BEIM WORT SCHÖPFUNG kommt einem der Mann im Sternenmantel mit dem Zauberstab in den Sinn, der glauben machen will, er habe das Kaninchen, das er unter dem Hut hervorholt, aus dem Nichts herbeigezaubert. Oder man denkt an einen Künstler-Schöpfer wie Michelangelo, der den David aus einem Marmorblock herausgearbeitet hat. Diesen verschiedenartigen Schöpfungsakten ist gemeinsam, dass die Schöpfer mit dem Geschaffenen nicht identisch sind.
Leben hingegen kann sich aus sich selbst heraus organisieren und entfalten. Es besitzt die Fähigkeit zur Assimilation von Fremdstoffen, zu Wachstum und Vermehrung, zu flexibler und individueller Reaktion und Adaptation. Durch Änderungen im genetischen Programm und vor allem durch Rekombination der elterlichen Erbinformation geschlechtlich sich fortpflanzender Lebewesen entsteht das Individuum als Unikat, und gleichzeitig wird Ausgangsmaterial für die stammesgeschichtliche Entfaltung und «Höherentwicklung» im Sinne zunehmender Komplexität bereitgestellt. Evolution ist damit nachhaltige Schöpfung, die kontinuierlich, aber in Phasen unterschiedlicher Intensität, in Wechselwirkung zur Geschichte unseres Planeten stattfindet.
UNSERE ENTWICKLUNGSGESCHICHTE nimmt mit der Entstehung des Universums ihren Anfang. Ausgehend von den Arbeiten Albert Einsteins, die zu einem völlig neuen Verständnis von Raum und Zeit, von Masse und Energie sowie der Gravitationswechselwirkungen führten, und den Entdeckungen des Astronomen Edwin Hubble, verdichtet sich heute immer mehr das Bild eines sich ständig ausbreitenden Universums. Seit die Kosmologie präzise Voraussagen über das Schicksal von Sternen in Abhängigkeit von ihrer Masse machen kann, zeigt sich, dass Teile des Universums unterschiedlich evolvieren. Dies gilt nicht nur für Sterne unterschiedlicher Grössenklassen, sondern auch für ihre Trabanten, die Planeten, deren Ausstattung mit chemischen Elementen oder gar einer Biosphäre von ihrer Masse und ihrem Abstand zum Zentralgestirn abhängt.
Mit der Entwicklung des Universums verbunden ist die Evolution der chemischen Elemente durch Kernfusion bei unvorstellbar hohen Temperaturen, beginnend bei den Elementen Wasserstoff und Helium. Sie findet während bestimmter Phasen eines Sterns statt und kann teilweise experimentell nachvollzogen werden.
Heute ist auch bekannt, wie der Planet Erde zu seinem spezifischen Sortiment chemischer Elemente kam, von denen im Universum, das zu 99,9 Prozent aus Wasserstoff und Helium besteht, nur 0,1 Prozent vorhanden ist. Für die Entstehung des Lebens sind von diesen Elementen Kohlenstoff, das Gerüst aller organischen Verbindungen, sowie Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor Voraussetzung.
DIE BIOLOGISCHE EVOLUTION begann mit komplexen organischen Verbindungen, lange vor der Entstehung des eigentlichen Lebens. Bereits Charles Darwin fragte sich, ob sich in einem Tümpel, angereichert mit verschiedenen Ammoniumsalzen und Phosphaten, unter dem Einfluss von Wärme, Licht und Elektrizität Proteinkomponenten bilden könnten. Die Idee einer Ursuppe wurde später von Alexander Oparin übernommen, der die Selbstorganisation von in einem Wassertropfen absorbierten Kohlenwasserstoffen wie Methan und Ammoniak zu komplexeren Molekülen beschrieb. Als sich in den fünfziger Jahren mehrere Forschungsgruppen erneut Ursuppenexperimenten zuwandten, verfügten sie über noch konkretere Hinweise auf das Milieu, in dem vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren auf der Erde Leben entstanden war.
