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Aufbau der Milchstraße

Die Milchstraße ist eine ziemlich durchschnittliche Spiralgalaxie mit einem Durchmesser von 170 000 bis 200 000 Lichtjahren. Die Astronomen unterscheiden grob insgesamt vier mehr oder weniger deutlich abgegrenzte Gebiete: Dünne Scheibe, dicke Scheibe, zentrale Verdickung (Bulge), galaktischer Halo.

Vom galaktischen Zentrum aus erstreckt sich ein balkenförmig langgestreckter Bereich sowie eine zentrale kugelförmige Verdickung, der sogenannte Bulge (engl.: Wulst, Ausbuchtung, Bauch). Letzterer ist 16 000 Lichtjahre dick und hat einen Durchmesser von 10 000 Lichtjahren und besteht hauptsächlich aus Gas, Staub und rund 10 Milliarden, überwiegend sehr massereichen Sternen. Der gewaltige Balken, eine gerade Ansammlung besonders vieler Sterne und Gase, hat eine Länge von 11 400 bis 16 300 Lichtjahren. Wegen dieser Struktur wird die Milchstraße heute auch als Balkenspirale bezeichnet. Die flache Scheibe (insgesamt 3000 Lichtjahre dick; Durchmesser rund 100 000 Lichtjahre) rotiert langsam um das Zentrum der Galaxis; jeder Stern in ihr folgt, wie die Sonne, seiner eigenen kreis- oder ellipsenförmigen Bahn, auf der er gravitativ gehalten wird. Auch die Sterne im zentralen Bulge und die interstellare Materie rotieren um den Schwerpunkt des Milchstraßensystems.

Die leuchtende Scheibe besteht aus vier Spiralarmen, die von der balkenförmigen Sternansammlung in einer Entfernung von 10 000 bis 40 000 Lichtjahren vom Zentrum ausgehen. Sie sind genau nach dem Magnetfeld ausgerichtet, das überall in der Milchstraße die interstellare Materie durchsetzt. In den Spiralarmen verdichten sich Gas und Staub und es entstehen zahlreiche neue, helle Sterne. Der Raum zwischen den Spiralarmen enthält zwar fast ebenso viel Material wie die Spiralarme, nur leuchtet er kaum.

Die Scheibe der Milchstraße (Spirale) und die zentrale Verdickung (Bulge) schweben nicht isoliert im Raum, sondern sind eingebettet in eine Art kugelförmiger Wolke aus ionisierten Gasen, relativ wenigen Sternen und Kugelsternhaufen und wohl viel Dunkler Materie. Dieser galaktischen Halo hat einen Durchmesser von ungefähr 165 000 Lichtjahren. Auf einer noch großräumigeren Skala ist die Milchstraße wahrscheinlich in einen unsichtbaren Halo aus Dunkler Materie eingebettet. Er ist leicht abgeflacht und allenfalls langsam rotierend. Sein Durchmesser könnte über 2 Millionen Lichtjahre betragen. Damit reicht er bis fast zur 2,5 Millionen Lichtjahre entfernten Andromeda-Galaxie heran.

Die Gesamtmasse der Milchstraße setzt sich aus den Sternen (geschätzt rund 100 bis 300 Milliarden) und Gaswolken in der Scheibe sowie vor allem der Dunklen Materie aus dem Halo zusammen und beträgt 1,5 Billionen (1500 Milliarden) Sonnenmassen. Dazu trägt das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße (s. u.) etwas über vier Millionen Sonnenmassen bei.

Schwarze Löcher

Schwarze Löcher sind eine der befremdlichsten Konsequenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Überschreitet nach deren Gleichungen die Masse in einem Raumgebiet eine kritische Grenze – oder anders gesagt: wird eine Masse auf einen genügend kleinen Raum zusammengedrängt -, werden die Gravitationskräfte so groß, dass weder Materie noch Licht oder ein anderes Signal mehr entweichen kann. Die physikalischen Gesetze brechen an der Grenze dieses Objekts offenbar derart dramatisch zusammen, dass hier sogar Raum und Zeit enden könnten.

Albert Einstein wurde auch nicht müde, immer wieder zu beweisen, dass es die „mathematische Katastrophe“ nicht geben kann. Erst 1939 konnten Wissenschaftler beweisen, dass beim Kollaps eines massiven Sterns mit mindestens 25-facher Sonnenmasse der entstandene Sternrest von mehr als 3,2 Sonnenmassen keine Möglichkeit mehr hat, sich gegen die Schwerkraft zu behaupten. Die Gravitation gewinnt die Oberhand über alle Druckkräfte, die sich ihr entgegenstemmen können – sei es der thermonukleare Druck (Strahlung) im Inneren des Sterns, die abstoßende Kraft zwischen den positiven Ladungen im Inneren der Atomkerne oder der Druck eines Gases entarteter Elektronen oder Neutronen (Entartungsdruck). Der Stern stürzt unter der Gewalt seiner eigenen Schwerkraft zusammen, und die riesige Menge verdichtet sich auf einen winzigen Punkt mit praktisch unendlich hoher Dichte und Temperatur. Dieser unendlich kleine Raum besitzt so viel Anziehungskraft, dass er alle Materie aus der Umgebung aufsaugt. Sogar Licht kann seinem Gravitationsfeld nicht entkommen. Das Objekt wird unsichtbar, nach außen hin also schwarz: Daher der Name „Schwarzes Loch„. Indiz für seine Existenz ist sein Schwerkrafteinfluss auf die Umgebung.

Die einfallende Materie – interstellares Gas und Staub, Teile eines eng benachbarten Sterns, ja ganzer Sterne – sammelt sich am sog. Ereignishorizont. Er legt eine „Struktur in der Raumzeit“ fest, einen Horizont, der unausweichlich das in sich geschlossene Universum des Schwarzen Loches vom umgebenden Raum abtrennt. Je näher man diesem kommt, umso mehr ist die Raumzeit gekrümmt. Unterschreitet man diesen Rand, so schließt sich der umgebende Raum und es gibt kein Entkommen mehr. Keinerlei Information vermag über ein Ereignis im Inneren dieses Bereichs zu künden, daher auch der Begriff „Ereignishorizont“. Er bestimmt die Größe des Schwarzen Lochs.

Sichtbar ist der Ereignishorizont durch die typische Akkretionsscheibe, eine große, teils flache, teils sich von innen nach außen stark auffächernde Scheibe, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um den Massegiganten rotiert. Hier sammelt sich die aus dem Umfeld angezogene Materie und leuchtet zum letzten Mal intensiv auf, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet. Mit zunehmender Dichte heizt sich der Mahlstrom immer weiter bis auf Temperaturen von Millionen und Milliarden Grad auf. Vor allem der Innenbereich der Akkretionsscheibe, der am dichtesten und damit am heißesten ist, emittiert energiereiche Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlung.

Auch Jets – lange, hochverdichtete Materiestrahlen, die intensive elektromagnetische Strahlung im Radiofrequenzbereich aussenden – sprechen für die Anwesenheit von Schwarzen Löchern. Diese gerichteten, eng begrenzten Teilchenstrahlen aus energiereichen, oft fast lichtschnellen Elektronen, Protonen und Positronen, entstehen entlang der Rotations- oder Magnetfeldachse der Akkretionsscheiben und rasen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit Tausende bis Millionen von Lichtjahren weit ins Universum, wo sie mit Gas und Staub interagieren. Sie bleiben über riesige Entfernungen sichtbar.

Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie wird ein klassisches Schwarzes Loch durch drei Größen vollständig definiert: Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung. Die Masse gibt an, wie „schwer“ das Schwarze Loch ist, und der Drehimpuls, wie schnell es sich um seine Achse dreht. Die elektrische Ladung ist in der Regel gleich null, da sich positive und negative Ladungen ausgleichen. Kein anderes Objekt im Universum lässt sich mit so wenig Information vollständig beschreiben. Mit der einfallenden Materie nimmt die Masse eines Schwarzen Loches und damit die Stärke seines Gravitationsfeldes immer weiter zu.

Was sich im Inneren des Objekts genau abspielt, wissen wir allerdings nicht. Schwarze Löcher sind zwar die am genauesten erforschten theoretischen Gebilde der Menschheit, aber bis heute noch nicht vollständig verstanden. Dazu bedarf es einer Theorie der Quantengravitation, die auch Raum und Zeit quantenphysikalisch beschreibt.

Typen Schwarzer Löcher

Schwarze Löcher scheint es massenhaft zu geben. Sie haben zwischen einigen wenigen und mehr als einer Milliarde Sonnenmassen, und ihre Durchmesser reichen von ein paar bis zu vielen Millionen Kilometern. Die Astronomen unterscheiden heute drei Klassen nach ihrer Masse: -Stellare Schwarze Löcher mit rund 5 bis 15 (maximal 20) Sonnenmassen, -Mittelgroße Schwarze Löcher mit Tausenden von Sonnenmassen, die im Zentrum von Kugelsternhaufen entdeckt wurden, -Supermassereiche Schwarze Löcher mit Millionen bis 100 Milliarden Sonnenmassen, die im Zentrum vieler Galaxien (auch der Milchstraße) sitzen.

Stellare Schwarze Löcher bilden sich, wenn ausgebrannte massereiche Riesensterne in sich zusammenstürzen. Dabei explodieren die äußeren Schichten des Sterns meist als Supernova, und der übrig gebliebene Kern von mehr als 3,2 Sonnenmassen kollabiert zum Schwarzen Loch. Stellare Schwarze Löcher können sich auch bilden, wenn ein anderes kompaktes Objekt (wie z. B. ein Neutronenstern) aus seiner Umgebung so viel Materie anzieht, dass es den Grenzwert von 3,2 Sonnenmassen überschreitet. Schließlich können sie auch das Ergebnis einer Karambolage und Verschmelzung zweier Neutronensterne sein. (Das ist allerdings der seltenste Fall!)

Stellare Schwarze Löcher kommen millionenfach in jeder größeren Galaxie vor. Sie bleiben aber überwiegend unbeobachtbar, wenn sie nicht gerade große Gasmassen aufheizen und verschlingen. In der Milchstraße gibt es, grob gerechnet, rund 100 Millionen stellare Schwarze Löcher. Doch man hat erst wenige Dutzend davon entdeckt, weil die meisten inaktiv sind und sich daher nicht durch einen strahlenden Ring aus einstürzender Materie verraten. Möglicherweise wachsen die stellaren Schwarzen Löcher im Laufe vieler Millionen oder Milliarden Jahre zu mittelgroßen heran, indem sie viel Materie (Gas, Staub und ganze Sterne) schlucken. Diese können auch aus der Verschmelzung stellarer Schwarzer Löcher hervorgehen. Mittelgroße Schwarze Löcher sind im gegenwärtigen Universum selten. Durch Verschmelzungen sind wohl die meisten längst in den supermassereichen Exemplaren in den Zentren der Galaxien aufgegangen.

Entstehung massereicher Schwarzer Löcher

Supermassereiche Schwarze Löcher sind die Standardausrüstung großer Galaxien. Als Quasare bilden sie die ultrahellen Zentren in den Urgalaxien – die fernsten noch erkennbaren Objekte im Universum. Da diese auf den ersten Blick fast wie normale Sterne aussehen, nannte man sie „quasistellare„, also sternähnliche Radioquellen – kurz: Quasar. Ihre enorme Strahlungsleistung, die aus einem Raumvolumen kommt, das nicht größer ist als unser Sonnensystem ist, übertrifft häufig die von tausend normalen Galaxien.

Verkleinert man eine Galaxie z. B. auf die Größe Berlins, dann würde der Quasar im Zentrum ein millimetergroßes Körnchen auf dem Brandenburger Tor sein und tausendmal heller strahlen als alle Straßenlampen, Leuchtreklamen und Wohnungslichter der Stadt zusammen.

2017 wurde ein Schwarzes Loch von 800 Millionen Sonnenmassen und fast dem Durchmesser der Uranusbahn entdeckt, das bereits existierte, als das Universum erst 690 Millionen Jahre alt war. Eine derart schnelle Entstehung von Urgalaxie und supermassereichem Schwarzen Loch ist verblüffend und stellt die Forscher noch vor ein Rätsel. Die ursprüngliche Idee (Sternkollapsmodell) geht davon aus, dass die ältesten großen Schwarzen Löcher die Überreste explodierter extrem massereicher Sterne sind, welche einige Millionen Jahre nach dem Urknall zu einem Schwarzen Loch kollabierten und sich anschließend unter geeigneten Bedingungen zu einem Quasar auswuchsen. Dazu musste das Schwarze Loch nur kontinuierlich gefüttert werden.

Aber auch durch Verschmelzung miteinander könnten Schwarze Löcher weiter zu supermassereichen Exemplaren herangewachsen sein – und zwar viel schneller. Bei der Kollision von Galaxien verschmelzen auch die zentralen Schwarzen Löcher miteinander und fressen einen Teil der einströmenden Gaswolken. Trotzdem bleibt es rätselhaft, wie die Quasare schnell genug ihre enorme Masse erhalten haben. Eine neuere Idee (Gaswolkenkollapsmodell) geht davon aus, dass große Gasscheiben direkt zu Schwarzen Löchern mittlerer Masse kollabierten und durch einfallendes Gas weiter anwuchsen.

Die meisten Beobachtungsdaten und die stärksten theoretischen Argumente sprechen dafür, dass Starbursts (Gebiete mit hoher Sternentstehungsrate) die Bildung extrem massereicher Schwarzer Löcher nach sich gezogen haben. Die aus ihnen hervorgegangenen massereichen Sterne kollabierten zu stellaren Schwarzen Löchern, die anschließend zu solchen mittlerer Masse verschmolzen und sich danach allmählich zum Kern der Galaxie bewegten. Dort vereinten sie sich über die Jahrmillionen hinweg zu einem extrem massereichen Schwarzen Loch.

Noch ist die Kontroverse nicht vollends entschieden, zumal auch kompliziertere Entwicklungsverläufe denkbar sind.

Einfluss der supermassereichen Schwarzen Löcher

Mit der Zeit wuchsen supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren fast aller Galaxien heran. Sie können aufgrund der enormen Massekonzentration und den damit verbundenen extremen Gravitationsfeldern eine ganz Galaxie beherrschen und Entwicklung und Erscheinungsbild ihrer Heimatgalaxie kreativ prägen.

Wenn supermassereiche Schwarze Löcher Materie verschlingen, schleudern sie eine Unmenge an Energie zurück – bis in die Außenbezirke der Galaxie. Dabei gibt es zwei Arten des Energietransports: Beim radiativen Energietransport strömen Teilchen und Strahlen in alle Richtungen. Er dominierte in der frühen Jugend der Galaxien, als sich das Schwarze Loch mit der höchstmöglichen Rate Materie einverleibte. Der kinetische Energietransport, der später dominierte, erfolgt hingegen gebündelt durch Jets, welche Energie sogar in Gaswolken außerhalb ihrer Heimatgalaxie feuern.

Zwischen vielen Galaxien und ihren zentralen Schwarzen Löchern besteht eine enge, dynamische Beziehung. So können aktive Schwarze Löcher die Temperatur und die Verteilung des interstellaren Gases beeinflussen und bewirken, dass mehr Sterne geboren werden. Besonders in jungen Galaxien korreliert die enorme Sternentstehungsrate mit den Aktivitäten des Schwarzen Loches. Ist die Aktivität aber besonders groß, wird das aufgeheizte und durcheinandergewirbelte Gas in der Galaxie durch den Strahlungsdruck nach außen getrieben und die Sternentstehungsrate gebremst. Damit wird auch der Nachschub ins Schwarze Loch gemindert und dessen weiteres Wachstum begrenzt. Allerdings sind noch viele Details dieser Rückkopplung unklar.

Beobachtungen belegen, dass das Universum einige (etwa drei bis vier) Milliarden Jahre nach dem Urknall eine Ära mit einer ungewöhnlich hohen Quasar-Aktivität durchlief. Ursache waren die im jungen Weltall noch häufigen Zusammenstöße und Verschmelzungen von Galaxien. Mit der Zeit verschob sich aber das Kräfteverhältnis zwischen anziehender Materie und Dunkler Energie, bis die zeitweise Verlangsamung der Expansion des Universums vor etwa sieben Milliarden Jahren in eine Beschleunigung umschlug. Die Dunkle Energie wurde zur dominierenden Kraft im Kosmos. Der Raum expandierte und großräumige Strukturen, in denen sich die Galaxien befanden, wurden auseinander gezerrt, Verschmelzungen durch Kollisionen seltener.

Als es kaum noch zu Galaxien-Zusammenstößen kam, ließ der Nachschub für die zentralen Schwarzen Löcher nach. Immer häufiger kam es nur noch zu Vorbeiflügen, bei denen sich die Galaxien zwar auch beeinflussen, aber weniger Materie ins Zentrum gelangt. Vom Nachschub weitgehend abgeschnitten, verlangsamte sich das Wachstum der massereichen Schwarzen Löcher in den Galaxienzentren dramatisch. Ihre Strahlung kam rasch zum Erliegen und sie fielen gewissermaßen in Schlaf. So entstanden die relativ lichtschwachen Galaxien mit einem auf Diät gesetzten Massemonster im Zentrum, die heute das Weltall bevölkern. Helle Quasare sind daher im heutigen Universum selten.

Derzeit sind nur noch 0,001% aller Galaxien aktiv – drei Milliarden Jahre nach dem Urknall waren es noch tausendmal mehr. Ein inaktives Schwarzen Loch im Zentrum macht sich nur indirekt über seine gewaltige Schwerkraft bemerkbar, indem es die Bewegung naher Sterne und Gaswolken beeinflusst. Es kann wiedererweckt werden, wenn interstellares Gas abkühlt und wieder mehr davon ins Zentrum strömt. Dann nimmt die radiative und vor allem die kinetische Energieabgabe des Schwarzen Loches zu, was wiederum das Gas in der Umgebung anheizt und die Sternbildung neu entfachen kann.

Bei Elliptischen Galaxien, die quasi nur Bulge sind und die massereichsten Schwarzen Löcher enthalten, ist allerdings die Entwicklung bereits in der Endphase angelangt. Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße besitzen in ihren Spiralarmen außerhalb des Bulge hingegen noch Reserven an kühlem, dichtem Gas und können so neue Sterne bilden. Vor allem in einer großen Zahl von Galaxien mittlerer und kleiner Größe (überwiegend kleinen Spiralgalaxien und irregulären Galaxien) lassen sich noch die Entstehung neuer Sterne und der Einfall von Materie in die zentralen Schwarzen Löcher beobachten.

Zentrum der Milchstraße

Unser Sonnensystem befindet sich in einer Schicht interstellarer Materie, deren Staub fast jede optische Strahlung, die aus dem Zentrum der Milchstraße kommen könnte, blockiert. Zudem erschwert uns die Materie unmittelbar um das Schwarze Loch selbst die Sicht, so dass uns ein direkter Blick in den Zentralbereich praktisch verwehrt ist. Nur ein Billionstel des von dort abgestrahlten sichtbaren Lichts erreicht uns. Aber schon im infraroten Spektralbereich (Wärmestrahlung) und für Radiowellen ist der interstellare Staub viel durchlässiger, d. h., mit Radio-und Infrarot-Teleskopen können wir durch ihn „hindurchsehen“.

Die Position der kompakten Radioquelle Sagittarius A* (sprich „Sagittarius A Stern“) definiert das massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, 26 700 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt. Nach neuesten Berechnungen ist es rund 4,1 Millionen Sonnenmassen „schwer“ und hat einen Durchmesser von 24 Millionen Kilometern (etwa 21% des Bahndurchmessers des Merkur um die Sonne). Das Himmelsobjekt gehört damit zu den eher kleinen seiner Art; in weiter entfernten Galaxien können zentrale Schwarze Löcher mehr als tausendmal massereicher sein.

Zwar reißt die Massedichte des Schwarzen Lochs einen tiefen Trichter in den Raum, aber der unmittelbare gravitative Einfluss kann sich nur über die innersten Regionen der Galaxis erstrecken. Nicht einmal 1% der Materie, die von der Schwerkraft des Schwarzen Loches eingefangen wird, erreicht letztlich den Ereignishorizont. Der Rest verlässt diesen Einzugsbereich wieder. Die Leuchtkraft des Schwarzen Lochs ist gerade einmal hundertmal stärker als die unserer Sonne und liegt damit weit unter seiner maximalen Effizienz. Das Objekt scheint sich also in einem Aktivitätsminimum zu befinden; die Astronomen sprechen von einem „verhungernden Schwarzen Loch“.

Das war nicht immer so: Vor 3,5 Milliarden Jahren veranstaltete das zentrale Schwarze Loch offenbar ein gewaltiges Feuerwerk, bei dem es innerhalb relativ kurzer Zeit 100 000- bis 1 000 000-mal so viel Energie freisetzte wie die Sonne in ihrer gesamten Lebenszeit. (Und noch vor 60 oder 70 Jahren scheint es eine regelrechte Fressorgie gefeiert zu haben. Die Ursache waren höchstwahrscheinlich sich verdrillende und neu verknüpfende Magnetfelder in der das Schwarze Loch umkreisenden Materie.)

