Nur die eine Erde

Kapitel 1

Gaia verstehen

Die Erde ist kein Gesteinsklumpen, der mit einigen auf seiner Oberfläche verstreuten Lebewesen durchs All saust. Und Leben erscheint auch nicht »einfach so« auf einem Planeten, der sich zufällig in einer »habitablen« (bewohnbaren) Zone befindet (nicht zu dicht und nicht zu weit von einer Sonne). Und das Leben hat auf der Erde auch nicht bloß »ein paar Nischen« besiedelt.

Es ist ganz anders: In den letzten Jahrzehnten hat die Wissenschaft ein immer klareres Bild gewonnen, wie sehr die Gesamtheit des Lebens (die Biosphäre) aktiv die lebensfreundlichen Bedingungen auf der Erde erhält. »Die Biosphäre befindet sich nicht nur einfach in einer habitablen Zone, sondern sie erschafft sie auch«, sagen die Erdwissenschaftler Eileen Crist und Bruce H. Rinker.1

Über die 3,8 Mrd. Jahre, die das Leben bereits existiert, sind die lebenden (biotischen) und nicht-lebenden (abiotischen) Naturreiche derart hochgradig miteinander verschmolzen, dass »sie eine biogeo-chemische Einheit darstellen, die sich als ein sich selbst regulierendes System verhält.« (Crist und Rinker)2 Mit anderen Worten: Die Organismen gestalten die Umgebungsbedingungen zu ihrem Vorteil. Und erhalten sie auch so. (Dies sind Langzeitwirkungen der planetarischen Evolution, und es ist kein Widerspruch, dass einzelne Arten sich durchaus an gewisse Bedingungen anpassen müssen - entlang der Zeitachse ihrer eigenen Entfaltung.) Um das etwas anschaulicher zu machen:

Als die Erde jung war, hätte sie all ihr Wasser verloren, wenn nicht Myriaden von Bakterien mit viel Aktivität eingegriffen hätten. Ihr Stoffwechsel setzte freien Sauerstoff frei, und andere Arten entließen Schwefelverbindungen. So konnten die ultraleichten Wasserstoffatome daran gehindert werden, ins All zu entweichen. Ohne Leben gäbe es kein Wasser auf der Erde.

Landpflanzen und damit auch Landtiere (inklusive der Gattung Mensch) sind abhängig von fruchtbarem Boden. Und solcher existiert nur, weil Bodenbakterien beständig Mineralstoffe aus dem Muttergestein lösen und organisch aufbereiten.

Wussten Sie, dass 99 Prozent der Atmosphäre von Lebewesen erzeugt wurde? Ein Fünftel der Luft ist Sauerstoff, der per Photosynthese von Pflanzen (auch Algen) ausgeatmet wurde, und vier Fünftel sind Stickstoff, der von Bakterien gereinigt und zur Verfügung gestellt wurde. Ohne Lebewesen wäre die Atmosphäre der Erde ein Gemisch aus giftigen Gasen und zudem kochend heiß. Auf unserer lebenden Erde waren die Bestandteile der Luft vor kurzem noch Teil lebender Zellen.

Bitte beachten Sie, dass in allen drei obengenannten Punkten Bakterien eine wesentliche Rolle spielen; wir kommen noch auf sie zurück. Der letzte Punkt erwähnt die Oberflächentemperatur, und hier haben wir tatsächlich das Musterbeispiel für die Selbstregulierung eines lebenden Planeten.

In dem gigantischen Temperaturspektrum, das im Universum möglich ist - vom absoluten Nullpunkt bis zu Millionen Grad Hitze - ist das Fenster für biologisches Leben äußerst eng: null bis 50°C (mit ein paar Ausnahmen wie thermophilen Bakterien, die bei deutlich höheren Temperaturen in den hydrothermalen Feldern der Tiefsee leben). Da Proteine (Eiweiße) ab 42° gerinnen und Unterkühlung bereits unter 35°C Körpertemperatur einsetzt, haben Menschen und andere Tiere sogar ein noch engeres Fenster. Pflanzen können am besten bei 23°C Photosynthese betreiben, das kommt also als eine optimale Temperatur für das Festland auf den planetarischen Wunschzettel. Und das Ideal für die Ozeane sind 10°C oder etwas darunter, weil dies die effektivste Durchmischung der Oberflächenwasser mit den tieferen Schichten ermöglicht: Die Konvektion wirbelt Nährstoffe aus den unteren Wasserschichten nach oben und trägt Sauerstoff und CO2 aus dem oberen Bereich in die Tiefe. Für Meer und Land zusammen ist die optimale globale Durchschnittstemperatur etwa 15°C. Dies ist die ideale Arbeitstemperatur für den Planeten Erde.