Damals war unser Planet vorwiegend mit Wasser bedeckt, über dem eine sauerstofffreie Atmosphäre aus Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Stickstoff und Schwefelwasserstoff lastete, die ständig elektrischen Entladungen ausgesetzt war. Bei der Simulation dieser urweltlichen Situation im Labor, mit Ursüppchen, Urluft, UV-Strahlen, Blitz und Donner, organisierten sich spontan Bausteine lebendiger Substanz, wie die fünf Basen der RNA (Ribonukleinsäure), der universelle Energiespeicher ATP (Adenosintriphosphat) und einfache Zucker. Man nimmt an, dass damals grosse Mengen dicker, süsser Ursuppe auf die sich in ihr spontan organisierenden ersten Gäste, die Bakterien, warteten.
Allerdings konnte bis heute der entscheidende Schritt, die Entstehung wirklichen Lebens, wie sie sich vor zirka 3,9 Milliarden Jahren wahrscheinlich mehrmals abgespielt hatte, nicht experimentell nachvollzogen werden. Aber alles weist darauf hin, dass diese entscheidende Beweislücke für eine ausschliesslich auf Naturgesetzen beruhende biologische Evolution in absehbarer Zeit geschlossen werden kann.
ORGANISMEN SIND OFFENE, ein dynamisches Gleichgewicht anstrebende Ordnungssysteme. Im Kampf gegen die Entropie, die Tendenz aller geordneten Strukturen, sich in ein Chaos kleinster Teilchen aufzulösen, kann dieses Gleichgewicht nur aufrechterhalten werden durch unausgesetzte biochemische und mechanische Aktivität, verbunden mit Stoffaustausch und Energiefluss. Den Organismen wohnt die Fähigkeit zur Vermehrung inne, bei der Programmstrukturen weitergegeben werden, die Wachstum, Differenzierung und lebenserhaltende Funktionen der Nachkommen steuern. Eine weitere Errungenschaft der lebenden Zellen ist, dass ihre Moleküle nicht nur über herkömmliche chemische Synthese, sondern auch durch Abformung an einer Matrize kopiert werden können.
Hinweise auf die Geschichte des Lebens liefern unter anderem Spuren von biologisch produziertem Karbonat und reduziertem Kohlenstoff aus 3,8 Milliarden Jahre alten Sedimenten in Grönland. Die ältesten gesicherten Mikrofossilien von ursprünglichen Bakterien finden sich in den südafrikanischen Baberton Mountains. In nur wenig jüngerem Gestein liessen sich bereits ein Dutzend verschiedene Typen von Bakterien identifizieren.
SEIT 3 500 000 000 JAHREN SIND die Bakterien unangefochtene Herrscher und Gestalter der Biosphäre. Sie halten die meisten Rekorde, sind sie doch die anpassungsfähigsten, widerstandsfähigsten, nützlichsten und schädlichsten Lebewesen. Sie vermehren sich mit astronomischen Raten und altern nicht. Sie leben tief im Erdboden, in der trockensten Wüste, in der Antarktis ebenso wie in Salzseen. Einige von ihnen gedeihen sogar knapp unter dem Siedepunkt in Säurebädern mit einem pH-Wert von unter 2.
Die ersten Bakterien lebten in einer Atmosphäre ohne Sauerstoff und mussten sich Energie durch Vergärung von einfachen Zuckern aus der Ursuppe beschaffen, ähnlich wie es ihre Nachkommen bei der Essig- oder Alkoholherstellung heute noch tun. Diese Lebewesen waren noch nicht in der Lage, ihre Nahrung selbst zu synthetisieren, sondern angewiesen auf die Nutzung bereits in der Ursuppe vorhandener Moleküle.