Einen großen Anteil an der Gesamtleuchtkraft des Milchstraßenzentrums hat die Strahlung von etwa 25 massereichen Sternen, die von einem Starburst vor rund zehn bis einigen Dutzend Millionen Jahren übrig geblieben sind. Ihre Atmosphären speisen die gewaltige Akkretionsscheibe (mit einem sehr dünnem, 20 Millionen Grad heißen, ionisierten Gas), die alle 50 Minuten mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit einmal um das zentrale Schwarze Loch rast.

In größerer Distanz drängen sich auf engem Raum – milliardenmal dichter als unsere galaktische Region – Millionen Sterne zusammen und umkreisen den Kern unserer Milchstraße auf engen Bahnen. In weniger als einem Promille des Gesamtvolumens der galaktischen Scheibe finden sich hier 10% der Masse von Sternen und interstellarer Materie der gesamten Milchstraße. Nur ein Schwarzes Loch ist in der Lage, auf so kleinem Raum (kleiner als der Abstand Erde-Sonne) soviel Masse zu vereinen. In der Umgebung des Schwarzen Loches (weniger als 100 Lichtjahre) entstehen auch noch immer massereiche Sterne, obwohl dieser Bereich der Milchstraße sehr alt ist. (Offenbar sind Schwarze Löcher also nicht nur Todesengel, sondern auch Geburtshelfer.) Diese jungen Sterne tragen ihrerseits zur Gesamtleuchtkraft unseres Sternsystems bei.

Alle nahegelegenen Sterne werden auf Umlaufbahnen gezwungen, auf der sie sich schneller bewegen, als ihnen nach Keplers Gesetzen erlaubt ist. Sie zapfen die Rotationsenergie des Schwarzen Lochs an und erfahren dadurch eine immense Beschleunigung: Mit mehreren Prozent der Lichtgeschwindigkeit rasen sie um das Schwarze Loch herum. Einige dieser S-Sterne nähern sich dem Schwerkraftgiganten bei ihren schnellen Umläufen stark an. Den engsten und kürzesten Orbit (Umlauf nur 4,02 Jahre) hat S4716, der dabei Geschwindigkeiten von bis zu 8000 km/s erreicht. Vermutet wird, dass dieser Stern woanders entstanden ist und durch äußere Einflüsse auf seine heutige Bahn gedrängt wurde.

In der Region um das Schwarze Loch herum wurden auch über 100 Wolken aus atomarem Wasserstoff entdeckt, einige Dutzend bis über 100 Lichtjahre groß. Diese Gebilde bewegen sich mit bis zu 400 km/s in einer Scheibe, die leicht gegen die galaktische Ebene geneigt ist und etwa 6500 Lichtjahre in beiden Richtungen in den intergalaktischen Raum ragt. Eine größere Menge an ionisiertem Wasserstoff-Gas im Zentrum ist typisch für sogenannte LINER-Galaxien (Liner = kurz für „Low-Ionisation Nuclear Emission-Line-Region„), zu denen rund ein Drittel der Galaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft gehören. Sie gelten als Übergangstyp zwischen Galaxien mit einem inaktiven Schwarzen Loch im Zentralbereich und solchen mit einem Materie verschlingenden Kern. Nach den vorliegenden Daten könnte die Milchstraße zu den LINER-Galaxien gehören.

Im Zentrum der Milchstraße sitzen auch zwei gigantische, etwa 1400 Lichtjahre große Blasen, die nur im Gammastrahlenbereich sichtbar sind. Sie bestehen aus heißen, sich schnell bewegenden Gasen und zwei kleineren, schornsteinartigen Schloten aus heißem Plasma, die sich wie die Wasserstoffwolken oberhalb und unterhalb der Milchstraße ausdehnen – jedoch über 50 000 Lichtjahre. Ihr physikalischer Ursprung sowie der Zusammenhang mit den Wasserstoffwolken sind bis heute rätselhaft. Der galaktische Ausfluss könnte von Sternexplosionen im Zentrum stammen – oder von Trümmern der Sterne, die vom Schwarzen Loch zerrissen wurden.

Um das supermassereiche Schwarze Loch kreisen offenbar zahlreiche kleinere Exemplare. Bei diesen stellaren Schwarzen Löchern handelt es sich wahrscheinlich um die Überbleibsel großer Sterne, die sämtlichen Brennstoff aufgebraucht haben und dann unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert sind. Insgesamt gehen die Astrophysiker von mindestens 300 bis 500 stellaren Schwarzen Löchern aus, die in einem Abstand von 3,3 oder weniger Lichtjahren um Sagittarius A* kreisen, eventuell könnten es aber auch mehr als 10 000 sein. Da sie allein durchs All treiben, sind sie für Teleskope nicht sichtbar.

Wenn sich die Entdeckung des Japaners Tomoharu Oka (Yokohama) bestätigt, gibt es auch ein mittelschweres Schwarzes Loch (mit rund 100 000 Sonnenmassen) im Zentralbereich unseres Milchstraßensystems. Oka und sein Team glauben, dass es der ehemalige Kern einer Zwerggalaxie ist, die von unserer Milchstraße einst verschluckt wurde und deren Sterne durch die Gezeitenwirkung abgestreift wurden. Seine Lage im Zentrum ist ein Hinweis auf den galaktischen Kannibalismus unseres Sternsystems.

Ein Ensemble von Materiewolken nähert sich langsam dem Zentrum unseres Milchstraßensystems. Irgendwann wird dieses Material beim Schwarzen Loch ankommen und dann auch dort hineinfallen. Nach Abschätzungen wird das in einigen zehn Millionen Jahren so weit sein. Dann ist eine heftige Aktivitätsperiode zu erwarten: Das Zentrum unserer Milchstraße wird für geraume Zeit wieder als aktiver galaktischer Kern erstrahlen.

REM

In jeder Zelle unseres Körpers tragen wir das Erbe unserer stammesgeschichtlichen Vergangenheit. Unsere biologische Ausstattung ist vor allem die von mit einer Plazenta ausgestatteten Säugetieren. Als Primaten gehören wir zu einer sehr artenreichen Säugergruppe, zu der man heute Halbaffen, (echte) Affen, Menschenaffen und Menschen zählt. Den Namen Primaten – die „an höchster Stelle stehenden“, die „Vorrangigen“, die „Herrentiere“ – erhielten sie, dem Menschen zu Ehren, von dem Systematiker Carl von Linne.

Die Arten der Säugetiere haben zwar ein unterschiedliches Aussehen, ähneln sich aber auffallend sowohl in der Zahl ihrer grob um die 20 000 Gene, als auch teilweise in deren Anordnung im Genom. Unterschiede resultieren vor allem aus Mutationen in Genschaltern (Enhancern), welche die Gene regulieren, das heißt: steuern, wann und wo Gene im Körper aktiv werden. Dadurch konnten einzelne Körpermerkmale, aber auch ganze Körperteile grundlegend umgestaltet werden, ohne dass sich die entsprechenden Gene selbst verändern.

Die Vorfahren der Säugetiere

Vor 365 Millionen Jahren verließ eine Abstammungslinie der Knochenfische das Wasser und es entstanden die ersten vierfüßigen Landwirbeltiere. Von einer Gruppe lungenatmender Amphibien, den Labyrinthodontiern, stammen die ersten Reptilien, die Cotylosaurier, ab, die vor 340 Millionen Jahren im Oberkarbon auftraten. Diese spalteten sich in zwei große Linien auf: Die Sauropsiden, aus denen die Saurier und alle rezenten Reptilien und Vögel hervorgingen, und die Synapsiden, aus denen sich einige fossile Reptiliengruppen sowie fossile wie rezente Säugetiere entwickelten.

Am Ende des Erdzeitalters Perm, vor etwa 252 Millionen Jahren, ereignete sich das schlimmste Massenaussterben der Geschichte, als Megavulkane im Bereich des heutigen Sibirien Millionen Jahre lang Lava und Kohlenstoffdioxid ausspuckten. Sie verursachten dadurch eine globale Hitzewelle, der bis zu 95% aller Spezies zum Opfer fielen. Auch die meisten Amphibien und Reptilien, die bis dahin die Tierwelt beherrscht hatten, wurden ausgelöscht. In den frei gewordenen Räumen entwickelten sich viele noch heute bedeutende Tiergruppen: Frösche, Echsen, Schildkröten, Krokodile, Dinosaurier und die Vorläufer der echten Säugetiere.

Unter den vielfältigen Arten, die Eier legten, befand sich auch ein unauffälliges kleines Tier von der Größe eines Hundes, Cynognathus (245 bis 237 Millionen Jahre v. h.). Anders als die herkömmlichen Reptilien hatte dieser Vierbeiner schon ein schwach ausgeprägtes Haarkleid und nur einen einzigen durchgehenden Unterkieferknochen (und nicht mehrere, wie die anderen Reptilien). Der Waldbewohner gilt als Bindeglied zwischen Echsen und Säugern.

Vor etwa 232 Millionen Jahren begann auf der Erde nach Millionen Jahren trockenen Klimas eine warme, regenreiche Zeit, in der sich die frühen Dinosaurier zu zahlreichen verschiedenen Spezies diversifizierten. Bei den Säugerartigen (Protosäuger), meist kleine Pflanzenfresser, erhöhte sich plötzlich die Anzahl der typischen Säugereigenschaften. Sie besaßen zwar noch Reptilienmerkmale, wiesen daneben aber schon etwa im Schädelbau und der Stellung der Gliedmaßen (unter dem Köper) charakteristische Merkmale für Säuger auf. Auch trugen sie bereits ein Fell und konnten schon kräftiger und präziser zubeißen und kauen als ihre Vorgänger. Möglicherweise entwickelten sie sogar schon scharfe Sinne und das Säugen ihrer Jungen.

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Noch gibt es allerdings Unsicherheiten, was den zeitlichen Ablauf der Evolution der säugertypischen Schlüsselmerkmale angeht. Älteste Hinweise auf das typische Säugergebiss sind wohl 220 Millionen Jahre alt. Während Reptilien ein relativ einfaches Gebiss besitzen, entwickelten sich bei Säugern nach und nach unterschiedliche Formen und Funktionen. (Die ersten eindeutigen Zähne tauchten bei den Kieferfischen auf. Sie stammen von spezialisierten Fischschuppen ab, die während der Evolution nach und nach zur Mundöffnung wanderten und immer härter wurden.)

Ein Überschuss an Eiweiß und Fett in der Ernährung ermöglichte es den Säugetier-Ahnen, die Eier im Körper zu entwickeln und Milchdrüsen auszubilden. Durch das Trinken von Muttermilch erhielten die Jungtiere eine besonders gehaltvolle Nahrung, was zu einem intensiveren Stoffwechsel führte. Die Säugetierjungen wuchsen so rascher heran und überlebten eher. Zudem förderte die längere Zeit in der Obhut der Mutter bzw. Eltern das Imitationslernen, was zur Entwicklung eines größeren Gehirns beitrug. Auch Hirnbereiche für Riechen und Hören sowie für Berührungsreize von der Haut und den Haaren vergrößerten sich. Zudem entwickelte sich ein komplexeres Verhalten als bei ähnlich großen Reptilien – obwohl der Unterschied zu den modernen Säugern nochmals beträchtlich war.

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Spätestens irgendwann gegen Ende der Trias, vor gut 200 Millionen Jahren, tauchten die ersten Tiere mit typischem Säuger-Lebensstil auf. Dann folgte die nächste geologische Katastrophe, als der Superkontinent Pangäa zerriss und Vulkane ausbrachen, deren Eruptionen die Atmosphäre vergifteten und Ökosysteme zusammenbrechen ließen. Möglicherweise überstanden die Säugerartigen diese Zeit nur, weil sie dank ihres größeren Gehirns und erhöhten Stoffwechsels, der geschärften Sinne und eines gesteigerten motorischen Geschicks auch im Dunkeln und in kühlen Nächten aktiv sein konnten.

Auch etliche Dinosaurier kamen bei dem Massensterben davon. Die meisten von ihnen waren warmblütig, flink, gefiedert und hatten hohle Knochen. In mancherlei Hinsicht – etwa bei der Atmung – waren sie den Säuger-Ahnen überlegen, wuchsen in der Folgezeit zu Riesen und grenzten die Vorfahren der Säuger aus den ökologischen Nischen der Großtiere aus. Diese konnten dagegen mit ihrer geringen Körpergröße Nischen erobern, die den größeren Sauriern verschlossen blieben. Dort machten sie eine eigene rasche Entwicklung durch.

Die frühen Säugetiere

Vor mindestens 178 Millionen Jahren traten im mittleren Jura im Schatten der Dinosaurier die ersten echten Säuger (Mammalia) in Erscheinung. Ihre geringe Körpergröße war letztlich entscheidend für die Entwicklung ihrer Warmblütigkeit. Fehlt die Sonne, dann ist es kalt, und kleine Körper kühlen schneller aus. Mit der inneren Heizung aber konnten die Säuger vor allem nachts und bei niedrigen Temperaturen beweglich und aktiv bleiben. Dazu hatten sie ja schon eine neuartige Wärmeisolation hervorgebracht: das Fell. So erleichterte die Warmblütigkeit den kleinen Säugetieren Lebensweisen, die den wechselwarmen Reptilien verschlossen blieben, insbesondere Nachtaktivität und das Leben in Gängen unter der Erdoberfläche.

Um ihre Körpertemperatur stabil zu halten, benötigten sie sehr viel Energie. Das wiederum erforderte eine weitere Verbesserung in der Nutzung der Nährstoffe. Durch Kauen und Herunterschlucken der Nahrung in kleinen Stücken war es gelungen, mehr Kalorien herauszuholen. (Schlangen und Alligatoren etwa verschlingen dagegen ihre Beute als Ganzes.) So stand den ersten echten Säugetieren mehr Energie zur Verfügung, als es für ihre Bewegungen nötig gewesen wäre, so dass sie einen großen Teil davon zur Aufrechterhaltung der Körperwärme verwenden konnten.

Für eine verbesserte Kauleistung müssen die Zähne korrekt funktionieren, d. h. die gegenüberliegenden Oberflächen müssen auf Millimeterbruchteile genau zusammenpassen. Sie schleifen sich dann ein und können nicht beliebig gewechselt werden. Darin liegt der Grund, warum bei den meisten Säugetieren – und auch bei uns – im Gegensatz zu Fischen und Reptilien keine neuen Zähne (außer beim Milchgebiss in der Kindheit) nachwachsen, wenn die alten abgenutzt oder zerbrochen sind.

Die nächtliche Lebensweise führte zur weiteren Verfeinerung des Geruchs- und Tastsinns und zur Verbesserung des Gehörs. Dadurch konnten die frühen Säuger ihre Lebensräume besser nutzen und beispielsweise Beutetiere besser orten. Von den zwei Kiefergelenken, die ihre Vorfahren noch besaßen, wurde eines aufgegeben. Die entsprechenden Kiefergelenksknochen wurden zu Gehörknöchelchen – eine Verlagerung, wie sie auch beim Menschenembryo noch zu beobachten ist. Im weiteren Verlauf der Evolution wurde der empfindliche Hörapparat im Innenohr in eine feste Knochenhöhle eingebettet und so von lauten Kaugeräuschen einigermaßen abgeschirmt, wodurch sich seine Leistungsfähigkeit steigerte.

Die Umbildung des Kiefergelenks zu Gehörknöchelchen und die Entwicklung von Ohrmuscheln erleichterten auch die Kommunikation und waren wichtige Voraussetzungen für die Erschließung einer Nahrungsquelle, die gerade in der Zeit der beginnenden Säugerevolution im Jura anfing, reicher zu fließen: Insekten. Insgesamt kristallisierte sich zu der Zeit schon ein evolutionäres Leitmotiv der Säugetiere und ein Schlüssel zu ihrem Erfolg heraus: Sie begegneten veränderten Bedingungen, indem sie unterschiedlichste Lebensweisen ausbildeten: Anpassung durch Hervorbringung von Vielfalt.

Die Säuger der Kreidezeit

Viele Linien der diversen Säuger des Jura sind inzwischen ausgestorben. Sie gediehen noch in der Kreide, während die Vorfahren der modernen Säuger bereits ihre eigenen Wege gingen. Diese hatten am Anfang der Kreide die wesentlichen Merkmale endgültig ausgebildet. Während der ersten 30 Millionen Jahre der Kreide bestimmten aber noch etwas urtümlichere Säuger (Triconodonten und Symmetrodonten) die Szene.

Mitten in der Kreide waren die bedecktsamigen Pflanzen entstanden, die Angiospermen – oft auch, nicht ganz korrekt, Blütenpflanzen genannt -, und breiteten sich weltweit aus. Sie boten den damaligen Säugertieren nie dagewesene Futterquellen: Wohlschmeckende Früchte, aber nicht zuletzt auch eine Fülle angelockter Insekten. (Dinosaurier sind nie eine solche enge Verbindung mit Früchten eingegangen wie die Säuger.)

In dieser Zeit blühte die Säuger-Gruppe der Multituberculata („Vielhöckrige“) auf und erschlossen sich neben Knollen, Wurzeln und anderen Pflanzenteilen nun auch die neue Nahrung: Früchte und Samen. Sie bildeten viele verschiedene und zunehmend größere Arten aus. Mit ihren diversen Lebensformen gelten sie als erfolgreichste Säugergruppe der Kreidezeit. (Sie wurden im Tertiär aber von Plazentatieren, den Nagern, verdrängt und starben vor 34 Millionen Jahren aus – lange nach dem Ende der Dinosaurier.)

Auf den südlichen Kontinenten hatten sich die Theria (nach griechisch: Thär/Thärion = „wildes, behaartes Tier“) von den noch eierlegenden Kloakentieren, deren genaue Herkunft im Dunkeln liegt, getrennt und viele insektenfressende Arten hervorgebracht. Ihre Zähne waren besonders vielseitig und wandlungsfähig und bestens dafür geeignet, sich an die neue Nahrungspalette anzupassen. Die Theria begannen sich schon bald in diverse Richtungen auseinanderzuentwickeln und spalteten sich in die Vorläufer der Plazentatiere (höhere Säugetiere; Eutheria), die einen Mutterkuchen (eine Plazenta) zur Ernährung des heranwachsenden Embryos ausbilden, und die Beuteltiere (Metatheria), zu denen heute die meisten vierbeinigen Warmblüter Australiens gehören, auf. Die Exemplare beider Gruppen waren in der ganzen Kreide allerdings noch kleinwüchsig (meist weniger als 100 Gramm schwer) und wenig zahlreich. Sie lebten am Waldboden, sozusagen unter den Füßen von gefiederten Dinosauriern, und fügten sich noch in die Nahrungsnetze ein, an deren Spitze die gigantischen Raubsaurier standen.

Die ersten Plazentatiere, zu denen auch der Mensch gehört, traten vor mindestens 120 Millionen Jahren auf, erblühten nach genetischen Daten allerdings erst so richtig vor 100 bis 75 Millionen Jahren. Womöglich hat in dieser Zeit bereits die Aufspaltung in die modernen Säugetier-Ordnungen stattgefunden. Eine Radiation, eine auffällige morphologische Differenzierung in Familien innerhalb der Ordnungen, vollzog sich aber erst (wie bei den Vögeln) nach dem Aussterben der Dinosaurier, also im Tertiär. Frühe Vertreter der Beuteltiere sowie die Multituberculata bildeten bis zum dramatischen Ende der Kreidezeit die überwiegende Mehrheit der Säugetiere.

So wuselten also während der Jura- und Kreidezeit (vor 200 bis 66 Millionen Jahren) zwischen den Beinen der Dinosaurier eine Fülle von bestenfalls dachsgroßen Säugetieren herum, die Luft, Wasser und Erdreich als Lebensraum eroberten und sich krabbelnd, kletternd, grabend, schwimmend oder gleitend fortbewegten. Sie hatten bereits fast alle bedeutenden Lebensweisen hervorgebracht, die wir von heutigen kleinen Säugern kennen, führten aber noch ein eher langsames Leben.

Ohne den katastrophalen Einschlag eines Himmelskörpers vor rund 66 Millionen Jahren würden die Dinosaurier womöglich heute noch die Erde beherrschen und den Säugetieren weiterhin nur eine Nebenrolle erlauben. Die hohe Strahlungsdosis und die langfristige Klimaänderung am Ende des Mesozoikums (Erdmittelalters) traf die riesigen Saurier tödlich, während die kleinen Säugetiere in Höhlen Schutz fanden. Mit ihren winzigen Körpern, ihrer flexiblen Ernährung sowie mit ihrer vermutlich hohen Wachstums- und Vermehrungsrate konnten diese das Schlimmste überstehen Außerdem zahlte sich aus, dass sie warmblütig waren und ihren Nachwuchs lebendgebaren, so dass die Kleinen so lange gesäugt werden konnten, bis sie alleine klar kamen.

