Die Algenöl-Revolution

Erleuchtung aus dem Meer

Je weiter wir in die Vergangenheit schauen können, desto weiter können wir wahrscheinlich in die Zukunft schauen.

Winston Churchill (1874-1965)

. und es ward Licht.

Allerdings gab es für lange Zeit niemanden, der das hätte bemerken können - sogar für eine gewaltig lange Zeit.

Nachdem die Kraft der Gravitation die Sonne zum Leuchten gebracht hatte, dauerte es zunächst etwa eine Milliarde Jahre, bis erste Mikroorganismen die Ozeane unseres Planeten besiedelten. Danach musste die Erde noch weitere zweieinhalb Milliarden Mal die Sonne umkreisen, bis ziemlich plötzlich, vor etwa 540 Millionen Jahren, mehrzellige Wesen mit Augen und einem primitiven Nervensystem entstanden, die nicht nur sehen, sondern das Gesehene auch verarbeiten konnten.

Innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne von nur etwa zehn Millionen Jahren - geologisch betrachtet, mehr oder weniger zeitgleich - entwickelten sich nahezu sämtliche Prototypen des heutigen Tierreichs. Dieser erdgeschichtliche »Zeitpunkt« wird als kambrische Explosion bezeichnet. Der Begriff »Kambrium« geht zurück auf cambria, den lateinischen Namen von Wales, wo in den 1830er-Jahren zuallererst Gesteinsschichten aus jener Epoche untersucht wurden. Später wurden dann vor allem im Burgess-Schiefer der kanadischen Rocky Mountains in etwa 500 Millionen Jahre alten Erdschichten die versteinerten Zeugen dieser Entwicklung gefunden.

Im Kambrium (Pfeil) entstanden vor etwa 500 Millionen Jahren in erdgeschichtlich kurzer Zeit nahezu alle heutigen Tierstämme.

Die hohe Geschwindigkeit, mit der sich damals neuartiges Leben auf so vielfältige Weise entwickelte, wirft entscheidende Fragen auf: Wieso dauerte es so lange, bis das Licht der Schöpfung gesehen wurde? Und vor allem, was ermöglichte die Entstehung von Lebensformen mit immer komplexeren Nervensystemen? Das sind Fragen, die nicht nur die Vergangenheit der Menschheit betreffen, sondern auch deren Zukunft.

Nach der üblichen Erklärung des Evolutionsprozesses entstehen sämtliche Formen des Lebens durch zufällige Änderungen des Erbguts, die sogenannten Mutationen. Manchmal verleihen solche Mutationen den genetisch veränderten Nachkommen einen Vorteil, beispielsweise die Fähigkeit zu sehen oder eine etwas höhere Intelligenz und damit ein besser angepasstes Verhalten. Lebewesen mit solchen vorteilhaften Mutationen haben im Vergleich zu Lebewesen mit unverändertem Erbgut eine erhöhte Chance, ihr »verbessertes« (weil besser angepasstes) genetisches Material an die nächste Generation weitergeben zu können. Dies nennt man Selektion: Das Erbgut verbessernde Mutationen liefern einen Selektionsvorteil.

Doch reicht dieser evolutionsbiologische Mechanismus als Erklärung aus, um das Rätsel der kambrischen Explosion zu lösen? Schließlich fand in nur wenigen Millionen Jahren eine dramatische Entwicklung statt, die über mehrere Milliarden Jahre auf sich hatte warten lassen. Da muss noch etwas anderes gewesen sein, das die Evolution des Sehens und Erkennens ermöglichte.

Schon Charles Darwin, der Entdecker des evolutionären Prinzips, vermutete, dass die treibende Kraft beim Entstehen von völlig neuen Lebensformen nicht (nur) das Zusammenspiel zwischen Mutation und Selektion sein kann: Gravierenden Veränderungen des Erbguts müssen ebenso gravierende Veränderungen der Umwelt vorausgehen. Die Frage sollte also anders gestellt werden: Welche Umweltveränderungen ermöglichten die rasante Entstehung einer großen Artenvielfalt?

Lange Zeit war unser Planet aufgrund der damaligen chemischen Zusammensetzung seiner Biosphäre ein zu feindlicher Ort für komplexes Leben: Weil ihm eine Ozonschicht fehlte, konnte die UV-Strahlung der Sonne ungehindert die Erdoberfläche sterilisieren. Aber auch die Ozeane waren mit Kohlensäure und giftigem Schwefelwasserstoff gesättigt und nahezu frei von Sauerstoff. So konnte sich in den Ozeanen in Form von Mikroorganismen nur ein recht primitives, wenn auch sehr robustes Leben entwickeln.

Plankton umfasst alle im Wasser lebenden Organismen, deren Schwimmrichtung vorwiegend von der Strömung vorgegeben wird. Der Begriff stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet »das Umherirrende«. Ein wichtiger Vertreter pflanzlichen Planktons sind Mikroalgen.

Deshalb geht die Wissenschaft davon aus, dass die kambrische Explosion auf den Anstieg des Sauerstoffgehalts in den Ozeanen zurückzuführen ist (bei gleichzeitigem Abbau des Kohlendioxids, des Schwefelwasserstoffs und vieler anderer toxischer Chemikalien). Dadurch konnten sich aerobe Organismen und immer komplexere Lebensformen mit hohem Energiebedarf entwickeln. Schließlich ist die Energiegewinnung durch einen aeroben Stoffwechsel, also einen, der Sauerstoff nutzt, knapp zwanzigmal höher als durch einen anaeroben, der völlig ohne Sauerstoff auskommen muss. Insbesondere Nervensysteme sind gewaltige Energiefresser. Beispielsweise benötigt unser Gehirn, bezogen auf sein Gewicht, über zehnmal mehr Energie als unser restlicher Körper!