Bald jedoch gelang den Bakterien eine der wichtigsten Erfindungen in der Geschichte des Lebens, die Photosynthese. Diese machte sie punkto Energieversorgung unabhängig vom allmählich versiegenden Schlaraffenbrei. Photosynthese beruht auf der Fähigkeit des Chlorophyllmoleküls, angeregt vom Sonnenlicht Energie auf das Speichermolekül ATP (Adenosintriphosphat) zu übertragen. Damit konnten die Photobakterien aus Kohlendioxid und Wasserstoff, den in der damaligen Atmosphäre vorkommenden Gasen, Vorräte von energiereichem Zucker bilden und sich vom ursprünglichen Nährsubstrat unabhängig machen.
Die frühe Evolution der Bakterien zeigt eindrücklich deren innovatives Potential, das es ihnen ermöglicht, ständig mit neuen Fähigkeiten ausgerüstete Pioniere an die Umweltfront zu entsenden, um neue Stoff- und Energiequellen zu erschliessen. Dazu gehörte der nach faulen Eiern riechende Schwefelwasserstoff, der in grossen Mengen aus dem Erdinnern austrat. Ihn machten sich die Schwefelbakterien als Wasserstoffquelle zunutze. Als Abfallprodukt dieser chemischen Aufspaltung schieden sie jenen puren Schwefel aus, der uns heute in riesigen Lagerstätten zum Abbau zur Verfügung steht.
Von nachhaltigster Wirkung auf die heutigen Lebensbedingungen waren und sind immer noch die Cyanobakterien. Ihnen gelang es sogar, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, den Wasserstoff in ihre Zellsubstanz einzubauen und Sauerstoff, unser Atemgas, als Abfallprodukt an die Atmosphäre abzugeben. Cyanobakterien besiedelten rasch alle Gewässer und Feuchtbereiche und hüllten die Erde allmählich in einen Sauerstoffmantel. Der aggressive Sauerstoff oxidierte andere elementare Stoffe wie etwa Eisen, Mangan und Schwefel zu den Mineralien Hämatit, Pyrit und Mangandioxid. Deren Vorkommen liefert uns heute wichtige Hinweise auf frühe biologische Aktivität.
Eine weitere bedeutsame Errungenschaft von Bakterien war die Nutzung des atmosphärischen Stickstoffs. Es gelang ihnen, das träge Molekül zu knacken und Stickstoffatome in organische Verbindungen einzubauen, die seither allen Lebewesen als essentielle Bausteine für Aminosäuren, Peptide und Proteine zur Verfügung stehen.
Die Liste faszinierender und für die Weiterentwicklung des Lebens auf der Erde ausschlaggebender Errungenschaften der Bakterien liesse sich noch lange fortsetzen. Bei dieser von keinen andern Lebewesen je erreichten primären Diversifikation ging es darum, sich die für den individuellen Stoffwechsel notwendigen Stoffe und Energien zu erschliessen. Sowohl die anfallenden Abfallprodukte als auch die Körpersubstanzen der Bakterien selbst wurden zum Lebenssubstrat aller später auftretenden Organismen.
Die Anpassungsfähigkeit, die von keinen andern Lebewesen auch nur annähernd erreicht wurde, beruht auf der höchst effizienten Vermehrung durch Teilung und auf dem nur bei Bakterien vorkommenden intensiven Gen-Austausch. Ihre Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist zwar identisch mit der anderer Lebewesen, doch ist sie nicht in einem Zellkern lokalisiert, sondern liegt lose im Zellplasma.
Statt des streng geregelten Rituals der Rekombination genetischer Information bei sexueller Fortpflanzung pflegen Bakterien äusserst freizügigen Gen-Austausch. Von Artgrenzen unbehindert, können ganze Programmteile nackt als Plasmide oder eingehüllt in Proteine über organische Brücken oder einfach über das Umgebungsmedium transferiert werden. Das neu kombinierte Aktionsprogramm manifestiert sich direkt im Empfänger, der von der Umwelt sofort auf seine Eignung getestet wird.
