Der Baum des Lebens ist atemberaubend, die Zeit: 3,8 Milliarden Jahre sind der Motor, der alles erklärt. Die meistzitierte Studie, veröffentlicht in PLoS Biology, schätzt die Zahl der auf der Erde vorhandenen Arten auf 8,7 Millionen, davon 6,5 Millionen Land- und 2,2 Millionen Wasserarten.
Stellen Sie sich eine Population vor, die sich in zwei geografisch isolierte Gruppen aufspaltet. Nach einer Million Jahren machen die angesammelten Mutationen sie so unterschiedlich, dass sie sich nicht mehr miteinander fortpflanzen können: Zwei Arten sind entstanden, wo es vorher nur eine gab. Jede dieser beiden Arten kann sich wiederum aufspalten, und so weiter.
Durch die Analyse der Fossilienaufzeichnungen schätzen Forscher, dass die durchschnittliche Lebensdauer einer Tierart in der Größenordnung von 1 bis 10 Millionen Jahren liegt, bevor sie ausstirbt oder sich verwandelt. Für komplexe Eukaryoten wird am häufigsten die Zahl von 2 Millionen Jahren genannt, bis sich eine Linie in zwei verschiedene Arten aufspaltet.
Wenn sich eine Linie durchschnittlich alle 2 Millionen Jahre aufspaltet, entspricht das über 3,8 Milliarden Jahre hinweg 1.900 aufeinanderfolgenden Teilungen pro Linie. Bei baumartigem Wachstum ergibt das theoretisch etwa \(10^{572}\), eine unvorstellbare Zahl, die unendlich größer ist als die Anzahl der Atome im beobachtbaren Universum (geschätzt auf etwa \(10^{80}\)). Wenn sich eine Linie durchschnittlich alle 10 Millionen Jahre aufspaltet, ergibt das etwa \(10^{114}\), eine Zahl, die ebenfalls völlig unvorstellbar bleibt.
Diese unvorstellbare Zahl ist eine theoretische Grenze in einer Welt ohne Aussterben, ohne ökologische Sättigung und in der sich alle Linien regelmäßig und gleichzeitig alle 1 bis 10 Millionen Jahre aufspalten würden. In der Realität zermalmen massive Einschränkungen dieses theoretische Potenzial der reinen Verdopplung, bevor es sich überhaupt entfalten kann.
Die Einschränkungen bilden in Wirklichkeit einen Kaskadenfilter: Eine Linie muss sie alle gleichzeitig überwinden, um zu einer stabilen und dauerhaften Art zu führen, was erklärt, warum die tatsächliche Anzahl der Arten weit vom theoretischen Potenzial entfernt ist.
Paläontologen schätzen, dass die Gesamtzahl der fossilisierbaren Arten, die seit dem Auftreten komplexer Tiere vor etwa 540 Millionen Jahren (Beginn des Kambriums) existiert haben, zwischen 5 und 50 Milliarden liegt. Diese Zahl betrifft jedoch nur Organismen, die Spuren in den Gesteinen hinterlassen haben, also weniger als 1% des tatsächlichen Lebens. Wenn man diese Verzerrung korrigiert und das gesamte Leben seit den mikrobiellen Ursprüngen einbezieht, könnte die Gesamtzahl der Arten, die jemals auf der Erde existiert haben, zwischen \(10^{12}\) und \(10^{15}\) liegen, also zwischen einer Billion und einer Billiarde ausgestorbener Arten.
Die Zahlen sprechen für sich: In 3,8 Milliarden Jahren Evolution ist das Aussterben die Regel, nicht die Ausnahme: Mehr als 99,9% aller Arten, die jemals existiert haben, sind verschwunden. In der Geschichte des Lebens ist das Überleben die Ausnahme.
Alle heute lebenden Arten zusammen repräsentieren nur ein Milliardstel, vielleicht sogar weniger, der gesamten biologischen Vielfalt, die die Erde seit dem Ursprung des Lebens hervorgebracht hat. Die natürliche Selektion ist unerbittlich: Sie eliminiert gnadenlos ungeeignete Linien, filtert unablässig die Variationen des Lebens und lässt nur diejenigen überleben, die den unmittelbaren Anforderungen ihrer Umgebung entsprechen.
Dank der Arbeiten von Carl Woese (1928-2012) und seinen Mitarbeitern in den späten 1970er Jahren wissen wir, dass sich das Leben in drei große Domänen unterteilt. Diese revolutionäre Klassifikation basiert auf der Analyse der ribosomalen RNA, eines Moleküls, das in allen Lebewesen vorhanden ist.