Viele der größeren Säugetiere gingen allerdings gleichzeitig mit den Dinosauriern zugrunde, ebenso Arten mit spezialisierter Ernährungsweise. Insgesamt überstanden gerade einmal 7% der Säugetierarten die Katastrophe. Fast wären auch die Beuteltiere und ihre Verwandten ausgestorben, aber einige Arten von ihnen konnten überleben.

Aufstieg der Säugetiere

Nach dem Aussterben der Dinosaurier war jedenfalls der Weg frei für den Aufstieg der Säugetiere (vor allem der Plazentatiere) und der Vögel. Während die Vögel und auch die überlebenden Schuppentiere ihren Lebensraum weitgehend auf die schon zuvor von ihnen besetzten Nischen begrenzten, erlebten die Plazentatiere einen enormen Aufschwung und vermochten binnen kurzer Zeit – praktisch einigen Jahrtausenden – verwaiste ökologische Nischen zu besetzen und neue Nahrungsnetze aufzubauen. Schon 500 000 Jahre nach dem Ende der Kreide hatten sie im Treibhausklima der ersten Epoche des Tertiärs, im Paläozän (66 bis 56 Millionen Jahre vor heute), unzählige neue, völlig verschiedene Arten hervorgebracht. Die meisten von ihnen waren viel größer und massiger als die kreidezeitlichen Säuger, starben aber nach kurzem Aufschwung wieder aus.

Trotz der vielfältigen Spezialisierung dürften die Säuger des Paläozäns nicht besonders intelligent gewesen sein. Sie hatten sich wohl körperlich so rasch vergrößert, dass ihre Gehirne nicht mithalten konnten. Umfangreiche Gehirne könnten während dieser instabilen Periode, die ständig neue Überlebenschancen bot, wegen ihres hohen Energiebedarfs sogar hinderlich gewesen sein.

Vor etwa 56 Millionen Jahren, als das Eozän begann, wurde es sogar noch wärmer. Innerhalb weniger Jahrtausende, geologisch gesehen ein Wimpernschlag, erwärmte sich die Erde dramatisch – in den höheren Breiten sogar um bis zu 10°C. Niemals danach war es auf der Erde wieder so heiß! Die Arktis war damals völlig eisfrei, Regenwälder konnten plötzlich bis in den hohen Norden vordringen. Subtropischer Wald bedeckte den größten Teil der Landmassen, vor allem Nordamerika, Asien und Afrika.

Es gab eine explosionsartige Vermehrung der Säuger. Nahrung gab es reichlich, wenngleich das Walddickicht zunächst kaum Platz für größere Lebewesen bot. So waren es wiederum kleinere Waldbewohner unter den Säugetieren, die im Schlepptau des Klimawandels zu einem Eroberungszug rund um die Erde ausschwärmten. Tiere mit besseren Sinnesleistungen und erweiterten motorischen Fähigkeiten hatten in den ausbrechenden Konkurrenz- und Verteilungskämpfen die besseren Karten, was einen Selektionsdruck in Richtung Hirnwachstum erzeugte. Besonders Raubtiere und Allesfresser legten an relativer Gehirngröße zu und überflügelten die damaligen Pflanzenfresser.

Die vorher dominierenden primitiven Säugerarten überlebten die gewaltige Wanderungswelle nicht und verschwanden allmählich von der Erde. Die Beuteltiere starben auf den nördlichen Kontinenten aus; einige konnten sich aber nach Südamerika und mit einem anschließenden Sprung über die Antarktis nach Australien retten. Dort überlebten sie und entwickelten sich zu den heutigen Beuteltieren. In Südamerika blieben nur wenige Arten, u. a. die Beutelratten mit den Opossums, von denen zumindest ein Exemplar sich nach der Vereinigung der beiden Amerika auch nach Nordamerika ausbreitete. Kloakentiere wie Schnabeltiere und Ameisenigel fanden Zuflucht in Australien und Neuguinea, wo es heute allerdings nur noch fünf Arten von ihnen gibt.

Die Zukunft gehörte des Plazentatieren. Schon bald, als die Erwärmung nachließ, schwangen sich einige von ihnen durch die Bäume, andere erhoben sich mit ledrigen Flügeln in die Lüfte, und manche tauschten Arme gegen Flossen und wuchsen zu Kolossen des Meeres heran. Zu den Gewinnern des Klimawandels zählten auch die Primaten, die vor etwa 70 Millionen Jahren als kleine, nachtaktive Säuger die Baumwipfel erobert hatten und sich vorwiegend von Insekten ernährten. Der neue Lebensraum hatte bei ihnen eine ganze Reihe wesentlicher anatomischer Veränderungen zur Folge, vor allem im Bereich der Sinnesorgane, der geistigen Fähigkeiten und der Fortbewegungsorgane.

Als jetzt vor 55 Millionen Jahren weltweit riesige Wälder entstanden, führte der dreidimensionale, vielfältige Lebensraum zu einer weiteren Radiation. Neue Arten wurden größer und kräftiger, blieben aber immer auf den Bäumen. So entwickelten sich die Affen (genauer: Halbaffen), die sich in Feuchtnasenaffen (Lemuren, Loris) und Trockennasenaffen (ähnelten damals den heutigen Mausmakis) aufspalteten. Vor etwa 40 Millionen Jahren vollzog sich bei Letzteren der wichtige Schritt vom Nasen- zum Augentier: Die Augen waren immer enger zusammengerückt und ermöglichten binokulares (räumliches) Sehen. Zudem erwarben die Affen eine dritte Zapfensorte für das Farbsehen – jene, die die Unterscheidung von rot und grün ermöglichte -, womit sie im dichten Blattwerk der Bäume die reifen Früchte besser erkennen konnten.

Die ursprünglichen, kleinen Säugetiere hatten zwei der vier Zapfensorten ihrer Vorfahren verloren. Da sie sich tagsüber verkrochen und vorwiegend nachts herauskamen, war komplexeres Farbsehen nicht mehr nötig. Die Augen vieler Säugetiere blieben fortan dichromatisch. Meeressäuger wie Wale und Robben, die ihren Lebensraum vom Land ins Meer verlagerten, verloren sogar noch ihre zweite Zapfenart. Ihre Augen sind monochromatisch, sie sehen die Unterwasserwelt nur in blaugrünen Schattierungen. Reptilien und Vögel allerdings behielten ihre vier Zapfensorten; sie können in der Regel auch im ultravioletten Bereich sehen.

Die Vordergliedmaßen entwickelten sich zur Greifhand. Innerhalb des Merkmalskomplexes Greifhand/räumliches Sehen/Gehirn kam es zu einer positiv rückgekoppelten, sich gegenseitig aufschaukelnden Evolution, bei der auch die Ernährung (Früchte) eine wichtige Rolle spielte. Bei den Echten Affen, die zu den Trockennasenaffen gehören, lag der Gesichtsschädel in der Regel schon unter dem Gehirnschädel. Aus den Krallen hatten sich Finger- und Zehennägel entwickelt. Diese boten auch ein Widerlager für die Fingerkuppen, die zu sensiblen Tastorganen wurden.

Aus den Echten Affen entwickelten sich in Südamerika die Neuwelt- oder Breitnasenaffen, die Baumbewohner blieben, in Afrika und Asien die Altwelt- oder Schmalnasenaffen. Letztere konnten ihre Finger bereits einzeln bewegen und den Daumen aktiv den übrigen Fingern gegenüberstellen. So waren sie schon zu feinmotorischen Greifbewegungen (z. B. Lausen, Nahrungsaufnahme) fähig.

Am Ende des Eozäns (vor etwa 34 Millionen Jahren) kam es zu einer deutlichen globalen Abkühlung, die die Polkappen in der Antarktis wachsen und den Meeresspiegel sinken ließ. Gleichzeitig trieben die Nordkontinente auseinander. Die Lebensräume veränderten sich, die Waldflächen schrumpften. Ein mittelschweres Artensterben war die Folge. Auch viele Säugerarten verschwanden und jüngere Arten übernahmen ihre Plätze.

Die in den Kälteperioden plötzlich erfolgreichen Bilchmäuse beispielsweise profitierten womöglich von einem uralten Programm von Verhaltensanpassungen und Stoffwechseltricks, um im Winter lange Zeit ohne Nahrung von Reserven leben zu können. Vermutlich hatten sie sogar schon die Fähigkeit zum Winterschlaf.

Offene Landschaften wurden jetzt auch von wesentlich größeren Tieren durchstreift, etwa von solchen Riesengestalten wie den Indricotherien, den größten landlebenden Säugetieren aller Zeiten, gegen die selbst heutige Breitmaulnashörner wie Kuscheltiere wirken. Nie zuvor und auch nicht später sind größere Säugetiere auf dem Land umher gestampft. Irgendwann sind sie dann wieder ausgestorben; derart spezialisierte Arten haben bei konstanten Bedingungen zwar einen Vorteil, sind aber plötzlichen Umweltveränderungen oft nicht gewachsen.

Die Menschenähnlichen (Hominoidea)

Vor frühestens 29 Millionen Jahren, im Oligozän, trennten sich bei den Altweltaffen die Tieraffen von den Menschenähnlichen (Menschenaffen). Der Schritt zum Menschenaffen war der Verzicht auf einen kleinen Körper, und damit auch ein deutlich höheres Körpergewicht. Mit zunehmender Körpergröße begannen die Tiere, in den Bäumen unterhalb der Äste zu schwingen, anstatt auf diesen zu balancieren. Die Schulterblätter spreizten sich nach außen und verbreiteten so den Körper. Die Anzahl der Wirbel bildete sich zurück, die Wirbelsäule wurde starr und half damit, den Körper aufrechter zu halten. Die Gliedmaßen waren jetzt äußerst beweglich, die Hände sehr groß und kräftig. Da die Tiere zum Springen zu schwer wurden, brauchten sie keinen Schwanz und keine langen Beine mehr.

Zu Beginn des Miozäns (vor rund 24 Millionen Jahren) wurde das Klima wieder feuchter und wärmer: Jahresdurchschnittstemperaturen um die 20°C. Ursache war der Zusammenstoß der eurasischen mit der afrikanischen Platte. In den Wäldern wurden Laubbäume wieder häufiger. Die miozäne Zeitenwende wird oft als die Geburtsstunde unserer aktuellen Säugetierwelt bezeichnet, denn von da an sind sämtliche heutigen Säugerfamilien in der Fossildokumentation nachgewiesen. Auch für die Großen Menschenaffen (zu denen man heute Orang-Utans, Schimpansen und Bonobos, Gorillas sowie die Menschen zählt) war jetzt der Boden bereitet.

Der beim Leben auf den Bäumen erworbene primatentypische Merkmalskomplex, zu dem z. B. relativ großes Gehirn, Beweglichkeit der Hände und Füße, räumliches Sehen, sich anklammernde Babys gehören, machte eine evolutive Weiterentwicklung unter ganz anderen ökologischen Bedingungen (Savanne) möglich. Mit der fortschreitenden Hirnentwicklung war auch eine zunehmende Lernbereitschaft (Auseinandersetzung mit der Umwelt) verbunden. Dabei spielte auch die verlängerte Abhängigkeit der Primatenkinder („Traglinge„) und die lange Jugendzeit eine immer größere Rolle. Erst durch die individuelle Verhaltensflexibilität in Verbindung mit starker sozialer Abhängigkeit wurde das Entstehen komplexer Sozialsysteme überhaupt möglich.

Die zunehmende soziale Lebensweise ist ein extrem primatentypischer Verhaltenstrend. Anhaltender Entzug des sozialen Umfeldes führt bei den modernen Primaten zu Entwicklungsstörungen im gesamten Verhaltensrepertoire, im Extremfall zu totaler Unfähigkeit, sich sozial angemessen zu verhalten. Ein isolierter Affe ist kein Affe, sagt man.

Unser Erbe

Das Schlüsselereignis für die Entstehung des Menschen war wohl die Umstellung auf den aufrechten Gang. Der Anreiz zum Aufrichten des Körpers muss stark genug gewesen sein, um dafür einen anatomischen Komplettumbau in Kauf zu nehmen – samt vieler Kompromisse: Unser Rücken etwa ist zwar für den aufrechten Gang ausgerichtet, allerdings nicht optimal. Einige funktionslos gewordene Überbleibsel der evolutionären Entwicklung (Rudimente) blieben erhalten, wie z. B. das Steißbein, Ohrmuskeln und männliche Brustbehaarung. Gelegentlich treten auch Rückfälle in ein früheres, eigentlich schon überwundenes menschliches Entwicklungsstadium (Atavismen) auf: Ganzkörperbehaarung, überzählige Brustwarzen, kleiner Schwanz (bis zur siebten Woche beim Embryo normal). Menschenbabies haben auch noch einen Greifreflex, um sich im Fell der Mutter festzuklammern.

Aber nicht nur körperliche Merkmale weisen auf unsere Abstammung hin. Das Erbe unserer Vergangenheit prägt und steuert nach wie vor unser Verhalten, unsere Gefühle und unsere Handlungen (und auch unser Denken) – oft sogar, ohne dass wir uns dessen bewusst werden. Es steckt in Imponiergesten, Drohgebärden und Beschwichtigungsgesten, treibt uns den Angstschweiß auf die Stirn und lässt uns das überwältigende Gefühl des Verliebtseins empfinden. Und manches, was wir für eine freie Entscheidung des Willens halten, ist nicht viel mehr als die Wirkung des uralten Erbes, das auch in unseren Genen steckt – aber eben nicht körperliche Merkmale erzeugt, sondern „Entscheidungen“ und Verhalten.

REM

Die Kultur der Bandkeramiker ging um 7000 v. h. allmählich unter. Das europäische bandkeramische Gebiet zerfiel in kleinräumige Provinzen mit unterschiedlichem Schönheitsempfinden. Die Archäologen unterscheiden im siebten Jahrtausend v. h. mindestens sieben Keramikkulturen, z. B. die Rössener Kultur (in Süd- und Westdeutschland), die Stichbandkeramik-Kultur (in Mitteldeutschland) und die Lengyel-Kultur (von Böhmen/Mähren bis Kroatien). Letztere verbreiteten sich rasch über Österreich (Schwerpunkt Niederösterreich) und Polen bis in den Westen Deutschlands. Im heutigen Polen entwickelte sich die Trichterbecherkultur, die langgestreckte Grabhügel errichtete und trichterförmige Keramik anfertigte. Sie breitete sich weiter nach Westen aus und gewann im Lauf der Zeit immer mehr an Einfluss. Die Michelsberger Kultur bildete sich wahrscheinlich um 6400 v. h. im Pariser Becken heraus, bevor die Bauerngruppen auch ins Elsass und nach Deutschland zogen.

Während zur Zeit der Bandkeramiker noch einzelne Familien in verstreut gelegenen, riesigen Langhäusern wohnten, lebten die Menschen nun mit mehreren Familien in einem Haus oder drängten sich in Dörfern mit großer Einwohnerzahl zusammen und nutzten bestimmte Einrichtungen gemeinsam. Die Bevölkerung war gewachsen, die Gesellschaft bereits streng hierarchisch (in Schichten) gegliedert. In West- und Mitteleuropa war es wohl eine dunkle Zeit gesellschaftlicher Krisen. Es kam öfters zu Auseinandersetzungen mit anderen Gruppen. So grenzte man sich stärker voneinander ab – nicht nur in den keramischen Stilen. Die Siedlungen wurden jetzt eindeutig wehrhaft strukturiert und erhielten eine schützende Umfriedung mit Gräben, Wällen und Palisaden.

Kreisgrabenanlagen

Schon zur Zeit der Bandkeramiker hatte es vereinzelt ring- oder ellipsenförmige Graben- und Wallkonstruktionen in Dörfern gegeben. Ab 7000 v. h. wurden solche Anlagen möglicherweise das Wahrzeichen eines jeden Dorfes, mit dem Macht und Reichtum demonstriert wurde. Mit einem Alter von fast 7000 Jahren gehört die unweit von Nebra (Mitteldeutschland) gelegene Kreisgrabenanlage von Goseck zu den ältesten ihrer Art. Vor allem in Niederösterreich im Raum nördlich von Wien, aber auch in Bayern zeigen rund 200 Kreisgrabenanlagen, die fast gleichzeitig vor etwa 6800 Jahren entstanden, die fundamentale Veränderung der damaligen Gesellschaft.

Die niederösterreichischen Anlagen gürteten sich mit bis zu vier Gräben – drei bis sechs Meter breit. Sie umschlossen einen Innenraum mit einem Durchmesser zwischen 40 und 160 Metern. Ein bis fünf Stege führten als schmale Zugänge über die tiefen Gräben. Im Innenbereich umschlossen zwei Reihen Palisaden einen Innenraum, wodurch der Blick auf den Mittelpunkt der Anlage gänzlich versperrt blieb.

Die Kreisanlagen (auch Rondelle genannt) lagen immer von der Siedlung isoliert, oft auf Hügeln. Es waren wohl bedeutende Zentralplätze für gesellschaftliche, religiöse und politische Zusammenkünfte, für Feste, Kulte und Opfer, vielleicht auch Friedhof, Gerichts- und Handelsplätze – ähnlich Marktplätzen im Mittelalter. Besonders in Niederösterreich, Südwest- und Mitteldeutschland folgten sie auch einer astronomischen Ausrichtung; einige sind regelrechte Kalenderbauten, Uhren für wichtige Zeitpunkte des Jahres (z. B. Sonnenwendtage).

Schon früh hatten die Menschen einen geheimen Zusammenhang zwischen dem Himmel und der Erde entdeckt, eine kosmische Ordnung. Das Aufgehen oder letztmalige Erscheinen von Sternbildern läutete bestimmte landwirtschaftliche Tätigkeiten ein. Das Prinzip war relativ einfach: Wenn das Sternbild des Schützen zu sehen ist, kann nicht Winter sein, da im Winter die Sonne das Sternbild überstrahlt. Sind dagegen die Zwillinge zu sehen, dann kann aus den gleichen Gründen nicht Sommer sein. Auch das Sternbild Orion, das im Herbst am östlichen Morgenhimmel erscheint, während des Winters aber in Richtung Süden wandert, um im Frühjahr am westlichen Abendhimmel zu erscheinen, gab wichtige Hinweise zum Jahresverlauf.

Die Beobachtung des Sonnenlaufs und der nächtlichen Sternbilder ermöglichte den Ackerbauern, ohne schriftliche Aufzeichnungen die für das Bauernjahr wichtigen Fixpunkte zu definieren. So konnten also Frühjahrs- und Herbstbeginn exakt vorhergesagt und damit der Anfang der Aussaat und der richtige Zeitpunkt für das Einbringen der Ernte festgelegt werden.

Überschätzen sollte man aber das astronomische Wissen dieser Zeit allerdings nicht. Die Kreisgrabenanlagen dienten in erster Linie wohl dem Kult. Die Menschen begleiteten die Stationen des Vegetationszyklus mit Festen, Opfern und Ritualen. Opfergruben, Tierknochenreste und vereinzelte Gräber in der Nähe der Anlagen geben davon Zeugnis. Wenn die Sonne an den Wendepunkten am rechten Ort unterging, befand sich die Welt im Einklang mit dem Himmel. Fast noch wichtiger als die Sommersonnenwende war wohl die Wintersonnenwende, mit der das Ende des Mangels und die Rückkehr des Lebens verbunden war. Um 6500 v. h. – 300 Jahre nach dem Bau der ersten Anlagen – wurden die Kreisgrabenanlagen größtenteils wieder aufgelassen. Vielleicht waren sie außer Mode gekommen.

Megalithe (von griech.: megas=groß und lithos=Stein)

Vor ungefähr 7000 Jahren begannen die Menschen in Westeuropa auch, riesige Steine aufzustellen und für die damalige Zeit gigantische Grabanlagen zu errichteten. Es waren Vorläufer der vielfältigen „Megalith-Architektur„, die im Nordwesten des heutigen Frankreich – in der Bretagne – offenbar in nur rund 200 bis 300 Jahren entstand.

Eines der frühen und imposantesten Bauwerke der „Megalithkultur“ ist der trapezförmige Cairn (gälisch: Steinmal) von Barnenez auf einer bretonischen Halbinsel. Das große, längliche Grab (75 Meter lang, bis zu 25 Meter breit und 8 Meter hoch) aus geschichteten seitlichen Steinplatten und Decksteinen kann begangen werden (Ganggrab). Seine Entstehung wird auf 6500 v. h. datiert (Teile davon sogar auf 6800 v. h.). Es ist damit wohl das älteste Bauwerk in ganz Europa und enthält insgesamt elf Gemeinschaftsgräber.

Während die Cairns für Gemeinschaftsbegräbnisse genutzt wurden, waren die kleineren Dolmen (bretonisch: dol=Tisch und men=Stein) meist Einzelgrabstätten. Von ihnen wurden bisher mehr als 1000 in der Bretagne gefunden. Das Grundprinzip der Megalithgräber, die überall im Norden und Westen des Kontinents zu finden sind, ist oft ähnlich: Auf senkrecht stehenden, tonnenschweren Felsblöcken liegen waagerechte Decksteine. Baumaterial waren in der Regel Findlinge, große Granitblöcke, bis zu 50 Tonnen schwer. Mit Hilfe von Zugseilen und einfachen hölzernen Rollen schleiften und hebelten die Menschen die Steingiganten kilometerweit zu ihrem Bestimmungsort. (Erst aus späterer Zeit gibt es auch Hinweise auf Wagen.)

