ZUM MITLESEN:

1. Erste Zelle

Sie stehen nun an der Wegecke, am dritten Schild. Hier taucht die allererste Zelle auf – und das schon 500 Mio. Jahre nach der Entstehung der Erde. Sie wird auch „LUCA“ genannt, das steht für „Last Universal Common Ancestor“ oder „letzter gemeinsamer Vorfahre“. Aus dieser ersten Zelle wird alles Leben hervorgehen, das es jemals auf der Erde geben wird.
Aber wie kann das eigentlich sein!? Die Erde besteht doch nur aus totem Sternenstaub, wie soll daraus von ganz allein so etwas Unfassbares wie Leben hervorgehen? Dafür nenne ich Ihnen hier die wesentlichen Zutaten, jedenfalls nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft:

Erstens: Wir brauchen flüssiges Wasser. Ohne wird es nicht gehen, denn nur in Flüssigkeit haben Moleküle das richtige Maß an Stabilität und zugleich Flexibilität für komplexe Reaktionen. Was für ein Glück also, dass Wasser aus dem Weltraum auf die Erde gefallen ist und sich ein Ozean gebildet hat!

Zweitens: Wir brauchen einen Ort, der besondere Voraussetzungen erfüllt: Es müssen dort die notwendigen chemischen Bausteine vorhanden sein und er muss günstige Bedingungen für Reaktionen aufweisen.
Das ist der Fall an sogenannten „Weißen Rauchern“, daher entsteht LUCA wahrscheinlich dort. Weiße Raucher sehen aus wie rauchende Schlote am Meeresgrund, in totaler Dunkelheit. Es handelt sich um Hydrothermalquellen, die von der Wärme aus der Tiefe gespeist werden. Hier sind die notwendigen Elemente tatsächlich im Überfluss vorhanden und durch pH-Wert-Gefälle werden Reaktionen angetrieben.

Drittens: Nun muss an dem Weißen Raucher aus den vorhandenen Elementen ein Molekül entstehen, das eine ganz besondere Fähigkeit hat: Es muss sich selbst kopieren, also vervielfältigen können. Das ist die eigentliche Herausforderung.
Heute lässt sich zumindest berechnen, wie es abgelaufen sein könnte: So gibt es eine bestimmte Abfolge nur zwei- bis dreihundert aufeinander aufbauender Reaktionen, durch die tatsächlich ein Molekül entsteht, das diese bisher unbekannte Fähigkeit hat: Es kann sich selbst kopieren! Das Molekül heißt Ribonukleinsäure oder RNA. Es wird sich später zur DNA weiterentwickeln.

Und viertens brauchen wir noch eine Schutzhülle um das wertvolle Molekül herum, um es von der Außenwelt abzuschirmen.
Man vermutet, dass sich die ersten RNA-Ketten in winzigen Kammern des porösen Gesteins rund um die weißen Raucher herum bilden. In diesen kleinen Hohlräumen ist es zwar angenehm ruhig, aber sie haben auch einen großen Nachteil: Die RNA kommt dort nicht heraus, sie bleibt eingesperrt. Um sich frei bewegen zu können, braucht das Molekül eine eigene Schutzhülle. Und auch für dieses Problem hat die Chemie eine Lösung. Denn Lipide, also Fette, verbinden sich immer zu einer Kugelform miteinander. (Das können Sie auch sehen, wenn Sie Öl in Wasser gießen, das Öl schwimmt dann kreisrund oben dem Wasser.) Und so ein kleines Fettbällchen nimmt nun die RNA-Kette in sich auf. Es wird damit zur ersten Zellmembran.

Damit ist LUCA fertig. Das Leben auf der Erde beginnt!

2. Ausbreitung der Einzeller (ARCHAIKUM)

Schlendern Sie nun doch schon mal langsam weiter in Richtung des nächsten Schildes. LUCA und seine Nachkommen fangen nun an, sich unaufhörlich auszubreiten. Denn die Einzeller sind ganz hervorragend darin, sich zu vermehren. Solange ausreichend Nahrung vorhanden ist, steigt ihre Zahl exponentiell an. Und das, obwohl sie noch sehr einfach strukturiert sind, ihre Erbinformation ist kurz und schwimmt frei innerhalb der Hülle herum.

Ganz so einfach, wie es klingt, sind diese Prozesse natürlich auch wieder nicht. Auch viele andere Moleküle, die mit in der Zelle eingeschlossen sind, durchlaufen eine Entwicklung und können nun mit der DNA interagieren.

Hier beginnt das zweite Erdzeitalter, das Archaikum. Es dreht sich ganz um die Evolution der Einzeller. Die werden über die nächsten zweieinhalb Milliarden Jahre, also die nächsten 220 Meter auf unserem Weg, ganz unter sich auf der Erde bleiben.

3. Was ist Evolution?

Und an dieser Stelle lassen Sie uns einmal ein paar allgemeine Gedanken zu dem Begriff „Evolution“ einschieben – immerhin wurde ja unser ganzer Weg danach benannt! Evolution ist der biologische Prozess, der die Vielfalt und Komplexität allen Lebens auf der Erde erklärt. Drei Prinzipien wirken dabei immer zusammen: Information, Mutation und Selektion. Aber etwas genauer:

• Zunächst muss es eine „Information“ über das Erbgut geben, die stabil an die nächste Generation weitergegeben werden kann. Das ist Aufgabe der DNA, dieses großen Moleküls, das aussieht wie eine in sich verdrehte Strickleiter und in seinen einzelnen Abschnitten, den Genen, die Erbinformationen enthält. Immer wenn die DNA sich teilt, docken an ihre offenen Enden wieder die passenden Moleküle an und es entstehen zwei identische DNA-Ketten.
• So wäre aber noch keine Weiterentwicklung möglich, denn die Nachkommen wären mit der Vorgängergeneration ja immer absolut identisch. Daher muss es beim Kopieren doch minimale Veränderungen an der DNA geben. Und die gibt es auch, man nennt sie „Mutationen“. Das sind winzige Fehler bei einem von etwa 100 Mio. Kopiervorgängen. Die können dann zu veränderten oder ganz neuen Körpermerkmalen führen.
• Und dann wirkt noch die „Selektion“. Damit ist gemeint, dass das Lebewesen mit seinen neuen Merkmalen in einer konkreten Umwelt besser oder schlechter zurechtkommen kann. Meistens haben sie gar keine Wirkung oder Nachteile, aber wenn die neuen Körpermerkmale Vorteile für das Lebewesen haben, wird es länger leben und mehr Nachkommen haben und seine Nachkommen können die Merkmale dann weitertragen.

Diesen Prinzipien der Evolution unterliegt jegliches Leben – auch die Einzeller! So haben sich auch bereits unter den Bakterien früh verschiedene Arten entwickelt. Eine davon heißt Cyanobakterien. Stehen Sie inzwischen vor dem vierten Schild, das diesen kleinen Meistern gewidmet ist?