Für die gravierende Veränderung dieser entscheidenden Umweltbedingungen waren aquatische, das heißt im Wasser lebende Mikroorganismen verantwortlich. Deren Stoffwechsel setzte über viele Milliarden Jahre Sauerstoff als Abfall frei. Es handelt sich hierbei um Cyanobakterien, fälschlicherweise Blaualgen genannt, und um echte, meist einzellige Mikroalgen, Urformen der später entstandenen Pflanzenwelt (mehr zu deren Entstehungsgeschichte im vorletzten Kapitel). Diese Urformen des Lebens - Cyanobakterien und Mikroalgen - sind auch heute noch wesentlicher Teil des pflanzlichen Planktons und produzieren etwa die Hälfte des Sauerstoffs, den wir über die Atmung aufnehmen.1

Ausschnitt aus der Zellmembran einer Sehsinneszelle. Ihre äußere Hülle besteht aus einer doppelten Lage Fettsäuren. Weit über die Hälfte davon ist DHA. Darin eingebettet ist der Lichtsensor.

Mit dem Anstieg des Sauerstoffgehalts konnte die Evolution einen wesentlich effizienteren Energiestoffwechsel hervorbringen. Dieser ermöglichte letztendlich sogar denkendes Leben. Doch zugleich entwickelte sich dadurch auch eine Abhängigkeit: So ist das Gehirn auch unser erstes Organ, das ohne Sauerstoff im wahrsten Sinne des Wortes seinen Geist aufgibt. Man muss nur einmal die Luft anhalten, um sich darüber bewusst zu werden, wie wir auch heute noch von der Produktionsleistung des Planktons abhängig sind.

Mikroalgen setzen aber nicht nur Sauerstoff frei, der die Energieversorgung zur Entwicklung sehender Nervensysteme sicherstellte. Sie produzieren auch noch einen unentbehrlichen Baustoff: Docosahexaensäure. Im englischen Sprachraum wird diese außergewöhnliche Fettsäure Docosahexaenoic Acid genannt und ist deshalb unter der Abkürzung DHA bekannt. DHA gehört zu den Omega-3-Fettsäuren. Mit ihrer Bedeutung für unsere geistige und körperliche Gesundheit werden wir uns noch ausführlicher beschäftigen. Hier nur so viel: Ohne DHA aus Mikroalgen wäre die Entwicklung des Sehens, wie wir es kennen, nicht möglich gewesen - und auch heute noch ist diese Fähigkeit von der DHA-Produktion durch Mikroalgen abhängig. DHA findet hauptsächlich über Fische und Meeresfrüchte den Weg zu uns, deshalb wird sie im Weiteren als eine aquatische Omega-3-Fettsäure bezeichnet. Sie kommt allerdings auch im Fleisch von Landtieren vor, dort jedoch in weitaus geringerer Menge.

Sehen findet durch Kommunikation zwischen Nervenzellen statt. Um die sichtbare Welt wahrnehmen zu können, müssen Lichtstrahlen in Nervenimpulse umgewandelt werden. Dafür sind Sehsinneszellen zuständig, die sich in der Netzhaut des Auges befinden. Als Nervenzellen sind sie der Teil des Gehirns, der auf Lichterkennung spezialisiert ist. In ihrer Außenhülle, der sogenannten Zellmembran, sind dafür Lichtsensoren eingebettet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Es handelt sich bei den Lichtsensoren um Proteine, die ihre Struktur verändern, wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge auf sie trifft. Damit diese Strukturveränderung einen elektrischen Nervenimpuls auslöst, das eintreffende Licht also tatsächlich vom Gehirn wahrgenommen werden kann, wird DHA benötigt.2 Deshalb findet sich DHA in hoher Konzentration in der Nervenzellmembran der Sehsinneszellen. In diese DHA-reichen Abschnitte der Zellmembran sind die Lichtsensoren eingebettet.3 Beim Sehen ist die Fähigkeit von DHA, sehr viele und sehr unterschiedliche räumliche Formen annehmen zu können, von großer Bedeutung.4 Wie man experimentell nachweisen konnte, kann keine andere Fettsäure, egal, wie nahe verwandt, DHA in dieser Funktion ersetzen.5 Nur mithilfe von DHA kann das vom Lichtsensor empfangene Lichtsignal in ein elektrisches Signal umgewandelt und dieses als Nervenimpuls weitergeleitet werden. Somit ist DHA entscheidend für das Sehen.6

Auch die Evolution liefert uns für die Sonderstellung der DHA gegenüber anderen Fettsäuren einen stichhaltigen Beweis: Alle bisher untersuchten Wirbeltierarten, seien es Fische, Amphibien, Reptilien oder Säugetiere, haben um die Lichtsensoren die gleiche und mit über 50 Prozent außergewöhnlich hohe Konzentration an DHA.7 Damit ist klar, dass sich seit der Entwicklung des gemeinsamen Vorfahrens in der kambrischen Explosion keine andere Fettsäure gegen DHA durchsetzen konnte - trotz des Experimentierens der Natur über...