Zum Bau der Gräber wurde zunächst ein Erdhaufen aufgeschüttet. An den Rändern des Haufens wurden Löcher ausgehoben, in die mit Hebelwerkzeugen die seitlichen Platten eingepasst wurden. Anschließend wurden die Decksteine über eine aufgeschüttete Erdrampe über Baumstämme auf die Seitensteine gerollt. Dann trug man die Erde im Inneren wieder ab und hatte den perfekten Raum für das Grab. Die äußere Rampe blieb bestehen und wurde weiter über den Deckstein erweitert. Für diese Bauweise sollen nicht mehr als ein paar Dutzend Männer und zwei bis vier Ochsen nötig gewesen sein.

Die Menschen in der Bretagne stellten auch besonders hohen Einzelsteine auf: Menhire (bretonisch für Langstein). So wurde um 6500 v. h. eine 21 Meter hohe und 280 Tonnen schwere, mit der Abbildung einer Axt verzierte Steinsäule errichtet. (Der höchste Menhir maß sogar 35 Meter!) Auch auf den Britischen Inseln und auf der Iberischen Halbinsel fand man große, bis zu acht Meter hohe Menhire. Nirgendwo sonst sind die Hinkelsteine aber so konzentriert wie in Carnac (Bretagne), wo Menhire in drei großen, kilometerlangen Steinreihen aufgestellt sind. Die parallel angeordneten Reihen enden jeweils in einem Oval aus Steinsäulen, Cromlech (gälisch: Steinkreis) genannt. Knapp 2800 Steine sind heute noch in Carnac zu finden.

Während die Dolmen relativ einfach als Teil einer jungsteinzeitlichen Begräbniskultur zu deuten sind, geben Menhire und Steinreihen den Wissenschaftlern immer noch Rätsel auf. Ihr Sinn und Zweck ist bis heute nicht geklärt. Einige Forscher glauben, dass nur tief empfundene Religiosität die Menschen zum Errichten der Hinkelsteine bewegt haben konnte. Vielleicht wurden sie von örtlichen Clans aufgestellt und sollten einen besonderen Ort kennzeichnen, hatten also eine kultische Bedeutung. Manche Forscher interpretieren sie als Grenzsteine zur Markierung des Territoriums gegenüber anderen Gruppen. Immerhin lebten damals bereits schätzungsweise 100 000 Menschen in der Region.

Eine einheitliche Deutung der megalithischen Bauwerke ist also nicht möglich. Die meisten waren wohl dem Totenkult gewidmet. Die Menschen schufen diese Monumente nicht nur als letzte Ruhestätte für die Verstorbenen, sondern auch als Kultstätten für sich selbst. Hierher kamen sie zu rituellen Feiern und brachten Speise- und Trankopfer dar. In Norddeutschland fand man als Opfergaben im Moor versenkte Trommeln, die wohl bei den Megalithgräbern gespielt wurden. Die weithin sichtbaren Stätten verliehen den Menschen das Gefühl, Teil einer langen Reihe von Vorfahren zu sein (Ahnenkult!).

Mitunter entwickelten sich so die Orte zu Zentralheiligtümern mit starker Bindewirkung. Im gemeinsamen Gedenken an die Toten beschwörten und festigten die Menschen ihre Gemeinschaft. Schon der Transport der Steine (oft über viele Kilometer) und die Errichtung der Anlage erforderten die Gemeinschaftsleistung einer größeren und gut organisierten Gesellschaft. Möglicherweise wurden so auch benachbarte Gemeinschaften rituell miteinander verbunden. So gaben die megalithischen Monumente den Menschen in einer Umbruchzeit voller Unsicherheit und Verwirrung räumliche und religiöse, physische und metaphysische Ankerpunkte – Stabilität in einer wilden Zeit.

Bei der Anlage der Megalithgräber wird auch die Astronomie eine Rolle gespielt haben. Die damalige Bevölkerung – gleich ob Jäger, Hirten oder Bauern – verfügte ja schon über einige astronomische Kenntnisse. Daher dürfte bei der Konzeption der Anlagen der Lichteinfall zu bestimmten Zeiten wichtig gewesen sein. Auch stellte man später megalithische Steinreihen so im Kreis auf, dass sie einer astronomischen Ausrichtung folgten wie bei den Kreisgrabenanlagen mit ihren hölzernen Palisaden. Damit bestimmten dann die Priester-Astronomen wichtige Fixpunkte (z. B. Sonnenwendtage) für die landwirtschaftliche Tätigkeit.

Ausbreitung der Megalithe

Die Megalith-Idee hatte sich allmählich von Westfrankreich aus weiter ausgebreitet. Eindeutig ist ein Muster von drei Ausbreitungswellen über mögliche Seerouten zu erkennen. Megalithbauten entstanden in Skandinavien (Dänemark, Schweden), auf der Iberischen Halbinsel sowie den Britischen Inseln, aber auch auf Inseln und in küstennahen Regionen des Mittelmeerraums und in Mitteleuropa. Vielleicht wurden mit der Ausbreitung der Megalithe auch Knowhow und religiöse und gesellschaftliche Vorstellungen in die Ferne getragen.

Auf der Mittelmeer-Insel Malta und der Nachbarinsel Gozo errichteten die Menschen von 5800 bis 3500 v. h. Dutzende Tempel aus tonnenschweren Monolithen, rund 12 Meter hoch. Die ersten wurden hier vermutlich von Einwanderern aus Sizilien erbaut. Als sich das Klima um 5800 v. h. in Europa abkühlte, bauten auch z. B. die Menschen der Trichterbecherkultur in Norddeutschland aus eiszeitlichen Findlingen die ersten von Hügeln bedeckten Dolmen und Ganggräber. 10 000 solcher Bauwerke sind aus der Zeit vor 5500 bis 4800 Jahren v. h. (vor allem zwischen 5200 und 5000 v. h.) gefunden worden, oft von Erdwällen und einem oder mehreren Gräben umgeben. Die prestigeträchtigen Megalithanlagen zeugen davon, dass die Menschen die religiösen Ideen ihrer Nachbarn aus dem Südwesten übernommen hatten.

Um 6000 v. h. wurden die ersten Megalithgräber auf den Britischen Inseln errichtet. Eine der größten bekannten Anlagen, der West Kennet Long Barrow im Südwesten Englands, wurde vor etwa 5600 Jahren zunächst wohl als Grab erbaut. In Irland befindet sich der 5150 Jahre alte Grabkomplex von Newgrange, eine der weltweit bedeutendsten Megalithanlagen, in dessen Nähe sich noch zwei Vorläufer befinden.

In dieser Zeit tauchten auch kreisförmige Megalith-Monumente (Steinkreise) auf. Man fand diese und ähnliche Strukturen sowohl in der Dimension als auch vom Bauprinzip in großer Zahl auf den Britischen Inseln. Ein berühmtes Beispiel ist der Ring of Brodgar auf den Orkney-Inseln, ein Kreis aus 60 Steinriesen, den die Menschen für mystische Zeremonien aufsuchten. Sein Durchmesser beträgt 104 Meter. Manche Forscher nehmen an, dass solche Steinkreise Allianzen zwischen verschiedenen Gruppen schmieden sollten. Der britische Wissenschaftler Mike Parker Pearson vermutet, dass jeder Stein den Vorfahren einer Gruppe symbolisierte.

Stonehenge

In den Preseli-Bergen im westlichen Wales haben Archäologen die spärlichen Reste des Steinkreises von Waun Mawn aufgedeckt, des drittgrößten Großbritanniens. Er wurde zwischen 5600 und spätestens 5200 v. h. errichtet bzw. frühestens danach wieder entfernt. Auch in der Umgebung stießen die Forscher auf zahlreiche Dolmen, Steingrabkammern und weitere Anlagen, die mit Erdwällen und Palisaden umringt waren.

Die Menschen hatten in Waun Mawn bläulich schimmernde Steine – insgesamt rund 50 jeweils gut zwei Tonnen schwere Doleritblöcke, zweieinhalb Meter hoch – aus den nahen Steinbrüchen geholt und zum Kreis aufgestellt. Möglicherweise hatten die Gegend als auch die Steine für die Erbauer eine besondere, vielleicht magische Anziehungskraft. Doch nach nur wenigen Jahrhunderten der Nutzung verlieren sich nach 5200 v. h. plötzlich die Spuren der Menschen. Vermutlich sind auch zu dieser Zeit viele Steine entfernt worden – nur vier blieben übrig. Einige Forscher spekulieren, dass die ehemaligen Bewohner die Steine – ihre angestammte Identität – mitgenommen haben.

In der Salisbury Plain, wo später die Steinstrukturen von Stonehenge aufgestellt wurden, entstanden um 5000 v. h. Wall und Graben. Der fertige Erdkreis stand in Verbindung mit anderen benachbarten Anlagen, z. B. dem Henge (Graben und Wall) von Durrington Walls. Dieser befand sich im Zentrum einer noch größeren Anlage, deren Dimension alles bis dahin in den Schatten stellte: Eine Steinkreisanlage mit einem Gesamtdurchmesser von zwei Kilometern – eine Ritualstätte, zu der die Menschen kamen, um Angehörige zu begraben.

Stonehenge entstand über mehrere Jahrhunderte und veränderte mehrfach sein Gesicht. Gegen 4500 v. h. wurde die Anlage als Rund aus 30 breiten Sandsteinpfeilern arrangiert, auf denen weitere 30 Steine als Sturz ruhten. Innerhalb des Kreises errichteten die Erbauer ein Hufeisen aus fünf Trilithen (ebenfalls aus Sandstein), torähnlichen Bauten aus je zwei Stützen und einem Balken, deutlich höher und mächtiger als die Außenpfeiler. Dazwischen stellten sie die Blausteine in Kreisform auf. An der Hauptachse des Monuments ließ sich – und lässt sich noch heute – zweimal jährlich der Sonnenauf- und Sonnenuntergang beobachten – im Nordosten während der Sommersonnenwende und im Südwesten während der Wintersonnenwende. In seiner Anmutung und seiner Komplexität, in seinem Anspruch und seiner Strahlkraft übertrifft Stonehenge alle anderen Megalithbauten.

Der Archäologe Pearson ist sich sicher: Die früheste Phase des Steinkreises von Stonehenge war ursprünglich eine Kopie von Waun Mauwn. Der Durchmesser von 110 Metern und das Baumaterial (Blausteine) gleichen sich. Beide Anlagen hatten zudem den auf die Sommersonnenwende angelegten Zugang im Nordosten. Nach der Theorie von Pearson bauten die Menschen von Waun Mawn den Ring aus Blausteinen ab, transportierten sie rund 280 Kilometer weit in die Salisbury Plain und richteten sie dort als Stonehenge wieder auf. Interessanterweise fand man in Stonehenge 5000 Jahre alte Gräber von Menschen, die zu 16% aus Westbritannien – also womöglich aus der Gegend der Preseli-Berge – stammten.

Trotzdem ist die These von Pearson gewagt. Die Daten sind im Detail schwer zu interpretieren. Ob in Stonehenge um 5000 v. h. tatsächlich schon Blausteine standen, oder doch erst um 4500 v. h., scheint noch nicht geklärt. Dies bedeutet: Die Hypothese, die Menschen seien mit Blausteinen von Waun Mawn nach Stonehenge migriert, klingt zwar plausibel, ist aber längst nicht gesichert.

Göbekli Tepe

Man zählt heute über den ganzen Kontinent verteilt mehr als 35 000 Dolmengräber, Steinkreise und Hinkelstein-Menhire. Auch in Thrakien (Bulgarien/Griechenland) und Abchasien wurden inzwischen megalithische Dolmen gefunden, die bis heute allerdings kaum untersucht wurden. Megalithische Pendants befinden sich im Nahen Osten: Mazzeben (Plural von hebräisch Mazbot) aus dem semitischen Kulturkreis, aufgerichtete Steine mit religiöser Bedeutung (ab 6000 v. h.). In Europa kamen die großen Megalithbauten ab dem Beginn des 5. Jahrtausends v. h. größtenteils aus der Mode.

Weltweit erste Megalithbauten hatte es sogar schon vor 11 600 Jahren in der heutigen Südosttürkei gegeben. Auf dem Göbekli Tepe schufen Sammler und Jäger, die noch von der Hand in den Mund lebten, eine gewaltige Kulturanlage, wohl das älteste von Menschen errichtete Heiligtum. Riesige, tonnenschwere monolithische Pfeiler, möglicherweise mehr als 200, zum Teil mehr als fünf Meter hoch, waren in Kreisen mit bis zu 20 Metern Durchmesser aufgestellt. Durch die T-Form erhielten die Monolithe ein menschenähnliches Aussehen – das obere Querstück sollte wohl einen Kopf darstellen. Jeweils ein mächtiges, extra großes Pfeilerpaar befand sich im Zentrum jeder Kreisanlage. Manche Forscher interpretieren sie als früheste Götterbilder in der Menschheitsgeschichte.

Naturheiligtümer waren die ersten Weihestätten, bevor die Götter in feste Einrichtungen einzogen. Im Latmos, der mythenträchtigen Gebirgslandschaft an der Westküste der Türkei, findet man in vielen Höhlen prähistorische Felsmalereien. Hier wurde ein Wetter- und Berggott als Personifikation der höchsten Bergspitze verehrt – dargestellt auf den Bildern als große Figur. Die kleineren Figuren gaben die übrigen Bergspitzen des Latmos wieder. Die T-Form der gemalten Köpfe entspricht der T-Form der meterhohen Pfeiler auf dem Göbekli Tepe. Opferten die Menschen hier wie da derselben Gottheit? Fest steht: An beiden Orten vollzogen die Menschen rituelle Handlungen.

Der Bau einer einzelnen Anlage wie auf dem Göbekli Tepe mit 12 Pfeilern und Mauern war ohne organisierte Gemeinschaftsleistung undenkbar. Das Rohmaterial, also die Kalksteine, mussten aus drei Kilometern Entfernung möglicherweise auf hölzernen Rollen herantransportiert werden. Dann mussten Steinmetze sie zurechtschneiden. Ein solches Großprojekt konnten nur mehrere Stämme und Sippen gemeinsam realisieren. Der handwerkliche wie geistige Aufwand für die Anlage des zentralen Ortes setzen eine ausgeprägte Religiosität mit ausgefeilten und tradierten Kultriten voraus und eine bereits sozial klar gegliederte Gesellschaft, die zu diesen aufwändigen Gemeinschaftsaktionen bereit war. Organisiert wurde das sozial-integrierende Projekt von Spezialisten, geleitet vermutlich von einem Priester.

Göbekli Tepe war also wohl eine rituelle Stätte, ein Kult- und eventuell auch ein Machtzentrum für eine ganze Region. Jäger und Sammler kamen aus über 200 Kilometern regelmäßig für Riten oder Begräbnisse hierher. In Nordsyrien am mittleren Euphrat entdeckten syrische und französische Archäologen weitere Kultbauten (Jerf el Ahmar), die etwa zur gleichen Zeit wie die Steinkreise vom Göbekli Tepe entstanden sind und diesen erstaunlich ähneln. Wahrscheinlich trafen sich auch hier viele Menschen aus der Region, tanzten, trommelten – und tranken Gerstenbier.

REM

Bauch oder Kopf

Unser Gehirn funktioniert nicht nach dem Prinzip einer informationsverarbeitenden Maschine, wie es die Konstruktivisten sehen. Es nimmt zwar auch Informationen auf und verarbeitet sie, aber es beruht auf weitgehend biologischen Grundlagen. Seine wetware ist von einem pulsierenden Wirrwarr neurochemischer Substanzen erfüllt und hat nichts gemein mit dem keimfreien, ordentlichen Silizium eines Computers. Die Gehirnstruktur selbst bildet die materielle Basis für das Wechselspiel von Wahrnehmen, Empfinden, Erinnern und Handeln.

Wahrnehmung

In unserem Wahrnehmungssystem sind, evolutionär bedingt, bereits gewisse Grundannahmen neuronal angelegt. So ist die Regelhaftigkeit der Welt um uns herum ebenso wie unsere eingeschliffene Methode, mit ihr umzugehen, als Schema im Gehirn repräsentiert und prägt unser Bild von der Welt, ohne dass wir etwas dazu tun – wie eine Brille, die man nicht wahrnimmt. Die gesamte Reizverarbeitung, alle geistigen Prozesse, von der Urteilsbildung über Entscheidungen bis hin zur Handlungssteuerung, sind dabei auf das sichere Erkennen und Bewerten der für uns relevanten Umwelt hin selektiert.

Die primären Sinnesdaten erreichen über Nervenbahnen verschiedene Areale des Gehirns, wo sie parallel und vorbewusst verarbeitet werden. Schon in den ersten Millisekunden wird beurteilt, ob sie gut oder schlecht für uns sind – völlig automatisch und unabhängig. Das, was als Gefahr erkannt wird, erleben wir als bedrohlich, ein fröhliches Gesicht stimmt uns heiter, eine süße Speise empfinden wir als wohlschmeckend. An diesen emotionalen Bewertungen sind vor allem limbische Strukturen wie die Amygdalae (Mandelkerne) beteiligt.

Es sind unsere primitivsten und stärksten Gefühle, die den direkten Weg über die Mandelkerne nehmen. Hier kommt aber nur ein Bruchteil der sensorischen Meldungen an, allenfalls grobe Signale, gerade ausreichend z. B. für eine Warnung. (Man braucht nicht genau zu wissen, was etwas ist, um zu erkennen, dass es gefährlich sein könnte.) Dabei kann die dringliche Meldung, die der Mandelkern aussendet, gelegentlich, wenn nicht sogar öfter, veraltet sein – besonders in der wandelbaren sozialen Welt, in der wir Menschen leben. Daher verwirren uns noch als Erwachsene viele mächtige emotionale Erinnerungen aus den ersten Lebensjahren.

Ist die Emotion besonders stark, erklärt der Mandelkern den Ausnahmezustand und stellt das übrige Gehirn unter seine Befehlsgewalt. Dann bleibt die Aktivierung jener kortikalen Prozesse, die normalerweise die emotionale Reaktion zügeln (s. u.), aus. Es kommt zu Kurzschlussreaktionen – Entscheidungen fernab jeglicher rationaler Argumente. Meist wissen die Betroffenen hinterher nicht mehr, was über sie gekommen ist.

Neben der unmittelbaren emotionalen Bewertung spielt die im Gedächtnissystem enthaltene Erfahrung eine wichtige Rolle. Zusammen beurteilen sie innerhalb der ersten etwa 100 Millisekunden, ob die wahrgenommenen Signale „wichtig oder unwichtig“, „neu oder bekannt“ bzw. „interessant oder uninteressant“ sind. In dieser umfassenden vorbewussten Phase der Wahrnehmung entscheidet es sich, ob wir etwas routinemäßig abhandeln können oder ob eine besondere Beachtung erforderlich ist – ob wir beispielsweise etwas tun oder unterlassen sollen.

Was als bekannt und unwichtig eingeordnet wird – die allermeisten Signale -, wird von uns kaum oder gar nicht bewusst wahrgenommen, z. B. Gegenstände in unserem Zimmer oder Verkehrszeichen auf der Straße. Würden wir alle Einzelheiten wahrnehmen, wären unsere Sinnessystem und unsere Großhirnrinde völlig überfordert. Ist etwas wichtig, so antworten wir darauf, wenn möglich, mit einem „vorgefertigten“ Programm, d. h., ohne dass wir uns besonders konzentrieren müssen und ohne dass es tiefer in unser Bewusstsein dringt. Der ganz überwiegende Teil unseres Handelns im Alltag erfolgt aus diesen Entscheidungen, die wir gar nicht als solche wahrnehmen („alltägliche Routine“).

Wird kein Routineprogramm gefunden, das als wichtig genug zur weiteren Bearbeitung eingestuft wurde, dann gelangen die Inhalte der unbewussten Prozesse in den sogenannten globalen Arbeitsraum, einem Netz von Neuronen, das sich wohl über das gesamte Gehirn erstreckt. Welche mentalen Inhalte diesen Arbeitsspeicher erreichen und dort weiterverarbeitet werden, darüber entscheidet die Aufmerksamkeit. Sie fokussiert unsere mentalen Ressourcen auf eine spezifische Information und blendet Dinge aus, die gerade möglicherweise irrelevant sind.

Von der riesigen Informationsflut, die die Sinnesorgane erreicht, gelangt nur ein winziger Bruchteil ins Bewusstsein. So nimmt beispielsweise die Netzhaut des Auges nur einen winzigen Bruchteil der Informationen aus unserer Umwelt auf, ein Äquivalent von 10 Milliarden Bits pro Sekunde. Die Sehrinde im Gehirn erreichen nur noch 10 000 Bits pro Sekunde. Und weniger als 100 Bits pro Sekunde gelangen zu Hirnregionen, die sich mit bewusster Wahrnehmung befassen.