Die drei Domänen, die die Hauptzweige des Baumes bilden:
N.B.: Archaeen sind genetisch näher mit Eukaryoten verwandt als mit Bakterien. Eukaryoten sind tatsächlich ein Zweig, der aus der Domäne der Archaeen hervorgegangen ist. Der Mensch teilt einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren mit einem thermophilen Archaeon aus heißen Quellen als mit einem Darmbakterium.
| Domäne | Linie | Beispielorganismus | Geschätztes Auftreten | Schlüsselmerkmal |
|---|---|---|---|---|
| Bakterien | Proteobakterien | Escherichia coli | ~ 3,5 Milliarden Jahre | Sehr vielfältige Gruppe, umfasst viele pathogene und symbiotische Bakterien. |
| Bakterien | Cyanobakterien | Spirulina | ~ 2,4 Milliarden Jahre | Einzige Bakterien, die zur oxygenen Photosynthese (Sauerstoffproduktion) fähig sind. |
| Archaeen | Euryarchaeota | Methanobrevibacter | ~ 3,8 Milliarden Jahre | Umfasst Methanogene (Methanproduzenten) und Extremophile. |
| Archaeen | Asgardarchaeota | Lokiarchaeum | ~ 2 Milliarden Jahre | Kürzlich entdeckte Archaeen, genetisch am nächsten mit Eukaryoten verwandt. |
| Eukaryoten | Tiere (Metazoen) | Homo sapiens | ~ 800 Millionen Jahre | Multizelluläre heterotrophe Organismen (ernähren sich von anderen Lebewesen). |
| Eukaryoten | Pflanzen (Viridiplantae) | Arabidopsis thaliana | ~ 1,5 Milliarden Jahre | Photosynthetische Organismen mit Zellwänden aus Zellulose. |
| Eukaryoten | Pilze (Fungi) | Saccharomyces cerevisiae | ~ 1 Milliarde Jahre | Osmotrophe Organismen (Absorption) mit Chitin-Zellwänden, nahe verwandt mit Tieren. |
| Eukaryoten | Protisten | Amoeba proteus | ~ 1,8 Milliarden Jahre | Paraphyletische Gruppe (Sammelbecken) aller nicht-tierischen, nicht-pflanzlichen und nicht-pilzlichen Eukaryoten. |
N.B.: Die angegebenen Daten sind Schätzungen basierend auf molekularen Uhren und Fossilien. Die ersten Anzeichen von Leben (Prokaryoten) erschienen vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Das Alter der Erde wird auf etwa 4,54 Milliarden Jahre geschätzt.
Sie, ich, der Gepard, der Champignon, der Mammutbaum und das Bakterium teilen einen gemeinsamen Vorfahren: Wir alle stammen von LUCA (Last Universal Common Ancestor) ab, einem einzelligen Organismus, der vor etwa 3,5 bis 4 Milliarden Jahren lebte. LUCA ist nicht unbedingt ein einzelnes Individuum. LUCA entspricht eher einer Population primitiver Organismen, die wahrscheinlich um hydrothermale Quellen lebten und massiv Gene direkt zwischen Individuen austauschten, ohne sich fortzupflanzen.
In der populärwissenschaftlichen Literatur wird LUCA oft als EIN einzelner Organismus dargestellt, ähnlich wie der "Adam und Eva" des Lebens. Das ist praktisch für Erklärungen, aber ungenau. LUCA repräsentiert wahrscheinlich mehrere verwandte Organismen, da eine Population mehr genetische Vielfalt ermöglicht als ein einzelnes Individuum.
Aber LUCA selbst ist das Produkt einer sehr langen Selektion. Bevor LUCA "gewann", gab es wahrscheinlich Milliarden von Milliarden Versuchen, Leben entstehen zu lassen: Protozellen, selbstreplizierende Systeme, primitive Stoffwechsel, die auftauchten und verschwanden, ohne Nachkommen zu hinterlassen. Dies wird als die Periode der darwinistischen präbiotischen Chemie bezeichnet, die in einem Zeitraum von etwa 100 bis 400 Millionen Jahren stattfand, zwischen dem Ende des Großen Bombardements und dem Auftreten von LUCA.
Der Baum des Lebens offenbart uns eine zugleich großartige und fragile Geschichte: die des Lebens, das vor Milliarden von Jahren entstand und durch eine unendliche Abfolge von Zufallsereignissen, Katastrophen und Selektionen geformt wurde.
Unsere Existenz ist das Ergebnis einer so einzigartigen Kontingenz, dass sie sich nicht reproduzieren lässt. Sie erinnert uns daran, dass das Leben, in der Form, wie wir es kennen, kostbar, selten und einzigartig ist. Statt verzweifelt nach Zwillingen der Menschheit in den Sternen zu suchen, sollten wir uns über unsere eigene Existenz wundern und dafür sorgen, dass diese Ausnahme nicht durch unser Verschulden zu einem neuen Aussterben wird.
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