Da UV-Strahlen die DNA von Bakterien in kleine Bruchstücke zerstäuben, die von ungeschädigten Bakterien übernommen werden können, muss auf der durch keine Ozonschicht geschützten Oberfläche der jungen Erde der Gen-Austausch unter den Bakterien noch intensiver gewesen sein als heute. Das Heer der mit neuen Fähigkeiten ausgestatteten Organismen, die laufend an die Bewährungsfront entsandt wurden, muss immens gewesen sein.
DER NÄCHSTE SCHRITT der Evolution war ebenso gross wie folgenschwer. Eukaryonten sind Lebewesen mit abgegrenztem Zellkern und Organellen, definierten Strukturen für die Zellatmung, die Produktion von Sekreten oder die Photosynthese. Es gibt zwei Arten von Eukaryonten: einzellige Protisten - etwa die Algen, Flagellaten, Amöben und Ciliaten - und die mehrzelligen Pilze, Pflanzen und Tiere.
Die Entstehung der Eukaryonten konnte nicht befriedigend erklärt werden, als man versuchte, eine Urprotistenzelle, beispielsweise eine Alge, direkt von einem mutierten Bakterium abzuleiten. Erstaunliche Beobachtungen an Organellen führten aber zur Entdeckung eines völlig neuen Evolutionsmechanismus. Die Tatsache, dass in Eukaryontenzellen ausser im Zellkern auch in den Organellen für die Zellatmung DNA vorkommt, die jener von Purpurbakterien entspricht, liess die Idee aufkommen, erste Eukaryontenzellen könnten durch symbiotische Verschmelzung oder Einverleibung von Bakterien entstanden sein. Sie übernahmen bestimmte Funktionen und wurden zu Organellen: «verinnerlichte» Photobakterien zu Organellen für die Photosynthese, schnell schwimmende Spirochäten zu Organellen für den Antrieb oder zu sogenannten Zentriolen, welche die Zellteilung einleiten. Es ist vor allem ein Verdienst von Lynn Margulis von der University of Massachusetts, dass inzwischen die bakterielle Ahnentafel zahlreicher Zellstrukturen rekonstruiert werden konnte. Demnach werden die frühen Eukaryonten heute übereinstimmend als Fusionsprodukte von Bakterien aufgefasst.
Verglichen mit der Entstehung der einzelligen Eukaryonten ist die Entwicklung mehrzelliger Lebewesen insofern leichter erklärbar, als es in der Natur hochorganisierte Zellkolonien gibt, die als Modell für den Übergang von Einzelligkeit zu Vielzelligkeit dienen können. Ein Beispiel dafür ist Volvox, eine sich zu einer Kugel zusammenfindende Kolonie von Grünalgen. Die Tochterzellen bleiben zusammen, wenn sich ein solcher Protist teilt. Bei Volvox gibt es bereits zwei verschiedene Zelltypen, die sie wie einen integralen Organismus erscheinen lassen: die mit Flimmerhaaren versehenen Körperzellen, die durch Wimpernschlag die Kugel in rotierende Bewegung versetzen, und die Keimzellen im Innern, denen die Aufgabe der Vermehrung obliegt.
Mehrzellige Organismen bestehen aus koordiniert arbeitenden, spezialisierten Zellverbänden, die durch Zellteilung wachsen und sich regenerieren können. Von diesen abgesetzt sind die männlichen und weiblichen Geschlechtszellen, die bei der Vereinigung je einen einfachen Chromosomensatz zum genetischen Programm eines Nachkommen beisteuern. Pilze und Pflanzen kennen neben dieser sexuellen Fortpflanzung auch die vegetative Vermehrung, zum Beispiel durch Sprossung. Die meisten Tiere pflanzen sich sexuell fort über Geschlechtszellen, welche die genetische Information rekombiniert an die nächste Generation weitergeben. Bereits in einem frühen Embryonalstadium sondern sich die künftigen Geschlechtszellen vom übrigen Körpergewebe ab und harren ihrer Bestimmung, das Erbgut weiterzugeben.