Vieles deutet darauf hin, dass eine bestimmte Stelle im präfrontalen Kortex der Ort ist, wo wichtige kortikale Bahnen zusammenlaufen, die an der Bewusstwerdung einer Wahrnehmung und der Reaktion darauf beteiligt sind. Ist eine Wahrnehmung bewusst geworden, so kann man die Dinge einer neuen Bewertung unterziehen. Areale des präfrontalen Kortex wirken auf diese Weise auch an der Regulierung emotionaler Reaktionen mit, indem sie die Mandelkerne und andere limbische Bereiche dämpfen und auf diese Weise die emotionale Erregung hemmen. Dies ist die Grundlage unserer Fähigkeit, einem Handlungsimpuls zu widerstehen, und führt zu einer analytischeren oder angemesseneren Reaktion.

Subjektivität der Wahrnehmung

Der dünne Datenstrom, der schließlich den globalen Arbeitsraum erreicht, könnte allein sicherlich keine Wahrnehmung erzeugen. Das Gehirn muss dabei selbst mitwirken. Die Sehrinde beispielsweise weist über zehnmal so viele Nervenzellkontakte auf, wie zur Aufnahme der Eingangsinformationen benötigt werden. Diese dürften internen Kontakten zur weiteren Verarbeitung der Signale innerhalb dieser Hirnregion dienen. Es laufen jederzeit zahlreiche kognitive Prozesse ab, ohne dass wir auch nur das Geringste davon bemerken.

Aus den spärlichen und widersprüchlichen Informationen, die uns die Sinne liefern, und aus zunächst einmal nur unzusammenhängenden Daten versucht unser Gehirn eine bedeutungsvolle Wahrnehmung zu formen, noch bevor sie das Bewusstsein erreicht. Dabei greift unser Zentralorgan auch auf Schemata – alte Ideen und Generalisierungen – zurück, um Lücken in der Wahrnehmung zu schließen und die Signale zu einem einigermaßen plausibel und stimmig wirkenden Bild zu kombinieren. Das erspart uns in höchst effektiver Weise aufwändige Denkarbeit und erfordert damit nur einen minimalen, intellektuell eher schlichten Aufwand.

Auch unsere Erwartungen erleichtern dem Organismus die Wahrnehmung, indem sie die Menge der möglichen Interpretationen einschränken. Das Gehirn muss also nicht die gesamte Information analysieren, sondern nur die Abweichungen vom erwarteten Zustand. Der Vorteil liegt in der Zeitersparnis.

Wenn unsere Erwartungen ein zu großes Gewicht bekommen und nicht mehr hinreichend von Sinneseindrücken korrigiert werden, sehen wir Dinge, die nicht da sind. So stellen sich Halluzinationen oder psychische Störungen ein. Das andere Extrem könnte der autistischen Störung zu Grunde liegen. Die Betroffenen, so die These, halten die Welt für sehr verlässlich und messen den eigenen Prognosen wenig Bedeutung bei. Sie betrachten die Umgebung daher sehr eingehend, nehmen Details extrem wichtig und orientieren sich weniger an Kontextinformationen.

Unser Wahrnehmungsapparat scheint also alles zu tun, um mögliche Verwirrungen und Vieldeutigkeiten auszuschalten, bevor ein Sinneseindruck bewusst wird. Nicht ins Gesamtbild passende Daten werden angepasst und ersetzt oder sogar ignoriert. Das geht sogar so weit, dass unsere grauen Zellen auch Fakten aus den Daten tilgen – egal wie offensichtlich sie sein mögen. Auch das, was nicht in unser Selbstkonzept passt, wird verdrängt oder zumindest beschönigt.

Wir haben gelernt, dass die Welt eine Kausalstruktur hat. So geben wir üblicherweise Ereignisfolgen eine kausale Deutung, d. h., wir versuchen, Ursache-Wirkungszusammenhänge zu beschreiben. Dabei begehen wir oft den Fehler, in Kausalketten statt in Kausalnetzen zu denken. So vereinfachen wir komplizierte Sachverhalte und reduzieren sie möglichst auf eine einzige Ursache. Dies führt allzu schnell zu Generalisierungen: Stereotype und Vorurteile sind eine häufige Folge. Sie erleichtern uns die Interpretation von Wahrnehmungen, so dass wir in komplexen Situationen den Überblick behalten und uns schnell zurechtfinden.

Menschen erlernen ganz unterschiedliche kulturelle Wahrnehmungsmuster. Es entscheidet also auch die jeweilige Kultur, was wir wahrnehmen und wie wir etwas beurteilen. Dementsprechend verhalten wir uns dann auch meist sozial angepasst, d. h., nach erlernten Regeln und Normen, die wir uns zumeist über Erfahrungen und Gefühlserlebnissen angeeignet haben.

Wahrnehmung wird aber nicht nur durch persönliche Erwartungen, Wertmaßstäbe und Interessen beeinflusst, sondern ebenso durch den aktuellen emotionalen Zustand. Motivations- und Stimmungsschwankungen und die momentanen Bedürfnissen – etwa nach Ruhe, nach aufregenden Erlebnissen oder nach Nahrung – beeinflussen ebenfalls die aktuelle Wahrnehmung. Sind Menschen gestresst, werden sie extrem aufmerksam für negative Informationen. Das war im Laufe der Evolution von Vorteil, denn es erhöhte die Überlebenschance, indem es die Aufmerksamkeit für Bedrohungen steigerte.

Wenn uns eine Sinneswahrnehmung nach einer halben Sekunde, manchmal einer dreiviertel Sekunde, manchmal sogar erst nach einer Sekunde bewusst wird, ist sie also bereits verarbeitet, reduziert und in einen Zusammenhang gestellt. Durch die Interpretation im Lichte vergangener Erfahrungen, Erwartungen und Zielsetzungen, sowie der Reduktion der Daten, prägen wir der Welt Strukturen auf, die sie uns nicht nur verständlich, sondern auch erträglich, angenehm oder auch abstoßend erscheinen lässt. Unsere Wahrnehmung ist also weit entfernt von Objektivität. Sie ist vielmehr ausgiebig und intensiv gefärbt mit subjektiven Gedanken und Phantasien, mit Wünschen, Gefühlen und Schlussfolgerungen. Unsere Umwelt wird also nicht mit der Neutralität zur Kenntnis genommen, die wir oft voreilig voraussetzen. Verschiedene Menschen sehen tatsächlich verschiedene Dinge, was z. B. bei der Vernehmung von Augenzeugen große Probleme bereiten kann.

Die Subjektivität der Wahrnehmung ist nicht nur die Ursache gelegentlicher Missverständnisse, sondern kann auch von Dritten gezielt zur Vorspiegelung falscher Tatsachen ausgenutzt werden. Denn den meisten Menschen ist diese Subjektivität kaum bewusst. Das hat eine Illusion zur Folge: Die Welt scheint uns ganz unmittelbar zugänglich und verlässlich, obwohl das Gehirn die Sinneswahrnehmungen tatkräftig manipuliert. Als Resultat entstehen persönlich gefärbte „Eigenwelten“ und damit unterschiedliche Wirklichkeiten. Und darauf basiert auch ein Teil dessen, was das Wesen und die Persönlichkeit eines Menschen ausmacht.

Dass der Mensch die meisten Verzerrungen nicht wahrnimmt, kann durchaus als sinnvoll betrachtet werden. Irrtümer zu leugnen (eine „sture Gewissheit„) schützt das Selbstbewusstsein und stärkt das Zutrauen in die eigenen Fähigkeiten. Illusionen werden so zu einer Grundlage des Selbstwertgefühls und helfen dem Menschen, die Person zu sein, die er sein will. Ein einmal zusammengedrechseltes Gedankengebäude kann stabiler sein als echtes Wissen. Glaubt man einmal, etwas verstanden zu haben, hält man hartnäckig daran fest. Wir neigen sogar dazu, neue Informationen zu verdrehen, damit sie in unser Gedankenschema passen. Offensichtlich fällt es uns schwer, einmal geglaubte und „verstandene“ Erklärungen grundsätzlich in Frage zu stellen und uns so der damit verbundenen geistigen Unsicherheit auszusetzen. Vor allem bei sich rasch wandelnden Situationen, mit denen wir häufig konfrontiert werden, ist die Fähigkeit zu einer Veränderung unserer Vorstellungen überfordert.

Statt die eigene Überzeugung kritisch zu prüfen, suchen wir tendenziell eher Rückhalt z. B. durch die einseitige Auswahl oder Interpretation von Informationen. Werden uns unliebsame Gegenbelege vorgelegt, fangen wir gerne mit Haarspalterei an und verschließen die Augen vor dem Offensichtlichen. Die eigenen Glaubenssätze nüchtern an den Fakten zu prüfen, fällt sogar Wissenschaftlern sehr schwer. Im Extremfall braucht es Jahrhunderte oder gar Jahrtausende, bis eine anscheinend selbstverständliche allgemeine Überzeugung als irreführende Denkgewohnheit erkannt und durch eine neue Denkweise ersetzt wird – die dann ihrerseits zur Gewohnheit wird. Es gibt eine beeindruckende Vielzahl von Denkhindernissen, die höchst mühsam entdeckt und überwunden werden mussten, um die moderne Naturwissenschaft möglich zu machen.

Entscheidungen

In unserem Leben müssen wir auf der Basis unserer Wahrnehmungen und deren Interpretation dauernd Entscheidungen fällen. Wir halten sie meist für rational durchdacht und logisch begründet. Aber in den allermeisten realen Lebenssituationen wissen wir tatsächlich einfach viel zu wenig, um uns wirklich und zuverlässig und logisch konsistent entscheiden zu können. Außerdem geht alles, was zwei oder drei Hauptfaktoren übersteigt, über den Horizont unserer bewussten Verarbeitungskapazität. Daher beruht vieles, was wir tun, nicht auf bewussten Überlegungen, Planungen und Entscheidungen.

Die vermeintlichen Vernunftgründe, die wir für unser Tun und Entscheiden anführen, sind oft nachträgliche Rationalisierungen. Da wir zu den tatsächlichen Motiven und Impulsen schlicht keinen Zugang haben, reimen wir uns im Nachhinein oft irgendwelche Begründungen zusammen. Das geht sogar so weit, dass wir besten Gewissens selbst solche Entscheidungen begründen, die unseren ursprünglichen Intentionen völlig zuwiderlaufen. Es ist die Frage, in welchem Ausmaß unsere täglichen Handlungen nachträglich im Bewusstsein mit irreführenden Rationalisierungen erklärt werden.

An der Entscheidungsfindung sind generell grob drei Instanzen beteiligt: Bewusstes Denken, emotionale Reaktionen und die im Volksmund Intuition genannten Einflüsterungen unbewusster Verarbeitungsprozesse. Der Schweizer Psychiater Luc Ciompi spricht von funktionell integrierten affektiv-kognitiven Bezugssystemen – Fühl-, Denk- und Handlungsprogrammen, die in ihrer Kombination ein hochdifferenziertes Gesamtsystem zur Bewältigung der begegnenden Wirklichkeit bilden.

Die wichtigste Instanz bei unseren Entscheidungen sind meist nicht klare logische Argumente, sondern Gefühle. Die Mandelkerne, in denen die emotionalen Erinnerungen – vom Mutterleib bis heute – gespeichert sind, durchtränkt alles, vor allem auch den obersten rationalen Teil des Gehirns, also alles das, was wir denken, planen, usw. Der emotionale Erfahrungsspeicher kann eine rasche Entscheidung bewirken – am bewussten Denken vorbei. Oder er hilft, eine Entscheidung zu vereinfachen, indem er von vornherein gewisse Optionen ausschließt und andere hervorhebt. So werden unsere schnellen und automatischen Urteile und Entscheidungen in dem Bewusstsein nicht zugänglichen Hirnarealen maßgeblich vorbereitet.

Unterschwelligen Erfahrungen, latentes Vorwissen, Emotionen und unwillkürliche Aufmerksamkeitsmechanismen üben einen überragenden Einfluss auf unsere Entscheidungen aus. Unser bewusstes Ich ist daran nur teilweise beteiligt. Aber so genannte Bauchentscheidungen, vor allem, wenn sie unter Zeitdruck (wenn man nicht lange nachdenken kann) oder im Affekt (etwa weil man verärgert ist) gefällt werden, führen nicht immer zu besseren Ergebnissen. Gerade die Entscheidungen, über die wir uns im Alltag ärgern, haben wir übereilt bzw. überstürzt getroffen.

Doch wäre unser Verhalten nicht von unserem emotionalen Gedächtnis gesteuert, würden wir Dinge tun, die nicht übereinstimmen würden mit unserer ganzen Erfahrung. Und je mehr Erfahrung wir auf einem Gebiet oder in einer Sache haben, desto mehr können wir uns auf unser Bauchgefühl verlassen. Entscheidungen aus dem Bauch heraus lassen logische Zusammenhänge zwar scheinbar außer Acht, beziehen aber Fakten ein, die der Verstand nicht wahrgenommen oder nicht mehr parat hat.

Im Allgemeinen ist die intuitive, anschauliche Strategie die treffsicherste und somit bestmögliche für unsere alltäglichen Entscheidungen. Vor allem im persönlichen Bereich braucht man Instinkt und eine gewisse Gefühlsklugheit, die man mit der Lebenserfahrung erwirbt. Gefühle beeinflussen auch rationales Denken nicht nur viel stärker als wir annehmen, sondern sind sogar für Rationalität unerlässlich. Die Kunst besteht darin, rationale Gründe mit dem emotionalen Erfahrungswissen in Einklang zu bringen. Daher gibt es eigentlich gar keine rationalen Entscheidungen, nur rationale Abwägungen. Im Normalfall ist das Ineinandergreifen von Kognitionen und Emotionen, von Handlungsplanung und Gefühl, sowohl bewusst als auch unbewusst, der absolute Garant dafür, dass wir in der Regel genau das tun, was, aus welchen Gründen auch immer, sich für uns bewährt hat.

Im Alltag bezeichnen wir alle möglichen Formen spontaner Eingebungen, sei dies eine Wahlentscheidung, die Lösung einer Denkaufgabe oder irgendeine dunkle Ahnung als Intuition (von lat. intueri = angeschaut werden). Diese beruht, wie gesagt, auf Erfahrungswissen, also all dem, was einmal bewusst war, aber aktuell abgesunken ist. Der Schweizer Tiefenpsychologe C. G. Jung (1875 – 1961) definierte Intuition etwas enger, nämlich als unmittelbares, ganzheitliches Erfassen von Zusammenhängen – eine Voraussetzung für wissenschaftliche Kreativität.

Je vielschichtiger ein Problem ist, desto härter muss unser Gehirn grundsätzlich schuften, denn bewusste Prozesse wie Schlussfolgern und Planen sind aufwändiger als ein impulsiver Prozess und bedürfen Ressourcen, die oft knapp sind: Zeit und Gedächtniskapazität. Schwierige Entscheidungen überfordern also ganz einfach unser bewusstes Denkvermögen. Aber unser „Vor-Bewusstes“ ist ein gigantisches assoziatives Netzwerk, das „selbstorganisiert“ und hochgradig parallel arbeitet. Es zieht viele Informationen in Betracht und kann mit komplexen Situationen viel besser umgehen als unser rationale-bewusstes Arbeitsgedächtnis.

Moderne Kognitionsforscher sprechen in diesem Zusammenhang von impliziter oder unbewusster Informationsverarbeitung, die sich – scheinbar – als spontanes Gefühl äußert. Die intuitive Lösung kommt unvorhergesehen wie ein Blitzschlag, urplötzlich und allumfassend. Allerdings erfährt man die kreativ-intuitive Lösung nicht in allen Details, wobei die Nichtbegründbarkeit intuitiver Prozesse ihre Vernünftigkeit aber keineswegs ausschließt. Die Genialität von Denkern wie Newton oder Einstein basierte auf Intuition, war emotionsgeladen, folgte also oft vagen Ahnungen und spontanen Eingebungen, aber keinem logischen Ablauf.

Fazit

Wie wir Welt um uns herum wahrnehmen, was wir aus der Flut der Eindrücke herausfiltern, worauf sich unsere Aufmerksamkeit richtet, welche Gefühle, Erinnerungen und Ideen uns kommen und welche Ziele wir verfolgen – das alles resultiert aus automatischen Vorgängen im Gehirn. Dieser Autopilot im Kopf macht uns zu denjenigen, die wir sind – nicht das Bewusstsein. Aber wir sollten ein gesundes Misstrauen bewahren angesichts der Tatsache, dass unser Gehirn sich bei jeder Gelegenheit die Welt zurechtbiegt, die eigenen Züge schön färbt, an den Erinnerungen herumpfuscht, moralisch mit zweierlei Maß misst und hartnäckige Vorurteile kultiviert. Wir glauben manchmal Dinge, die nicht wahr sind, und das aus absurden Gründen, und treffen Entscheidungen, die wir im Nachhinein selbst nicht verstehen.

Nicht nur Misstrauen gegen die Wahrnehmung, auch Misstrauen gegen das Denken sind angebracht angesichts unserer Tendenz, uns viel zu schnell und bequem mit halbwegs überzeugenden Theorien und Argumentationsmustern zufrieden zu geben. So bleibt ein unheimliches Gefühl, dass wir ohne Nachdenken nicht verantwortungsvoll leben können – und dass trotzdem unser Denken immer vorläufig, höchst irrtumsanfällig bleibt und nie zum Ende kommt. Der Sozialpsychologe Timothy West (University of Virginia) hält dies für den Preis, den wir dafür zu zahlen haben, dass uns die Evolution mit einem so hocheffizienten Unbewussten ausgestattet hat, ohne das wir längst ausgestorben wären.

In der Kunst werden Wahrnehmungs- oder auch Denkzwänge gelockert und Formen und Inhalte in neuem Licht gezeigt. Dies kann zu einer erweiterten Wahrnehmung – auch im Sinne von Erkenntnis – beitragen. Allein schon das Wissen, dass unsere schnellen Überzeugungen und langsamen Vorurteile, dass Konformitätsdruck, Fixierungen, die sogenannten Ankereffekte* und andere Phänomene Urteilsqualität und Phantasie beeinträchtigen, kann uns helfen, solche Denkhindernisse im Bedarfsfall zu erkennen und zu überwinden. Mit diesem Wissen lassen sich auch merkwürdig anmutende Verhaltensweisen oder vermeintlich unlogische Denkmuster der Mitmenschen besser nachvollziehen, was zu einem besseren Verständnis beitragen könnte.

*Je hilfloser und bedrohter wir uns in einer objektiv unverstandenen Situation fühlen, desto eher versuchen wir, mit gewohnten Denkmustern weiterzukommen. Die Psychologen sprechen von Anker-Effekt.

Ein Patentrezept für bestmögliche Entscheidungen gibt es leider nicht. In den meisten Situationen garantiert uns in der Tat keine Denkform Wahrheit, Angemessenheit oder sogar Weisheit des Handelns. Die aktuellen Forschungsergebnisse legen nahe: Beim Sammeln und Abwägen entscheidungsrelevanter Informationen einen kühlen Kopf bewahren, aber dann auch den Bauch ein Wörtchen mitreden lassen. Nur bei einfachen Sachverhalten, so der Tipp der Psychologen, sollte man bewusst entscheiden. Sobald es kompliziert wird, ist es klüger, den bewussten Verstand abzuschalten. Es zahlt sich oft nicht aus, allzu sehr über ein schwieriges Problem nachzudenken und es Stück für Stück zu analysieren. Ein empirisch nachgewiesener Ansatz besagt: Wäge zunächst ausgiebig rational ab und lass die Sache dann einige Zeit ruhen. Also: Nichts überstürzen – und gegebenenfalls erst einmal darüber schlafen! In der Ruhephase vermag unser Gehirn Informationen hochintelligent zu verarbeiten. Gerade bei Gruppenentscheidungen wirkt sich ein längerer Abwägungszeitraum positiv auf das Ergebnis aus.

REM

Leben entstand vor spätestens 3,5 Milliarden Jahren im Wasser und wagte sich die ersten Milliarden Jahre nicht aufs Land. Dort drohte nämlich die energiereichen UV-Strahlung der Sonne die DNA auseinanderzureißen. Abdrücke und chemische Veränderungen in alten Gesteinsschichten deuten darauf hin, dass aber vielleicht schon vor über einer Milliarde Jahren erste Organismen auf dem Trockenen saßen.

Als Glücksfall für einen Landgang der Lebewesen erwies es sich, dass Sauerstoff durch die von den Cyanobakterien betriebenen Fotosynthese in die Atmosphäre gelangte. In der Stratosphäre wurde das Gas (O₂) durch die kurzwellige UV-Strahlung der Sonne gespalten und es entstand Ozon (O₃). Vor 670 Millionen Jahren lag der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre vermutlich bei 7%, was schon ausreichte, um eine schützende Ozonschicht zu bilden, die das schädliche UV-Licht blockierte und Leben an Land erleichterte. Sie schützt uns auch heute noch.

