden Jahren existiert haben, das hat eine genetische Analyse heute lebender Organismen ergeben. Luca bestand aus einer einzigen Zelle und mochte es heiß - gerne so um die 100 Grad Celsius.

Seine Beschreibung klingt nach einem einfachen Organismus, aber der Eindruck täuscht: Luca war bereits ein hochkomplexes Lebewesen mit einigen hundert Genen. Vor ihm muss es simplere Formen gegeben haben. Wie sie aber ausgesehen haben, wie und wieso sie auf dem jungen Planeten Erde auftauchten, liegt noch weitgehend im Dunkeln.

Forscher haben allerdings einige Theorien dazu entwickelt. Ihre Suche hat sie in die Tiefen des Urmeeres geführt, zu Tümpeln am öden, felsigen Strand der ersten Landmassen und bis in die Tiefen des Alls, zu fernen, vielleicht längst verglühten Sonnensystemen.

Ausgangspunkt: Eine Hölle vor vier Milliarden Jahren

Die Entstehung unserer Erde beginnt vor etwa fünf bis 4,6 Milliarden Jahren: Eine Wolke aus Staub und Gas verdichtet sich zur Sonne und zu den Planeten - darunter auch unsere Erde. Die Erdoberfläche erstarrt im Laufe der Jahrmillionen zu einer steinernen Kruste, der Planet hüllt sich in eine heiße Atmosphäre aus Methan, Ammoniak und anderen giftigen Gasen, die langsam abkühlen. Wasserdampf kondensiert zum Urmeer.

Licht und Dunkelheit, Feuchtigkeit und Trockenheit, Hitze und Kälte - die ständig wechselnden Bedingungen befeuern chemische Reaktionen. So müssen sich damals aus einfachen Kohlenstoffverbindungen, aus Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und anderen Stoffen komplexe Moleküle gebildet haben - die schließlich zu Leben wurden. Und das mit einer Geschwindigkeit, die Wissenschaftler noch immer vor ein Rätsel stellt.

Die ältesten bekannten Fossilien, die auf die Existenz von Leben hinweisen, finden sich jüngsten Entdeckungen zufolge im Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel in Nordkanada an der Hudson Bay. Es handelt sich um Röhren und Filamentstrukturen, die im Aufbau Bakterienkolonien ähneln. Das Alter des Gesteins wird auf 3,77 bis 4,3 Milliarden Jahre geschätzt. Damit wären die Lebensformen hier mindestens 700 Millionen Jahre älter gewesen als Bakterien, die vermutlich die Stromatolithen hinterlassen haben, die 2015 in Grönland entdeckt wurden.

Hinweise auf früheste Lebensformen der Erde entdeckt

In Kanada haben Forscher die ältesten Spuren des Lebens gefunden. Die Bakterien lebten nur 800 Millionen Jahre nach Entstehung der Erde - unter extremen Bedingungen. Von Hanno Charisius mehr ...

In einem Zirkonkristall aus Westaustralien haben Forscher der University of California Hinweise auf Organismen entdeckt, die sogar vor 4,1 Milliarden Jahren gelebt haben könnten. Die Mineralien enthalten ein Verhältnis von Kohlenstoffisotopen, das üblicherweise in Lebewesen zu finden ist.

Die Funde deuten darauf hin, dass bereits Leben existierte, bald nachdem die Planetenoberfläche erstarrt war: Das "höllische" Zeitalter Hadaikum, benannt nach der griechischen Unterwelt Hades, neigt sich gerade dem Ende zu. Eingeläutet wird das folgende Zeitalter des Archaikums durch das "Große Bombardement". Meteoriten schlagen in riesiger Zahl auf der Erde ein. Und ausgerechnet unter diesen extremen Bedingungen tauchen plötzlich die ersten Grundformen des Lebens auf.

Für die Entwicklung der ersten Lebensformen waren demnach nur einige hundert Millionen Jahre notwendig - eine in geologischen Maßstäben kurze Zeit. Bis dann mehrzellige Organismen wie etwa Grünalgen auftauchen, vergehen dagegen ein bis zwei Milliarden Jahren, also eine viel längere Zeit.

Aliens als Urahnen?

Manche Forscher vermuten deshalb, dass die Zeit für die Entstehung des ersten Lebens auf der Erde gar nicht gereicht hat. Ihre Hypothese, die Panspermie, besagt, dass Bausteine des Lebens oder sogar einfache Formen von Organismen von viel älteren Himmelskörpern irgendwo im Weltraum über Asteroiden oder Kometen zur Erde gelangt sind.

Tatsächlich wurden auf Kometen und Asteroiden und sogar in kosmischen Gas- und Staubwolken organische Moleküle identifiziert, die als Bausteine des Lebens betrachtet werden - darunter so komplexe Formen wie Aminosäuren. Die Panspermie ist dennoch äußerst umstritten. Und sie lässt letztlich die Frage offen, wie das Leben dann andernorts entstanden sein könnte. Dieses Rätsel wird so nur in eine andere Zeit und einen anderen Ort verlagert.

Chemische Baukästen in brodelnden Tümpeln

Die meisten Forscher suchen darum den Ursprung des Lebens weiterhin auf der jungen Erde. Eine der wichtigsten Fragen ist, ob die Bedingungen damals überhaupt geeignet waren, um die notwendigen Bausteine entstehen zu lassen.

Ein Funke Leben

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Stanley Miller und Harold Urey wollten 1952 diese Frage an der University of Chicago beantworten. Mit einem bis heute berühmten Experiment: Miller erzeugte in einem Glaskolben eine "Uratmosphäre" aus Wasserdampf, Ammonium, Methan und Wasserstoff und sorgte darin für elektrische Blitze. Innerhalb einiger Tage entstanden Aminosäuren und Zuckermoleküle. Das "Ursuppen"-Experiment zeigte, dass der Schritt von der anorganischen in die organische Welt in der Urzeit mit einfachen Zutaten tatsächlich möglich war.