Diese auf Keimzellen beruhende Weitergabe von genetischer Information von Generation zu Generation nennt man Keimbahn. Während diese theoretisch unvergänglich ist, ist das die Geschlechtszellen umgebende Individuum endlich. Nach Ablauf der Fortpflanzungsfähigkeit hat es seinen biologischen Zweck erfüllt, seine Zellen altern und regenerieren immer schlechter, bis es stirbt. Der Preis für diese Art von Selbstverwirklichung ist der Tod.
Mehrzelligkeit führt zu höherer Komplexität und erzeugt Synergien durch Arbeitsteilung. Sie ermöglicht auch den Aufbau sehr viel grösserer Körper, deren Masse die eines Einzellers milliardenfach übertreffen kann. Ein Vorteil grösserer Körper besteht darin, dass ihre Oberfläche, die Grenze zur aggressiven Umwelt, relativ kleiner wird. Grössere Tiere verlieren zudem weniger Wärme durch Abstrahlung.
Aus mehrzelligen Eukaryonten entfalteten sich unabhängig voneinander die Reiche der Pilze, der Pflanzen und der Tiere, deren Stammesgeschichte vom Erdaltertum (vor 550 bis 300 Millionen Jahren) an zunehmend durch Fossilien dokumentierbar wird. Auch diese Evolution verlief in direkter Abhängigkeit von allmählich eintretenden Veränderungen in der Biosphäre und von aussen hereinbrechenden Katastrophen.
Solche Diskontinuitäten äusserten sich in Massensterben, von welchen das bekannteste vor 65 Millionen Jahren, zwischen der Kreidezeit und dem Tertiär, unter anderm zum totalen Verschwinden der Dinosaurier führte. Solchen globalen Katastrophen, die im Durchschnitt alle 35 Millionen Jahre eintreten, folgten stets mächtige Evolutionsschübe: Die wenigen verbliebenen Arten splitterten sich sehr rasch auf und fügten sich in die neu entstandenen ökologischen Nischen ein. Völlig neue Lebensgemeinschaften bildeten sich und ermöglichten nicht selten evolutionäre Durchbrüche wie zum Beispiel die Entwicklung von Lungen bei Fischen oder die Konstanthaltung der Körpertemperatur bei Vögeln und Säugetieren.
DIE URSACHEN der biologischen Evolution werden oft mit dem banalen Wortpaar «Mutation» und «Selektion» umschrieben. Konziser formuliert, sind am Evolutionsprozess stets zwei grundverschiedene Abläufe beteiligt: einerseits die Entstehung von Organismen mit veränderten oder neuen Eigenschaften, und andererseits die Bewährung dieser Organismen in ihrer momentanen Umwelt dadurch, dass sie sich erfolgreich fortpflanzen und ihre speziellen Eigenschaften weitergeben können. Die Selektion, erstmals von Darwin in ihrer Bedeutung erkannt, wurde von der modernen Populationsbiologie gründlich getestet und ist als grundlegender Evolutionsmechanismus bestätigt. Selektive Kriterien sind in erster Linie die Anpassungsfähigkeit der Organismen an veränderte Lebensbedingungen, das Innovationsvermögen zum Austricksen der Konkurrenz und die synergetische Komplexität, die der Entropie entgegensteuert. Selektion ist aber, und dessen war sich schon Darwin bewusst, kein schöpferischer Prozess, denn sie schafft nichts, sondern entscheidet lediglich über den Fortbestand von bereits Entstandenem.
Viel weniger erforscht ist die kreative Komponente «Mutation». Um den Vorgang der genetischen Mutation und die ihm zugrunde liegende Programmstruktur zu analysieren, brauchte man fast unser ganzes Jahrhundert. Lange Zeit glaubte man die Entstehung veränderter Lebewesen als Folge punktueller, ungerichteter und zufälliger Genmutationen erklären zu können, was von kritischen Biologen oft als unbefriedigend empfunden wurde.