Pilze und Pflanzen

Pilze könnten lange vor den ersten mehrzelligen Pflanzen auf die urzeitlichen Landmassen vorgedrungen sein. Ihr Ursprung liegt nach molekularen Studien 750 bis 900 Millionen Jahre zurück. Sie verbündeten sich mit einzelligen Algen und besetzten als Flechten das Land. Spätestens vor 540 Millionen Jahren könnten sich auch dünnhäutige Pflanzen an Land ausgebreitet haben. Sie waren aus einzelligen Grünalgen hervorgegangen und stammten wohl nicht, wie lange vermutet, aus dem Meer, sondern aus dem Süßwasser. Ihr Bau erinnert an fädige Algen, wie sie heute noch in Seen oder an luftfeuchten Standorten vorkommen. Sie breiteten sich zunächst im Uferbereich von Bächen und Flüssen sowie in feuchten Felsspalten aus.

Mit der Entwicklung der Moose vor etwa 460 Millionen Jahren fand eine große Veränderung auf den Kontinenten statt. Sie begannen die Felsen im Flussbett zu überziehen und bedeckten schließlich über Tausende von Quadratkilometern die Erde und ließen sie ergrünen. Erste höhere Landpflanzen gab es in der Erdgeschichte erst im Silur (vor 443 bis 419 Millionen Jahren); es handelt sich um einfach gebaute Nacktfarne (Psilophyten), die aus gabelig verzweigten, dünnen Sprossen bestanden, aber noch keine Wurzeln und Blätter hatten.

Im Devon (vor 419 bis 359 Millionen Jahren) wurden sie durch Gefäßsporenpflanzen (Farne, Schachtelhalme, Bärlappgewächse) abgelöst, die über echte Wurzeln und ein Wasserleitsystem im Stängel verfügten. Ihre Wurzeln konnten in felsigen Untergrund eindringen, sich dort verankern und Wasser aufnehmen. Gemeinsam mit Pilzen zersetzten sie das Gestein auf biochemischem Weg, wodurch sich die Verwitterungsrate auf mehr als das Zehnfache beschleunigte. Die erhebliche Zunahme von Tonmineralen und die höhere Geschwindigkeit der Bodenbildung sorgte für einen stetig wachsenden Lebensraum für weitere und größere Pflanzen und Pilze. Ab spätestens 400 Millionen Jahre vor heute eroberten die Pflanzen schließlich das Land in großem Stil und schufen damit die Lebensgrundlage für eine Besiedlung des Landes durch Tiere.

Tiere

Im Ordovizium (vor 485 bis 443 Millionen Jahren) machten Gliedertiere wohl schon erste zaghafte Schritte an Land. Ihr Außenskelett, das im Wasser Schutz gegen Fraß und Verletzungen bot, eignete sich jetzt auch als Verdunstungsschutz. Mit jedem Segment ihres gegliederten Körpers konnten sie Sauerstoff aufnehmen und damit auch Schwankungen der Sauerstoffmengen in der Atmosphäre ertragen. Die gegliederten Beine erleichterten zudem offenbar den Landgang. Als eine der ersten Tierarten wagten sich möglicherweise Skorpione an Land. Sie besaßen Strukturen, welche jenen der Pfeilschwanzkrebse ähneln, die sich heute vornehmlich in küstennahen Gewässern aufhalten, ebenso aber auch kurzzeitig an Land gehen können. Spätestens im Silur tauchten auch Vorfahren der modernen Krebse auf und krochen an Land (wegen Flucht oder Nahrungssuche?). Ihnen folgten weitere Gliedertiere. Das bisher älteste fossil überlieferte Landlebewesen, das Luft atmete, ist ein Tausendfüßer, der ein Zentimeter lang war und vor 428 Millionen Jahren lebte.

Von 30 bekannten Tierstämmen bei den Wirbellosen haben nur sieben in der Geschichte des Lebens landlebende Arten hervorgebracht. Die Ahnen der heutigen Krebse und Insekten übernahmen zunächst die Herrschaft über die Erde, wobei es den Insekten gelang, immer besser mit den widrigen Bedingungen an Land (Hitze, Kälte, Trockenheit) zurechtzukommen. Meist noch flügellos und den millimeterkleinen Springschwänzen ähnlich wurden sie vor über 400 Millionen Jahren zur entscheidenden Größe.

Im Pflanzenreich dominierten im Devon Sporenpflanzen, die noch eine immerfeuchte Umgebung brauchten. Wer höher wachsen kann als die Konkurrenz, der bekommt auch mehr Licht ab und hat deshalb bessere Überlebenschancen. So bildeten sich fruchtbare Wälder aus riesigen Farnkräutern, hohen Schachtelhalm- und Bärlappgewächsen, welche die noch öde Landschaft mit vergleichsweise rasender Geschwindigkeit zu erobern begannen. Millionen Jahre lang pumpten die Pflanzen und Bäume Sauerstoff in die Atmosphäre, so dass dessen Gehalt in der Luft zeitweise 50% höher lag als heute. Gleichzeitig wurden unvorstellbare Mengen an Kohlenstoff gespeichert. Die Mikroorganismen schafften es nicht mehr, alle abgestorbenen Pflanzen zu zersetzen. (Aus diesen entstand mit der Zeit Kohle, die wir heute noch verbrennen.) Erst vor etwa 350 Millionen Jahren pendelte sich ein ungefähres Gleichgewicht zwischen Sauerstoffproduktion (durch die Fotosynthese der Pflanzen) und Sauerstoffverbrauch (durch fortdauernde Verrostung und die Atmung der Tiere) ein. Seither beträgt der Sauerstoffanteil in der Atmosphäre relativ konstant knapp 21%.

Wirbeltiere

Vor rund 400 Millionen Jahren erlaubte es der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre, dass sich auch höhere Tiere an Land wagen konnten. Es waren wohl Fleischflosser (Muskelflosser), die sich vorsichtig vortasteten. Sie waren im Devon weltweit verbreitet und besiedelten auch mehrmals unabhängig voneinander das Süßwasser. Neben den muskulären Flossen entwickelten sie im Laufe der Evolution eine knöcherne Wirbelsäule, die mit Schulter- und Beckengürtel samt seitlichen Knochen (homolog zu den Oberarm- und Oberschenkelknochen der Landwirbeltiere) verbunden war.

Heute existieren noch zwei Gruppen der Fleischflosser: Quastenflosser und Lungenfische. Die Vorfahren der heutigen Quastenflosser lebten vor 360 Millionen Jahren und konnten mit ihren Lungenblasen einige Zeit an Land überstehen. Sie haben sich offenbar während des Erdmittelalters an ein Leben in der Tiefe angepasst, wo sie die Umweltkatastrophe an der Kreide-Tertiär-Grenze (vor 66 Millionen Jahren) überstanden. Lungenfische sind etwas näher mit Landwirbeltieren verwandt als die Quastenflosser, aber wohl auch nicht die Vorfahren der Landwirbeltiere.

Der ältesten Hinweise auf Vierfüßer (Tetrapoden), die wir derzeit kennen, sind 385 Millionen Jahre alte Knochenfragmente, aber es liegen auch Fußabdrücke von Tetrapoden vor, die noch einmal fast 10 Millionen Jahre älter sind. Die Abdrücke (mit mehreren Zehen) als auch das treppenförmige Gangmuster deuten auf eine Fortbewegungsweise wie bei einem Salamander hin. Anscheinend lebten diese Tiere aber immer noch im Wasser: Während ihr Körper wahrscheinlich auf dem Wasser schwamm, drückten sie sich mit den Füßen am Boden ab.

Alles in allem handelte es sich bei den frühen Tetrapoden und ihren unmittelbaren Vorläufern um recht ansehnliche Geschöpfe. Fast alle Übergangsformen maßen rund einen Meter in der Länge, manche sogar noch einiges mehr. Die meisten Tetrapoden des Devon dürften durch die Entwicklung von Gliedmaßen und Zehen große Nutzen gezogen haben. Im Gegensatz zu Fischen konnten sie damit durch dichte Sumpfgebiete paddeln, im Schlamm nach Beute graben, sich durch trübes Wasser tasten und unter den am Ufer wachsenden Pflanzen Schutz suchen. Sie erbeuteten verschiedenste Fische und Wirbellose und waren dabei vermutlich nicht sonderlich wählerisch.

Fossile Nachweise

Rund 20 Millionen Jahre der frühen Vierfüßerevolution im Devon sind gut dokumentiert. Als ein Übergangsorganismus zu landlebenden Wirbeltieren gilt Tiktaalik roseae. (Das Wort Tiktaalik stammt aus der Sprache der Inuit und bedeutet „Großer Süßwasserfisch“.) An ihm lassen sich leicht die schrittweisen Veränderungen erkennen, die der Wechsel vom Wasser aufs Land mit sich brachte.

Tiktaalik roseae lebte vor 385 Millionen Jahren im niedrigen Süßwasser, hielt sich aber wohl auch an dessen Rand auf. Er hatte bereits Rücken- und Afterflosse verloren. Bei mehr als zwei Metern Länge besaß er starke Brustflossen mit gut entwickelten Armknochen samt Ellenbogengelenk und beweglichen Handgelenken, auf die er sich wahrscheinlich stützte, um sich nah der Küstenlinie aus dem Wasser zu stemmen und ans Ufer zu robben. Allerdings besaß Tiktaalik noch keine Finger oder Zehen, sondern noch Flossenstrahler. Die hinteren Flossen waren ganz ähnlich gebaut wie die Brustflossen, und auch von vergleichbarer Größe. Der Beckengürtel des Tiktaalik roseae war beinahe genauso groß wie bei heutigen Vierfüßern und besaß Hüftgelenkspfannen, die bewegliche Oberschenkelknochen aufnahmen. Das Tier konnte also unter Einsatz aller Muskelflossen sowohl paddeln als auch laufen und stand demnach am Übergang zum Vierfüßergang. An seinem schon beweglichen Kopf mit langer, flacher Schnauze (krokodilähnlich) saßen die Augen an der Oberseite. Zwar besaß Tiktaalik auch noch Kiemen, doch scheint das Atmen von Luft schon ziemlich ausgeprägt gewesen zu sein. Er unternahm wohl bereits kurzfristige Ausflüge in trockene Gefilde.

Elpistostege, ein 375 Millionen Jahre altes, 1,57 Meter langes fossiles Tier, ist Analysen zufolge unter den Fischen der engste Verwandte jener Gruppe von Tetrapoden, zu der alle heutigen Landwirbeltiere mit vier Extremitäten und ihr letzter Vorfahr gehören.

Elpistostege lebte in einem Wasserlauf, der in ein Flussmündungsgebiet führte. Seine Brustflossen enthalten Knochen (hervorgegangen aus knochigen Stützen für die hornartigen Flossenstrahlen), die homolog zu den Fingern in den Händen und Füßen der heutigen Landwirbeltiere einschließlich des Menschen sind. Mit seinen weitaus kräftiger gebauten Flossen im Vergleich zu Tiktaalik war Elpistostege wahrscheinlich noch viel besser dafür gerüstet, sich auf das trockene Land zu wagen. An seiner Körperrückseite befanden sich zwei große, als Spiracula (Mehrzahl von Spiraculum) oder Sauglöcher bezeichnete Öffnungen. Sie wurden, ähnlich wie bei heutigen luftatmenden Fischen, für das Luftatmen genutzt. Dazu drückte sich der Fisch mit den Flossen nach oben und hob den Kopf aus dem Wasser.

Parmastegae aelidae war ein kiemenatmender Wasserbewohner, der eine Körperlänge von schätzungsweise mehr als einem Meter erreichte. Er lebte vor etwa 372 Millionen Jahren in flachen Buchten.

Offenbar schauten die Tiere aus großen, ovalen Augenöffnungen – hoch oben nahe dem Schädeldach – über die Wasseroberfläche, vermutlich ganz ähnlich, wie es die heute noch lebenden Schlammspringer tun. Ein weiteres erstaunliches Merkmal dieses Tetrapoden ist die extrem niedrige Position der Nasenöffnungen. Diese befinden sich nahe am Kiefer und müssen somit meist unter dem Wasserspiegel gelegen haben. Sie dienten höchstwahrscheinlich als Öffnungen, durch die Wasser einströmte, um zu den Kiemen zu gelangen.

Bei Tetrapoden, die nach Parmastega aelidae kamen und weiter evolviert waren, machten die Spiracula (s. o.) Ohren Platz. Die Nasenöffnungen waren größer und auf der Schnauze nach oben gewandert. Die Tiere nutzten ihre Nasen also wahrscheinlich schon, um Luft einzulassen und in Richtung der Lunge zu transportieren, während sie zwecks Beutesuche aus dem Wasser spähten. Vollständigere Fossilfunde von unseren frühen Wirbeltiervorfahren liegen erst u. a. von amphibisch lebenden Dachschädlern (Stegocephalen) aus der Zeit um 370 bis 360 Millionen Jahre vor heute vor. Diese eroberten ausgedehnte Sumpfgebiete, wo sie eiweißreiche Insekten und Pflanzen als Nahrung vorfanden.

Wie oft in der Geschichte der Lebewesen gab es zweifellos auch rund um die Evolution der frühen Tetrapoden viele Entwürfe, die sich später nicht durchsetzten. Das Leben der meisten von ihnen währte daher nur kurz. Sie wurden rasch von moderneren Artgenossen überholt und starben wenige Millionen Jahre nach ihrer Entstehung aus. So geriet auch der Fleischflosser Qikigtania wakei (lebte vor etwa 380 Millionen Jahren) in eine evolutionäre Sackgasse: Er gab den Landgang trotz anfänglicher Entwicklung in diese Richtung schließlich auf.

Gründe für den Landgang

Der Gang an Land war für die Wirbeltiere offensichtlich mit viel größeren Schwierigkeiten verbunden als für die Gliederfüßer. Hoimar von Dithfurt hat ihn mit der Eroberung des Mondes verglichen Der neue Lebensraum brachte eine Reihe von anatomischen und physiologischen Herausforderungen, die nur schrittweise zu meistern waren. Atmung, Fortbewegung, Fortpflanzung und vieles andere mussten neu erfunden werden. Außerdem war ein Schutz vor Austrocknung durch Sonne und Luft erforderlich. Was also bewegte die Ahnen der Landwirbeltiere, trotz aller Schwierigkeiten den Weg aus dem Wasser zu wagen.

Vermutlich war es eine Summe von Faktoren, die vor mehr als 360 Millionen Jahren die Tiere an das für sie unwirtliche Land trieb. Einige Forscher spekulieren, dass Sauerstoffmangel der Hauptgrund war. Da die ersten Gefäßpflanzen die Erosion des felsigen Untergrunds an Land verstärkten und dadurch vermehrt Nährstoffe in die Gewässer spülten, sei es zu Algenblüten gekommen, die den Sauerstoff dort aufzehrten. So mussten die Tiere an die Luft, um an den begehrten Stoff zu kommen. Vielleicht wichen die Vorfahren der Landwirbeltiere auch wachsendem Feinddruck durch räuberische Panzerfische aus – oder bei schrumpfenden Gewässern wachsendem Populationsdruck der Konkurrenz. Am naheliegendsten scheint, dass die Suche nach Nahrung der Hauptantrieb zum Landgang war. Das Nahrungsangebot an Land war auf jeden Fall geradezu paradiesisch; Pflanzenreste oder Gliederfüßer, etwa Skorpione, Tausendfüßer und Spinnen, lockten. Und es gab keine Konkurrenz.

Umgestaltung des Körpers

Viele charakteristische Merkmale der späteren Landwirbeltiere entstanden in Ansätzen bereits im Wasser, so dass die Tiere in einem Klima, das gleichmäßig feucht und warm war, zumindest zeitweise aufs Land vordringen konnten. Im Wasser schwammen sie, auf dem Trockenen robbten sie sich mit ihren Muskelflossen vorwärts. Diese waren aber zunächst noch zu schwach, um sich dauerhaft an Land aufhalten zu können, denn da der Auftrieb durch das Wasser wegfiel, mussten sie hier das gesamte Körpergewicht tragen. Die frühen Tetrapoden entwickelten daher eine kräftige (verknöcherte) Wirbelsäule und gestalteten die Brust- und Bauchflossen) zu tragenden Gliedmaßen (samt Schulter- und Beckengürtel) um. Dabei scheint das Grundmuster von fünf Zehen, das fast alle Landwirbeltiere besitzen, sich am günstigsten erwiesen zu haben, um genügend stabile und dabei doch flexible Knöchel auszubilden, die das Köpergewicht aushalten können und auch ein Ausschreiten erlauben.

Bei Landwirbeltieren besteht bis zu 70% der Körpermasse aus Knochen und Muskeln. Diese verhindern, dass das Körpergewicht die Adern zusammenpresst. Ein Wal z. B. verendet als Lungenatmer an Land, weil er von seinem eigenen Körpergewicht erdrückt wird. Lebewesen an Land verbrauchen bis zu 40% ihrer Stoffwechsel-Energie für den Transport ihres eigenen Gewichts.

Auch etliche andere entscheidende Merkmale der späteren Landwirbeltiere entwickelten sich noch vorwiegend im Wasser. So besaßen frühe Tetrapoden bereits paarige Aussackungen des Schlundraums, worin sie an der Wasseroberfläche aufgenommene Luft speichern und den darin enthaltenen Sauerstoff nach und nach veratmen konnten. Auf diese Weise waren sie in der Lage, auch in austrocknenden und sauerstoffarmen Gewässern zu überleben. Nötig war jetzt nur noch die Umstellung von hilfsweiser zu alleiniger Lungenatmung. Manche Forscher vermuten, dass es – so kurios es klingen mag – nicht die Fortbewegung, sondern der Anpassungsdruck, Luft atmen zu müssen, war, der den allmählichen Umbau vom Wasser- zum Landtier auslöste.

Einer neuen Theorie zufolge hat der radikale Umbau des Fischskeletts in Richtung Landleben mit dem Kopf begonnen. Vermutlich jagten die frühen Tetrapoden im Seichten kleine Fische. Weil seichtes Wasser oft warm und darum sauerstoffärmer ist, gewöhnten sie sich an, über Wasser nach Luft zu schnappen. Dazu benötigten sie wegen der Schwerkraft einen stabileren Schädel und stabile Kiefer. Die Schädelknochen verwuchsen fester, am stärksten die Knochen am Hinterkopf, wo die kräftigen Nackenmuskeln von der Wirbelsäule her ansetzten, mit denen der Kopf angehoben werden konnte. Auch der Unterkiefer gewann durch zusammenwachsende Knochen mehr Stabilität, was wohl auch die vermutete Kehlatmung erleichterte. (Dabei wird die geschluckte Luft aus dem Mundraum wie bei einem Blasebalg in die Lungen gepresst, wie es heute noch Amphibien und luftatmende Fische tun.) Jene Knochen, die bei den Fischen den Schädel mit dem Schultergürtel verbinden, verschwanden. Der Hals wurde muskulös und der Kopf so frei beweglich. Da Luftatmung immer wichtiger wurde, veränderte sich das Kiemenskelett. (Einer seiner Knochen wurde später bei den Landwirbeltieren zu einem Gehörknöchelchen, dem Steigbügel.)

Nach einer weiteren These spielte die visuelle Wahrnehmung für die Besiedlung des Landes eine entscheidende Rolle. Die Augen der Tetrapoden wurden im Laufe der Evolution immer größer. Außerdem wanderten sie von der Seite nach oben zum Schädeldach. Dadurch verbesserten die frühen Vierbeiner ihr Sehvermögen um ein Vielfaches, denn in der Luft erweitert sich der überblickbare Bereich dramatisch. Das dürfte es ihnen erleichtert haben, Wirbellose, etwa Insekten, zu jagen, die sich nahe der Oberfläche des Wassers bewegten.

Vielleicht war es also tatsächlich der Anblick der potenziellen Beute, der die Tetrapoden aus dem Wasser lockte und sie schließlich zwang, ihr Skelett umzubauen und ihre Lebensweise umzustellen. Zudem gab die visuelle Wahrnehmung an Land entscheidende Impulse für die Hirnentwicklung. Während Wasserbewohner wegen der geringen Sichtweite auf schnelle Reflexe setzen müssen, um Beute zu jagen oder Feinden zu entkommen, bieten sich Tiere an Land wesentlich mehr Alternativen, zwischen denen abzuwägen gilt. Dies habe auch, so die Forscher, zunehmend planerische Fähigkeiten erfordert und daher die Entwicklung komplexer Gehirne vorangetrieben.

Amphibien und Reptilien

Jüngste Fossilienfunde zeigen, dass der Übergang von Fischen zu Amphibien nur rund 9 bis 14 (oder vielleicht auch 20) Millionen Jahre dauerte. Die meisten Forscher halten Ichthyostega, einen Dachschädler, für eines der ersten Amphibien. Er lebte vor etwa 365 Millionen Jahren.