Als die Erde noch jung war, war ihre eigene Hitze für Lebewesen viel zu hoch. Auch als das magmatische Innere sich abkühlte, blieb die Oberfläche des Planeten aufgrund der Treibhausgase in der Atmosphäre (vorwiegend vulkanisches CO2) noch lange sehr heiß. Aber über Hunderte von Millionen Jahren hat die unermüdliche Arbeit (Photosynthese) von Mikroorganismen und Pflanzen die Atmosphäre allmählich verändert - und mit ihr die Temperaturen, bis sie so waren wie heute. Aber das Überraschende ist dies:

Astrophysiker sagen uns, dass seit das Leben vor 3,8 Mrd. Jahren erschien, der Energieausstoß der Sonne um 25 Prozent zugenommen hat. Wie wir jedoch aus Geologie, Paläontologie und anderen Erdwissenschaften wissen, war das Leben seit seinem Anbeginn ununterbrochen gegenwärtig, was bedeutet, dass die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche immer nahe an 15° gelegen haben muss.

Die Entdeckung in den 1970ern, dass der Planet eine offensichtliche Fähigkeit zur Selbstregulierung der Temperatur hat, führte zu einem neuen Wissenschaftsbereich: der interdisziplinären Erdsystemwissenschaft (Earth system sciences). Der lebende Planet wird nun als ein verwobenes Netzwerk aus Ökosystemen gesehen, das innewohnende Fähigkeiten zur Selbstregulierung und Selbsterhaltung hat. Dieses Netzwerk wurde Gaia genannt, nach der altgriechischen Urgöttin der Erde. Im naturwissenschaftlichen Kontext ist Gaia mehr als ein Synonym für die Biosphäre. Gaia ist die Gesamtheit der materiellen Erde und aller ihrer Biota (Lebewesen). Dieses »großartige organische Ganze« ist imstande, die Temperatur und die chemischen und physischen Bedingungen der Erdoberfläche im lebensfreundlichen Bereich zu halten. Dafür arbeiten die vernetzten Lebenssysteme der Ökosphäre; die Energie dafür wird vom Sonnenlicht gespendet.3

Gaia-Theorie und Erdsystemwissenschaft

1973 veröffentlichte der britische Wissenschaftler James Lovelock, der seit Jahren für das NASA Mars-Projekt arbeitete, seine erste Studie zum Planeten Erde als komplexen Superorganismus. Die »Gaia-Hypothese« hatte keinen einfachen Start, weil sie verschiedenste Disziplinen wie Biologie, Geologie, Ozeanographie, Paläontologie, Mineralogie, u.v.a. in eine einzige Systemtheorie zusammenführte. In einem Zeitalter, in dem die westliche Wissenschaft äußerst »reduktionistisch« ist, d.h. alles in immer kleinere Teile zerlegt (die Biologie allein hat über dreißig Bereiche), war Lovelocks ganzheitlicher Ansatz, den Planeten Erde zu verstehen, eine gewaltige Provokation - besonders für die Neo-Darwinisten, die u.a. konterten, ein Planet könne sich nicht »entwickeln«, wie es Lebewesen tun.

Dennoch begann mit dem Gaia-Ansatz die Entwicklung der Erdsystemwissenschaft, die heute über dreißig Disziplinen zusammenbringt. Um die Jahrtausendwende reifte die Gaia-Hypothese zur Gaia-Theorie und ist nun allgemein akzeptiert. Besonders erwähnenswert ist die Bedeutung der Gaia-Prinzipien in der sich rasant entwickelnden Klimawissenschaft. Noch 2012 wurden die Computermodelle der Klimatologen zu recht dafür kritisiert, dass sie die Einflüsse der Biota, z.B. des Amazonas-Regenwaldes oder der Meereslebewesen, auf das globale Klima nicht angemessen berücksichtigten.4 Seither hat die Klimatologie (unter dem Druck der Vorboten der Klimazerrüttung) viele der Gaia-Sichtweisen über wechselseitige Erdfunktionskreisläufe übernommen. Die moderne Klimatologie kann man nicht mehr von der Gaia-Perspektive trennen.

Doch es geht nicht nur um Temperatur. Viele physikalische Eigenschaften des Erdsystems bedürfen eines fein abgestimmten Gleichgewichts:

Temperaturen, Wetter und Klima weltweit;

der Salzgehalt der Meere;

der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre;

das (chemische) Reduktionspotential, bes. der atmosphärischen Gase;

die Luftelektrizität;

der Säuregehalt von Luft, Wasser und Böden;

die Verfügbarkeit von Wasser auf den Kontinenten;

die Verteilung der Mineralnährstoffe;

die Stärke der kosmischen Strahlung.

Das Netzwerk der Ökosysteme und ihrer Lebewesen ist eng verflochten (wie die Organe in unseren Körpern), und der planetarische »Stoffwechsel« von Materie und Energie erhält Gaias aktive Regulierung der obengenannten Faktoren. So ist es kein Wunder, dass Gaia auch Superorganismus genannt wurde. In der Wissenschaft ist dieser Begriff für Gaia allerdings umstritten und daher weitgehend wieder verworfen worden, weil nach biologischer Definition ein Organismus fähig sein muss, Nachkommen zu zeugen, so dass sich über Generationen die Art durch Vererbung und Anpassung evolutionär »entwickeln« kann. Es ist natürlich wahr, dass Planeten keine »Nachkommen« haben, aber zweifellos entwickelt...