Innert weniger Jahre hat sich die Situation radikal verändert. Durch die Entdeckung neuer Mechanismen wie des freizügigen Informationsaustauschs, der zur enormen Diversität der Bakterien führte, und der symbiotischen Fusion von Bakterien zur Eukaryontenzelle konnten zwei der bedeutendsten Phänomene der biologischen Evolution erklärt werden. Beide dieser Mechanismen funktionieren nach dem gleichen Prinzip: Dank der Zusammenführung strukturierter Funktionseinheiten, im einen Fall von Erbinformation, im andern von ganzen Organismen, entsteht eine Einheit höherer Ordnung.
Die moderne Entwicklungsbiologie ist dabei, die komplexen Netzpläne offenzulegen, die vom genetischen Programm zu den ausgeprägten Merkmalen führen. Eine wichtige Rolle in diesen Entwicklungsprozessen spielen Regulationsgene, die übergeordnet die Herstellungsprozesse und die richtige Positionierung kompletter Organe steuern. Vieles weist darauf hin, dass diese übergeordneten Gene stammesgeschichtlich alt sind und ihre koordinierende Funktion schon sehr früh wahrgenommen haben. Es ist daher naheliegend, dass bei grösserer evolutiver Umgestaltung, etwa ganzer Organe, in erster Linie Mutationen an übergeordneten Regulationsgenen im Spiel sein müssen.
Evolutiven Gestaltungsprozessen liegen Vorgänge wie Verschmelzung, Zusammenlegung, Anordnung und Neugruppierung, Koordination, Kombination und Organisation zugrunde. Ihnen allen gemeinsam ist, dass sie Synergien erzeugen nach dem Prinzip, dass ein Ganzes mehr zu leisten imstande ist als die Summe seiner Teile. Als gegenläufiges Prinzip zur Entropie scheinen Evolutionsprozesse die Etablierung komplexerer Ordnungssysteme, verbunden mit synergetischer Maximierung, anzustreben.
Dieses Prinzip setzt sich konsequent auf der überindividuellen Ebene fort mit Vergesellschaftungsformen, die von einfacher Symbiose bis zu den Insektenstaaten und der menschlichen Sozietät reichen. Letztere setzt jetzt gerade dazu an, sich über integrale Vernetzung zu einem neuen Supraorganismus zu verschmelzen.
DER VERSUCH, die Entstehung der Mannigfaltigkeit des Universums und seiner Bewohner mit einem auf Naturgesetzen beruhenden Evolutionsprozess zu erklären, stiess und stösst heute noch auf vehementen Widerstand religiöser Menschen, die befürchten, eine derartige Evolution mache Gott überflüssig. Wissenschaftliche Erkenntnis kann sich aber nur auf einen räumlich und zeitlich begrenzten Bereich erstrecken. Überlegungen, was vor dem Beginn des heutigen Universums vor fünfzehn Milliarden Jahren war, sind Spekulation, Gedanken über das, was der Gegenwart folgt, bestenfalls Prognose.
Immerhin, wer am logischen Grundsatz festhält, dass zu jeder Wirkung eine Ursache gehört, für den steht fest, dass auch der Big Bang durch etwas verursacht wurde. Es steht jedermann frei, dieses Etwas mit den vier Buchstaben «Gott» zu bezeichnen.
Die monotheistischen Religionen umschreiben das göttliche Wesen als vollkommen, allmächtig und zeitlos. Sie müssten diesem göttlichen Wesen auch zutrauen, dass es in jener ersten Sekunde des Universums, als im Nichts plötzlich eine unvorstellbar grosse, sich teilweise materialisierende Energie da war, eine Evolution ausgelöst hat - eine Evolution, deren Nachhaltigkeit bis in die Gegenwart andauert und wahrscheinlich nicht nur auf unserem Planeten zu Leben führte.
Spätere verbessernde oder ergänzende Eingriffe in diese Abläufe, wie sie immer wieder als notwendig postuliert und als Gottesbeweise vorgelegt werden, stünden in einem krassen Widerspruch zur Absolutheit eines Schöpfergottes.
Vincent Ziswiler ist Professor für Zoologie und Direktor des Zoologischen Museums der Universität Zürich.