Ichthyostega besaß noch einige Anklänge an seine Fischvorfahren, z. B. einen Fischschwanz und Reste eines Kiemendeckels. Am Kopf ist aber bereits ein Ohreneinschnitt vorhanden. (Sein Mittelohr enthielt ein einziges Gehörknöchelchen.) Er hatte vier kurze, stämmige Beine mit Fingern und Zehen und eine massive Skelettstruktur, die es ihm erlaubte, sich an Land zu wuchten. Die Hüfte war zwar fest mit der Wirbelsäule verbunden, aber Gelenke und Gliedmaßen waren geeignet, beträchtliche Spielräume für Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen zu erlauben. Aufgrund der dicken Knochen war er wohl kein schneller Läufer.

Die Amphibien erlebten vor mindestens 350 Millionen Jahren eine Blütezeit. Sie konnten aber nicht in das Innere des Landes vordringen, sondern waren wahrscheinlich noch gezwungen, in kurzen Abständen ein Gewässer aufzusuchen. Als leichten Schutz vor dem Austrocknen durch Sonne und Luft diente lediglich ein Schleimfilm. Wie ihre Fischahnen vollzogen sie Begattung, Eiablage und Entwicklung bis zum erwachsenen Tier noch im Wasser. Sie hielten sich in dessen Nähe auf, fraßen Pflanzen und gingen auf die Jagd.

Die Stickstoffausscheidung konnte an Land nicht mehr durch die direkte Abgabe von Ammoniak in das umgebende Wasser geschehen wie bei den primär wasserlebenden Tieren. (Ammoniak ist für den Körper schädlich, aber gut wasserlöslich.) Die Lösung war die Verbindung des Ammoniak mit CO₂ in der Leber (mit Hilfe von Enzymen) zu Harnstoff (CO(NH₂)₂). Er ist eine sehr gut lösliche und relativ harmlose Substanz, deren Ausscheidung weit weniger von dem jetzt kostbar gewordenen Wasser erfordert als Ammoniak.

Aus einer Gruppe lungenatmender Amphibien (den Labyrinthodontiern) entwickelten sich nach molekularbiologischen Untersuchungen bereits vor 355 Millionen Jahren erste Reptilien, die Cotylosaurier. Sie stehen am Ursprung der zweiten großen Gruppe von Landwirbeltieren, den Amnioten. Bei ihnen verhinderten eine lederartige Haut und Embryonalhüllen der Eier (das Amnion ist die innerste) das Austrocknen der Embryonen während der Entwicklung im Ei. So wurde die Eiablage an Land ermöglicht und ein wassergebundenes Larvenstadium überflüssig.

Da die ledrige Außenhaut der Eier meist sehr schnell zerfällt, war der nächste Entwicklungsschritt die Bildung einer durch kristallines Kalziumkarbonat gehärteten Außenhülle. Sie bot Schutz und mechanische Stabilität für eine störungsfreie und sichere Entwicklung des Embryos. Dessen Versorgung mit Luftsauerstoff ermöglichte eine höhere Stoffwechselrate und damit auch eine schnellere Entwicklung. Vor mehr als 300 Millionen Jahren eroberten die Reptilien das Festland und ebneten den Weg für den Aufstieg der Vögel und Säugetiere, die ebenfalls zu den Amnioten gezählt werden.

Die Reptilien hatten schon einen besseren Verdunstungsschutz gegen Austrocknung: Eine zähe Haut und Hornschuppen, die die verdunstende Fläche der Haut einschränkten. Damit konnten sie sich länger an Land aufhalten und waren bei der Jagd auf Kleintiere im Vorteil.

[Bereits vor etwa 345 Jahrmillionen gab es die ersten Samenpflanzen. Mit ihnen waren Lebensmöglichkeiten geboten, die schnell von Insekten genutzt wurden. Geflügelte Insekten eroberten den Luftraum und beherrschten ihn 100 Millionen Jahre. Unter den günstigen Lebensbedingungen bildeten sich Riesenformen von Schaben, Libellen, Skorpionen und Tausendfüßern aus. Der größte bislang bekannte Gliederfüßer, der einem gigantischen Tausendfüßer ähnelt, dürfte bis zu 2,70 Meter lang und 50 Kilogramm schwer gewesen sein und vor 326 Millionen Jahren im Zeitalter des Karbon (vor ca. 359 bis 299 Millionen Jahren) gelebt haben.]

Die Augen erhielten Lider zum Schutz vor Verletzungen und Drüsen, die ständig Tränenflüssigkeit produzierten, zum Schutz vor Austrocknung. Das Riechsystem stellte sich stark um, denn es war jetzt vorteilhaft, möglichst viele der diversen flüchtigen chemischen Substanzen in der Luft genau identifizieren zu können. Giftiger Stickstoff wurde von den frühen Reptilien in Form von Harnsäure ausgeschieden, die je Molekül doppelt so viel Stickstoff bindet wie Harnstoff. Sie kann auch in übersättigter Lösung, als dicker Brei oder ganz trocken, abgegeben werden – was Wasser spart. Diese Art Stoffwechsel zeigen noch die heute lebenden Kriechtiere und Vögel. Dadurch, dass die Regelung des Wasserhaushalts vorwiegend Aufgabe der Niere wurde und nicht mehr über die Haut erfolgte, war diese in der Lage, Hornschuppen, Panzer und Federn (und bei den Säugern Fell) zu bilden. (Säugetiere scheiden wie die Amphibien Harnstoff aus. Sie haben aber leistungsfähigere Nieren entwickelt, die den Nachteil der geringeren Sauerstoffbindung von Harnstoff gegenüber Harnsäure ausgleicht.)

Amphibien und Amnioten unterscheiden sich auch in der Strategie, wie sie das sog. CO₂-Problem lösten. Beim Aufenthalt an der Luft war nämlich nicht die Sauerstoffaufnahme das Problem, sondern die Abgabe von Kohlenstoffdioxid: Kann dieses als Stoffwechselprodukt nicht ausgeschieden werden, übersäuert das Blut. Die Stamm-Tetrapoden haben wahrscheinlich den Sauerstoff über die Luft aufgenommen und das CO₂ über die Kiemen abgegeben. Die Amphibien verloren die ursprünglichen Fischschuppen und legten sich eine dünne, feuchte Haut zu, damit über diese der Gasaustausch funktioniert. Die Vorfahren der Amnioten entwickelten Knochenplatten als Verdunstungsschutz und begannen, ihre Lungen durch kräftige Bewegungen des Rippenkorbs zu entlüften. Diese Form der Saugatmung erwies sich als sehr effektiv.

Das Massensterben im Perm, der Zeitepoche vor 299 bis 252 Millionen Jahren, überlebten nur wenige Arten der frühen Amphibien und Reptilien. Diese bildeten den Grundstock, aus dem sich die biologische Vielfalt neu erschuf und aus dem alle modernen Landwirbeltierarten hervorgingen. Die Reptilien übernahmen jetzt geradezu explosionsartig das Ruder. Mit ihren gut ausgebildeten Lungen bemächtigten sie sich rasch der wichtigsten Lebensbereiche und überlebten auch in trockenen und extrem heißen Regionen, zu denen nie zuvor ein Wirbeltier vordringen konnte.

Der evolutionäre Landgang scheint nur einmal in der Geschichte der Wirbeltiere erfolgt zu sein – im Gegensatz zu ihrer mehrfachen Einwanderung ins Wasser. Unter den modernen Knochenfischen sind bis jetzt keine weiteren Formen entstanden, die dauerhaft zu Landtieren geworden sind. Sie blieben notgedrungen Fische, denn da das Land bereits mit Wirbeltieren besetzt ist, verhindern diese wohl eine erfolgreiche Einwanderung ihrer wasserlebenden Vettern.

Der Körperbau der frühen Tetrapoden erklärt, warum wir Menschen heute zwei Arme und zwei Beine haben, fünf Finger an jeder Hand, fünf Zehen an jedem Fuß und einen beweglichen Kopf auf dem Hals. Auch die Entwicklung des menschlichen Embryos, in der wir ein fischähnliches Stadium mit Kiemen und Fischschwanz (bis zur siebten Woche) durchlaufen und unsere Hände und Füße aus flossenähnlichen Strukturen entstehen, bestätigt unsere Abstammung.

REM

Der römische Philosoph Cicero schrieb: „Das Gedächtnis ist der Schatzmeister und Hüter aller Dinge.“ Es ist tatsächlich alles, was unser Leben ausmacht; es dient uns durch den außergewöhnlichen Einfluss von Erfahrung und Lernen zur Gegenwartsbewältigung, verleiht uns eine individuelle Persönlichkeit und macht uns zu kulturellen Wesen.

Es spricht manches dafür, dass sich Gedächtnissysteme in der Evolution in gewissem Maße nacheinander entwickelt haben. Denkbar und auch aus der Tierbeobachtung ableitbar ist, dass als erstes das Vermögen aufkam, früher Wahrgenommenes wieder zu erkennen. Geruchs- und evt. auch Geschmackseindrücke mögen dabei zu den ersten Eindrücken gehört haben, die sich abzuspeichern lohnten. Die so entstandene Annäherungs-Vermeidungs-Funktion war überlebenswichtig und wurde im Laufe der Evolution auf die Gefühle verlagert, wobei sich die Verknüpfung von Gefühlen zum Gedächtnis in all seinen Varianten entwickelte. Während zunächst also der Duft selbst Botschaften enthielt, löst er bei höheren Tieren und beim Menschen Emotionen aus, die verhaltenssteuernd wirken können. Heute noch ist das limbische System, ein alter Gehirnkomplex (zu dem auch Amygdala und Hippocampus gehören), noch immer auch u. a. für die Bewertung von Gerüchen verantwortlich.

Gedächtnisbildung

Gedächtnisbildung ist ein komplexer Prozess im Gehirn, an dem außer dem limbischen System auch verschiedene Regionen der Großhirnrinde (Kortex) beteiligt sind. Auf der zeitlichen Ebene kann man folgende Schritte unterscheiden:

Informationsaufnahme

Informationen aus der Umwelt werden von den Sinnesorganen aufgenommen und dort schon mehr oder weniger unbewusst vorverarbeitet. Anschließend gelangen sie (über Thalamus und Hippocampus) zur weiteren Verarbeitung in die sensorischen Zentren der Gehirnrinde. Hier wirken sämtliche Sinnesreize für ungefähr eine Viertelsekunde nach, wodurch es ermöglicht wird, dass die je nach Sinnesorgan unterschiedlich schnell ankommenden Signale zeitlich angeglichen werden können. Dieses sensorische Gedächtnis kann enorm viele Reize speichern, allerdings gehen sie auch schnell wieder verloren. Sie werden durch nachfolgende Reize meist überschrieben, damit sie sich nicht gegenseitig stören.

Der Input in allen sensorischen Kortexen fließt wieder zum Hippocampus zurück. Auf diesem Weg wird die Information mit bereits gespeicherten Informationen verknüpft und eine Bedeutungsanalyse vorgenommen. Dazu prüft das Emotionszentrum des Gehirns, die Amygdala, die einlaufenden, noch unbewussten Eindrücke, ob sie emotionsauslösende Reize enthalten, und gibt den Erinnerungen eine emotionale Färbung. In den Basalganglien, die unterhalb der Großhirnrinde liegen, wird überprüft, ob die eingegangene Information vor dem Hintergrund vorheriger Erfahrung hinreichend neu oder hinreichend wichtig bzw. auffällig ist. Das Ergebnis melden die Basalganglien an den Hippocampus zurück. Sind die Sinnesdaten alt und unwichtig, werden sie nicht weiterverarbeitet und gelangen dann auch nicht in unser Bewusstsein. Sind sie wichtig, aber hinlänglich bekannt, werden Verarbeitungsautomatismen aufgerufen, die wir nicht oder höchstens intuitiv erleben. Nur das, was aktuell neu und wichtig ist, nützlich oder interessant, rückt in unsere bewusste Aufmerksamkeit und gelangt ins Arbeitsgedächtnis.

Arbeitsgedächtnis

Das Arbeitsgedächtnis stellt den eigentlichen Eingang in das Gedächtnis dar und ist zuständig für die kurzfristige Verarbeitung von Sinnesinformationen. Es fokussiert die Aufmerksamkeit und ist so gut wie an allen kognitiven Prozessen beteiligt. Für Sekunden, aber auch für mehrere Stunden kann das Arbeitsgedächtnis Erinnerungen speichern. So arbeitet es im Hintergrund, während wir lesen, kopfrechnen oder ein Gespräch führen. Es sorgt für eine möglichst sinnvolle Verbindung aktuell abgerufener Gedächtnisinhalte und ermöglicht einen Vergleich mit Vorerfahrungen, wenn wir einen Gedanken verfolgen. Dabei blendet es unwichtige Details aus und schirmt die Inhalte gegen unerwünschte störende Einflüsse ab.

Insgesamt wird nur ein Bruchteil der ursprünglichen Informationsmenge in diesem Kurzzeitspeicher festgehalten. In der begrenzten Verarbeitungs- und Speicherkapazität liegt ein wesentliches Merkmal des Arbeitsgedächtnisses. Sie ist u. a. der Grund, warum es so schwierig ist, länger als wenige Minuten komplizierte Inhalte zu verfolgen. Kaum ein Mensch kann einem Vortrag über einen neuen und komplizierten Lerninhalt für mehr als ein paar Minuten konzentriert zuhören. Dann muss das Arbeitsgedächtnis Gelegenheit erhalten, „Atem zu holen“, währenddessen das Gehörte (oder Gelesene) vorläufig zusammengebunden und ins Zwischengedächtnis transportiert wird. Anderenfalls „schiebt“ neue Information die alte aus dem Arbeitsgedächtnis hinaus.

Es handelt sich beim Arbeitsgedächtnis um eine äußerst labile Form der Fixierung bzw. Speicherung von Gedächtnisinhalten. Sobald dieses die Inhalte (Informationen) nicht mehr aktiv bearbeitet oder wiederholt, verblassen die Inhalte. Der eigentliche „Zweck“ des Arbeitsgedächtnisses liegt also nicht in der Speicherung der Informationen, sondern in deren Verarbeitung. Daher der Name. Das Arbeitsgedächtnis ist unerlässlich für viele geistige Tätigkeiten und kognitive Fähigkeiten wie z. B. Kopfrechnen, logisches Schlussfolgern, Verstehen von Sprache oder Planen von Handlungen. Mit ihm bewältigen wir unser Hier und Jetzt. Dafür ist es notwendig, kurzfristig vielerlei Informationen aufzunehmen, die wir schon bald wieder vergessen können. Schließlich brauchen wir nicht die Sachen für jeden Einkauf oder die Zimmernummer des Aufenthalts in einem Hotel lange im Gedächtnis zu behalten.

Wenn das Arbeitsgedächtnis aussetzt, stehen wir in einem Raum, ohne zu wissen, was wir dort tun wollten. Oder wir lesen einen Satz immer und immer wieder, weil wir uns beim besten Willen nicht auf den Inhalte konzentrieren können.

Die Einspeicherung im Hippocampus ist die biologische Grundlage des Arbeitsgedächtnisses. Über das „Tor zum Gedächtnis“ (Hippocampus) werden Neurone im Kortex verknüpft (gleichzeitig aktiv). Das „flüchtige Gedächtnis“ entsteht dann in Form rasch abklingender Erregungsschleifen immer wieder neu aus der koordinierten Aktivität verschiedener Hirnregionen, die zuvor an der Wahrnehmung und Repräsentation einer Information beteiligt waren. Dabei kommt den Synapsen, welche die Milliarden Nervenzellen in unserem Gehirn verbinden, eine zentrale Rolle zu: Es kommt zu einer vorübergehenden funktionellen Verstärkung der Nervenverbindungen, was eine leichte und schnellere Signalübertragung ermöglicht. „Stabile“ Kontakte werden nicht ausgebildet.

Konsolidierung (Übergang ins Langzeitgedächtnis)

Sind die Informationen langfristig wichtig genug, beginnt nach etwa 30 Sekunden bis 30 Minuten allmählich die Einspeicherung ins Langzeitgedächtnis, dessen Behaltensspanne zwischen 30 Minuten bis Jahrzehnte liegt (s. u.). Den Übergang von kurzfristigen zu dauerhaften Gedächtnisspuren, also vom Arbeitsgedächtnis ins Langzeitgedächtnis, nennen Neurowissenschaftler Konsolidierung. Diese wird gefördert durch den Grad der Aufmerksamkeit (Konzentration), emotionale Bedeutung und Neuheit.

Lernen beruht aus neurobiologischer Sicht auf der langsamen Umstrukturierung neuronaler Netzwerke, die sich über verschiedene Bereiche des Gehirns erstrecken. Je häufiger Neurone gemeinsam aktiv sind, desto fester und stabiler werden die synaptischen Verbindungen innerhalb dieses Netzwerks. Neue synaptische Strukturen ermöglichen es dem Gehirn, Informationen differenzierter zu verarbeiten. Gleichzeitig werden andere Zellen eliminiert, mutmaßlich die, welche widersprüchliche Assoziationen liefern würden. Entscheidend an der Gedächtniskonsolidierung ist die Neubildung von Nervenzellen (Neurogenese) im Hippocampus, beim Menschen sind es täglich etwa 1400. Durch körperliche Aktivität oder Leben in reizreicher Umgebung lässt sich die Neurogenese erhöhen. Vermutlich dienen die neuen Neurone dazu, flexibel neue Informationen in bestehende Kontexte zu integrieren und ähnliche Information voneinander zu unterscheiden (Feinabstimmung).

[Thetawellen, die sich drei- bis siebenmal in der Minute wiederholen, helfen beim Abspeichern von Erinnerungen, aber auch beim orchestrierten Abruf (s. u.). (Feuern einzelne Neurone unabhängig von diesem Rhythmus, wird das Gelernte schnell wieder vergessen.) Thetawellen treten im Gehirn vor allem auf, wenn wir unser assoziatives Gedächtnis bemühen. Durch die Oszillationen werden vermutlich weit entfernte Hirnzentren miteinander synchronisiert. ]

Je nach Umständen gehen uns aus der Menge der Informationen, die wir alltäglich erhalten, 60 bis 80% verloren. Nur Bruchteile der ursprünglichen Information kommen also im Langzeitgedächtnis an. Die Konsolidierung kann gestört und blockiert werden, etwa durch Drogen, Medikamente oder Stress. Dann verfliegt die Erinnerung und massive Erinnerungslücken können die Folge sein.

Zur Aufnahme und Verarbeitung der Information braucht unser Gehirn eine gewisse Zeit. Offenbar findet der eigentliche Lernprozess gerade dann statt, wenn Pausen eingelegt werden. Dann arbeiten wiederholt die Bereiche, die schon vorher (z. B. während des Übens) aktiv waren, allerdings diesmal dreimal so häufig und in 20-facher Geschwindigkeit. Für die Konsolidierung ist in der Regel der Schlaf besonders wichtig. Im Schlaf gelangen keine neuen Informationen in den Hippocampus – und Wichtiges kann ungestört in die Großhirnrinde geleitet werden, wo es abgespeichert wird. Tendenziell schwächer ausgebildete Synapsenverstärkungen vom Vortag werden oft während des Schlafes zurückgebaut. Mache Erinnerungen gehen also buchstäblich über Nacht verloren. Der wesentliche Kern der Erinnerung jedoch bleibt (auch im Hippocampus) gespeichert. So können wir auch künftig eine neue Situation blitzschnell einordnen und darauf reagieren.

Langzeitgedächtnis

Erst im Laufe von Stunden oder Tagen werden Informationen – äußerst selektiv nach der emotionalen und kognitiven Bewertung und je nach individueller Situation – in das Langzeitgedächtnis übertragen. Im Vergleich zu den ungeheuren Datenmengen, die vom Gehirn aufgenommen und bewertet werden, wird nur relativ weniges davon dauerhaft gespeichert. Nur bei einem einschneidenden, also hochemotionalen Erlebnis gelangen meist auch belanglose Begleitumstände in den Dauerspeicher. Allerdings ist die Speicherkapazität des Langzeitgedächtnisses im Vergleich zum Arbeitsgedächtnis sehr groß: Man spricht von 10 Milliarden bis 100 Billionen Bit. (Schätzungsweise durchschnittlich einen Million Dinge kann ein Mensch speichern.)

Der Hippocampus legt fest, wo in der Großhirnrinde was in welchem Kontext abgespeichert wird. Da er einen geringen Speicherplatz hat, ist er langfristig nur für biografische Erinnerungen wichtig. Ansonsten verbleiben im Hippocampus lediglich Stichworte, etwa der zeitliche Kontext. Über diese Stichworte lassen sich komplexere Informationen aus dem Kortex, der im Wesentlichen für das Langzeitgedächtnis verantwortlich ist, abrufen. Fehlt der Hippocampus oder ist er beschädigt, bleibt das Langzeitgedächtnis zwar bestehen, aber es können keine neuen Erinnerungen mehr enkodiert werden. Gerade Erlebtes bleibt dann nicht länger als fünf Minuten im Gedächtnis. Im Neokortex, der äußeren Struktur der Großhirnrinde, sind die synaptischen Verbindungen in den neuronalen Schaltkreisen (Netzwerken) im Unterschied zum Arbeitsgedächtnis langfristig gefestigt. Sie befinden sich vor allem in den Regionen, die auch am ursprünglichen Erleben beteiligt waren: in den motorischen, sensorischen und emotionalen Zentren.

Unterteilung des Langzeitgedächtnisses

Es scheint verschiedene Arten von Gedächtnisprozessen zu geben, die bezüglich ihrer Lokalisation im Gehirn, aber auch funktional unterscheidbar sind. Sie arbeiten grundsätzlich aber zusammen und ergänzen sich (im Alltag z. B. beim Autofahren oder Spielen eines Musikinstruments). Die Befunde sprechen vor allem für die funktionale Unterteilung des Langzeitgedächtnisses in ein deklaratives (oder explizites) und ein prozedurales (implizites) Gedächtnis bzw. Wissen.

Das prozedurale oder Fertigkeitengedächtnis speichert Verhaltensweisen, Gewohnheiten, automatisierte Bewegungsfolgen und unausgesprochene Regeln – also Inhalte im Sinne von „gewusst, wie“ -, die unbewusst ablaufen. Kennzeichnend sind ein langsamer Erwerb (z. B. durch Einüben) sowie eine feste und langfristige Speicherung. Die Fertigkeiten sind hochgradig automatisiert (z. B. komplexe Handlungen wie Stabhochsprung oder Gitarrenspiel).

Die Informationen werden neuronal in den motorischen und sensorischen Arealen der Großhirnrinde abgelegt. Aber auch die Basalganglien und Areale des Kleinhirns sind involviert. Beim Brachliegen einer Fertigkeit (z. B. Fahrradfahren) werden die beim Lernen gewachsenen Zellkontakte im Gehirn nicht abgebaut, sondern nur stillgelegt. So bleibt eine Fertigkeit, einmal erlernt, ein Leben lang in unserem Denkorgan gespeichert.

Im deklarativen Gedächtnis wird das Wissen, das man von der Welt hat, gespeichert. Es handelt sich also um Inhalte im Sinne von „gewusst, was„. Im engeren Sinne unterscheidet man das episodische (oder autobiografische) Gedächtnis (Ereignisse oder Erlebnisse) und das semantische Gedächtnis oder Wissenssystem (Allgemeinwissen und Fakten). Beide sind wohl eng miteinander verflochten, wobei das zweite dem ersten vielfach übergeordnet sein dürfte.

Deklarative Lernprozesse laufen extrem schnell ab. Dem Hippocampus reicht häufig schon eine einmalige Konfrontation mit einem Ereignis, um eine dauerhafte Gedächtnisspur zu bilden. Das erscheint sinnvoll, denn Erlebnisse sind einmalig und erfordern daher eine sofortige Abspeicherung. Genauso schnell jedoch werden die Inhalte häufig auch wieder vergessen.

Semantisches Gedächtnis (Wissensgedächtnis)

Im Wissensgedächtnis werden kontext- und erlebnisunabhängige Wissensinhalte im engeren Sinne (Fakten) abgespeichert. Es kommt eher ohne Emotionen aus. Seine Inhalte können leicht abgerufen werden. Die Verfestigung von Fakten dauert in der Regel Tage bis Wochen. Hat sich das System noch nicht konsolidiert, kann es leicht überlagert werden.

Faktisches Wissen wird vor allem in die Assoziationsgebiete des Kortex (linke Hirnhälfte) übertragen und dort abgespeichert.

Episodisches (autobiografisches) Gedächtnis

Das episodische Gedächtnis ist der Dreh- und Angelpunkt unseres Menschseins. Es enthält Episoden mit Ketten von Ereignissen, die Menschen in ihrem Leben erfahren haben. Das autobiografische Gedächtnis wird nach überwiegender Auffassung heute als eigenständige Form angesehen. Es enthält nur Erinnerungen an selbst Erlebtes und auch semantisches Wissen über uns selbst. Das autobiografische Gedächtnis bildet sich im Laufe der Kindheit aus und ist die Basis dafür, eine eigene Identität zu entwickeln. Der Prozess ist erst zum Ende der Adoleszenz vollständig abgeschlossen. Beim alten Menschen – mitunter auch vorher – kann dieses persönliche Gedächtnis auch wieder aussetzen. Weil das autobiografische Gedächtnis so komplex ist, lässt es sich auch am einfachsten aufs Glatteis führen (s. u.).

Gemeinsam mit Teilen des Stirnlappens ist das limbische System, vor allem der Hippocampus, für das Abspeichern autobiografischer Ereignisse verantwortlich. Diese werden vor allem in den Assoziationsgebieten der Großhirnrinde (rechte Hemisphäre) abgelegt. (Forscher vermuten, dass alles, was später im autobiografischen Gedächtnis landet, vorher auch vom Faktengedächtnis überprüft wird.)

Am heranwachsenden Menschen zeigt es sich, wie die Gedächtnisfunktionen vermutlich aufeinander aufbauen. Ein Säugling lernt zunächst, Sinneseindrücke zu unterscheiden und selektiv damit umzugehen. Erst später erwirbt er die Kontrolle über die Bewegungen (Fertigkeitsgedächtnis), z. B. Greifen, Gehen, Sprechen. Die Forscher nehmen an, dass Kinder nicht früher als mit drei bis vier Jahren ein echtes episodisches Gedächtnis aufzubauen beginnen, wenn sie einen größeren und sichereren Wortschatz erworben haben. Das Wissenssystem scheint daraus erst später hervorzugehen. (siehe auch unten!)

Abruf der Gedächtnisinhalte (Erinnerungen)

Zum einen können wir aktiv (mit einem hohen Maß an Assoziationskraft) versuchen, uns zur rechten Zeit an etwas zu erinnern. Dazu breitet sich im Gehirn eine Aktivitätswelle aus. Wird dabei das gesuchte Element (in Form eines ein bestimmten Aktivitätsmusters im Gehirn) erfasst, so wird es erinnert. Dabei spult das Gehirn, ausgehend vom Hippocampus, das ursprüngliche Aktivitätsmuster erneut ab. Es kann auch passieren, dass uns eine Absicht, ein Ereignis oder ein Begriff ganz plötzlich wieder „in den Kopf schießt“, obwohl wir zuvor gar nicht darüber nachgedacht haben. Bei der Wiederaktivierung von Gedächtnisinhalten spielen wie bei der Einspeicherung auch unbewusste Anteile, z. B. Stimmungen, mit.

Die Chance, etwas im richtigen Moment abzurufen, hängt davon ab, wie gut wir die Erinnerungen sozusagen „etikettiert“ haben. Je mehr Bezüge ein Begriff zu anderen Begriffen besitzt, desto dauerhafter ist er gespeichert und umso wahrscheinlicher ist ein schneller Abruf. Eine episodische Erinnerung besteht grundsätzlich aus einem Inhalt sowie einem Kontext, sprich: dem Ort und der Zeit des Erlebens, sowie dem damaligen emotionalen Zustand. Sie ist in verschiedene Elemente (Seh-, Hör-, Tast-, Geruchsinformationen usw.) zerlegt, die an ganz verschiedenen Stellen gespeichert sind, aber alle zusammen machen die Spur einer Erinnerung aus. Je mehr dieser Repräsentationen vorhanden sind, umso stärker ist das Netzwerk organisiert und desto besser wird ein Inhalt erinnert. So entstehen komplexe Sequenzen von Erinnerungen, die uns helfen, Zusammenhänge zu erfassen und kommende Ereignisse vorauszusehen.

Beim Abrufen und Auftauchen der Erinnerungen wird das weit verteilte, vielgliedrige Netzwerk von Neuronen, das bei der Herstellung von Erinnerungsspuren in Anspruch genommen wurde, wieder aktiviert. Daran wirkt auch wieder der Hippocampus mit. (Er wird allerdings nicht beim Abruf von Wissen, das automatisiert ist, benötigt; hierbei synchronisieren sich die neuronalen Instrumente von selbst.) Aufgrund der vielen festen Verbindungen in den Netzwerken kommt es schon zur Aktivierung des gesamten Musters, wenn nur wenige oder ein Teil der dazugehörigen Neuronen aktiviert werden. Häufig reicht dann schon ein kleiner Hinweisreiz aus, um Erlebtes erneut abzurufen.

[Die oszillatorischen Theta-Muster, die während der Konsolidierung auftreten, wiederholen sich beim Abruf einer Information – und zwar umso deutlicher, je besser man sich erinnert. Können korrekte Assoziationen nicht mehr hergestellt werden, ist auch das ursprüngliche Theta-Muster nur schwach ausgeprägt.]

Gedächtnisprobleme

Erst wenn Kinder lernen, über Erlebtes zu sprechen, beginnen sie, dieses biografisch einzuordnen und gleichzeitig die Erinnerung daran zu festigen. Mit zunehmendem Alter verweilen die Erinnerungen immer länger im Langzeitspeicher. Allerdings reicht ein solches Gedächtnis noch nicht unbedingt für eine autobiografische Erinnerung. Daher können sich Erwachsene meist nicht mehr an Erlebnisse aus ihren ersten Lebensjahren, in denen wir unglaublich viel lernen, bewusst erinnern.

Der für das Gedächtnis besonders wichtige Hippocampus ist zunächst noch nicht genügend ausgereift. Ein Teil von ihm ist erst im Alter von vier bis fünf Jahren voll entwickelt. Außerdem ist die Ummantelung der Nervenfasern (Axone) mit einer fetthaltigen Isolierschicht (Myelinisierung), die für eine schnelle und sichere Weiterleitung der Nervenimpulse wichtig ist, noch nicht abgeschlossen.

Aber auch im Gedächtnis der Erwachsenen ist Wissen nicht sicher abgelegt wie in einem Computerspeicher, um es jederzeit wieder eins zu eins, also unverändert, abrufen zu können. Erinnern ist grundsätzlich eine Rekonstruktion früherer Erfahrungen – eine Neuzusammenstellung aus den vielen parallel aktiven Einzelnetzwerken, in denen Teilaspekte einer Erfahrung abgespeichert sind. Durch Schüsselreize werden sie beim Erinnern abgerufen und neu zusammengefügt, aber nicht immer korrekt. Manchmal vermischen sich neue Eindrücke mit alten, oder sie verfärben sich durch veränderte Gefühle, Stimmungen oder Meinungen. So kann sich der aktuelle Informationsabruf im Detail von der letzten Erinnerung unterscheiden.

Das Gedächtnis dient dem Leben, und dieses bedarf fließender Anpassungen des erworbenen Wissens an die Anforderungen des gegenwärtigen Augenblicks und der Zukunftsplanung. Daher nimmt es, was ihm nützt, und sortiert aus, was ihm überflüssig oder unangenehm erscheint. Wann immer wir eine Erinnerung aktivieren, ist sie also formbar – durch äußere Einflüsse, aber auch durch eigene Überlegungen. Schon das bloße Nachdenken über Vergangenes kann unsere Erinnerung beeinflussen. Auch wenn diese in eine sprachliche Form gegossen wird, büßt sie mit jedem Abrufen an sinnlicher Kraft ein. Es reicht schon eine einzige Unterhaltung unter Freunden, um die Erinnerung eines jeden Einzelnen zu verändern. Wenn ein Zeuge den Hergang eines Unfalls zum dritten Mal schildert und dabei einen Fehler macht, ist es sehr wahrscheinlich, dass er diesen Fehler als wahres Detail in die vierte und fünfte Schilderung einbaut.

Britische Forscher haben nachgewiesen, dass die Beschreibung eines Vorfalls umso phantastischer ausfällt, je länger das Ereignis zurückliegt. Dafür sorgt auch unsere ausgeprägte Vorliebe für Assoziationen. Diese verbinden unübersichtliche Fakten zu einem leicht begreifbaren Ganzen. Dabei lassen wir auch Vermutungen einfließen, die von der erlebten Realität abweichen. Besonders bei sekundenschnellen Szenen im Straßenverkehr können Erinnerungen leicht „verschmutzen“. Falsche Erinnerungen können aber auch durch starke Emotionen, Schlafmangel oder z. B. den Konsum von Cannabis entstehen.

Durch Suggestion ist unser Gedächtnis auch gezielt manipulierbar, wobei in der Regel dabei Sprache (Suggestivfragen) als vermittelndes Medium beteiligt ist. Setzt man Zeugen eines Geschehens nachträglich neuen und irreführenden Schilderungen des Ereignisses aus, beispielsweise durch Berichte aus Medien, so werden ihre Erinnerungen daran verzerrt, ohne dass sie sich dessen bewusst sind. Menschen, vor allem wenn sie als Person nicht allzu gefestigt sind (z. B. auch Kinder und Jugendliche) lassen sich sogar bei Verhören oder in einer psycho-therapeutischen Sitzung durch fingierte Indizien dazu bringen, die Schuld für eine nie begangene Tat zu übernehmen; sie schmücken dann sogar die falschen Erinnerungen mit Details aus, die sie in ihren Schuldgefühlen bestärken.

Unsere Erinnerungen sind also keineswegs in Stein gemeißelt, sondern verändern sich mit jedem Abruf. Die Vergangenheit sei eine Nachbildung, die Zukunft eine Abbildung, meinte schon der griechische Philosoph Aristoteles vor über 2300 Jahren lebte. Es ist der Normalfall, dass wir keine stabilen Daten wiedergeben, obwohl wir das, was wir „aus dem Gedächtnis“ reproduzieren, nur allzu gerne für „wahr“ halten. Meist wird die Vergangenheit verklärt und wir stehen in unserem Bild vergangener Tage in einem zu guten Licht da. „Jeder von uns“, schrieb der Schweizer Schriftsteller Max Frisch, „wird eines Tages die Biographie erfinden, die er für sein Leben hält.“

Der Abruf manch alter Erinnerung kann auch zumindest zwischenzeitlich erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht werden. Bestimmte Umweltsituationen können sich so auf das Gehirn auswirken, dass es zu Gedächtnisblockaden kommt. Unter Stress wird die Produktion des Hormons Cortisol gesteigert. Geschieht dies in moderatem Umfang, verbessert sich dadurch die Gedächtnisleistung. Tritt Stress aber zu stark oder chronisch auf, ist der normale Informationsfluss blockiert und das Abrufen von Gedächtnisinhalten gehemmt. Die Denkleistung fokussiert sich dann ausschließlich auf den Stressauslöser oder schaltet sich sogar komplett ab.

Dies führt oft so weit, dass andauernde oder sehr starke Stresserfahrungen die kognitiven Fähigkeiten langfristig verschlechtern. Erfahrungen, die uns (im positiven wie im negativen Sinn ) emotional aufwühlen, bleiben außergewöhnlich gut im Gedächtnis haften. So brennt sich etwa ein schweres Trauma tief ins Gedächtnis ein. Bei solch schrecklichen Erfahrungen kann der Abruf der Erinnerung aber auch blockiert sein und tritt nur bruchstückhaft in Form von Flashbacks auf.

Vergessen

Das biologische Gehirn ist nicht nur dafür bekannt, dass es sich immer wieder irrt, ihm gehen auch allzu leicht Dinge verloren – offensichtlich nicht nur mangels Aufmerksamkeit. Vergesslichkeit gehört neben Fehlern zur Natur des Menschen. Längerfristiges Speichern und Erinnern leisten wir uns nur bei einem verschwindend kleinen Teil unserer Erlebnisse. Im Allgemeinen aber werden Informationen nach einiger Zeit in den Hintergrund gedrängt, manche von neueren, interessanteren Informationen überlagert, ähnliche und damit potenziell störende Informationen unterdrückt. Das verhindert die Anhäufung großer Mengen langfristig unnützer Gedächtnisinhalte und schafft Platz für neue. Im Alltag nutzt uns das z. B., wenn sich unsere Handynummer ändert. Da wir uns die neue Zahlenfolge immer wieder in Erinnerung rufen und so diese Information stärken, verabschiedet sich allmählich die alte Nummer aus dem Langzeitgedächtnis.

Häufig kommunizierende Kontaktstellen zwischen Nervenzellen schwächen weniger benutzte Synapsen, indem sie von ihnen sog. Wachstumsfaktoren (körpereigene Proteine) abziehen, die wichtige Funktionen regulieren. Innerhalb von Stunden oder Tagen können Synapsen sogar einfach von der Bildfläche verschwinden. Auch neue Nervenzellen können zum Vergessen beitragen: Sie beeinflussen bestehende Schaltkreise, indem sie sich offenbar in diese teilweise integrieren und so alte Erinnerungen mit neuen Informationen überschreiben. Allerdings werden ungenutzte Synapsen im Normalfall nicht ganz abgebaut, sondern nur in eine Art Dornröschenschlaf versetzt. Sie können später wieder reaktiviert werden. (s. u.)

Würde jede belanglose Information ewig in unserem Kopf bleiben, wären wir schnell überfordert. Daher behalten wir nur das im Gedächtnis, was für unsere aktuelle Lebenssituation von Bedeutung ist. Vergessen erlaubt es dem Gehirn, sich auf die jeweils wichtigen Informationen zu fokussieren. Auch abstraktes Denken funktioniert nur, wenn wir Unmengen von Informationen weglassen, ignorieren und vergessen. Das Gedächtnis absolviert dabei eine Gratwanderung: Es darf nämlich auch nicht zu viel vergessen, um eine Stabilität im Leben zu gewährleisten.

Vereinzelte Menschen verfügen über ein verblüffend exaktes autobiografische Gedächtnis und erinnern sich detailliert ab einem bestimmten Zeitpunkt in ihrer Kindheit an jeden einzelnen Tag ihres Lebens. Ihr Gedächtnis trennt dabei Wichtiges nicht von Unwichtigem, für viele Betroffene eine äußerst belastende Bürde. Sie haben das Gefühl, in einem reißenden Strom aus Informationen unterzugehen. Andere besitzen ein herausragendes semantisches Gedächtnis und können sich mühelos riesige Mengen eher bedeutungsloser Fakten merken, beispielsweise Reihen und Spalten von Zahlen. Die Betroffenen haben es oft sehr schwer im Alltag, ihr Wissen kreativ und konstruktiv einzusetzen. Häufig gehen solche herausragenden punktuellen Gedächtnisleistungen mit mehr oder weniger starken Defiziten im Allgemeinen einher.

(Verantwortlich könnte ein Versagen der Kontrolle über die Proteinproduktion an den Synapsen sein, aufgrund dessen bereits geringe Reize diese schnell und nachhaltig verändern.)

Heute schließen sich immer mehr Wissenschaftler der Ansicht an, dass wir das Allerwenigste wirklich vergessen, es verschwindet nur aus dem Bewusstsein. Die meisten einmal erlernten Inhalte und erlebten Episoden sind in Form chemischer Markierungen nach wie vor im alternden Hippocampus vorhanden. Die ständigen Umbauprozesse, die mit dem Lernen neuer Informationen einhergehen, haben lediglich bewirkt, dass wir alte Inhalte nicht mehr wiederfinden. Es handelt sich dabei also nicht um ein Speicher-, sondern um ein Zugriffsproblem: die Erinnerungen bleiben gespeichert, nur die zu ihnen führende Pfade sind nicht mehr vorhanden. Es genügt aber lediglich ein Schlüsselreiz, um eine „vergessene“ Information wieder zu reaktivieren. Auf diese Weise lässt sich auch das leichtere Lernen von Dingen, die schon einmal gelernt wurden, erklären.

Bei älteren Menschen arbeitet das System von Lernen und Gedächtnis offenbar nicht mehr so gut. Bereits ab dem 30. Lebensjahr nimmt die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses ab, das ja u. a. die selektive Aufmerksamkeit im Gehirn steuert. Vor allem verringert sich im Alter die Leistung des sog. prospektiven Gedächtnisses („sich rechtzeitig erinnern, dass man etwas machen wollte“), das viel Aufmerksamkeit benötigt. Bis zu zwei Drittel unserer täglichen Gedächtnisprobleme sind darauf zurückzuführen. Das Arbeitsgedächtnis wird zudem beispielsweise auch durch Schlafmangel, Stress und seelische Belastung eingeschränkt.

Das implizite Gedächtnis, das automatisch arbeitet, hat sogar schon in einem Alter von etwa 12 Jahren seine höchste Leistungsfähigkeit, die dann kontinuierlich abnimmt. Mit 35 Jahren beginnt das Nachlassen des deklarativen Gedächtnisses. Je älter wir werden, umso mehr Wissen mit ähnlichen Elementen speichern wir ab. Dadurch kommt das Gedächtnis immer häufiger in die Lage, zwischen ähnlichen Erinnerungsspuren zu schwanken. So arbeitet das semantische Gedächtnis immer langsamer und unpräziser. Namen sind dabei häufiger betroffen als die Bezeichnungen für Gegenstände. Der Klang eines Wortes (seine Phonologie) und die Informationen darüber (der Inhalt) befinden sich in verschiedenen Gehirnregionen. Mit dem Alter lockert sich die Verbindung zwischen diesen – und die Erinnerung an Namen wird schwächer, wenn sie nicht oft benutzt werden. Die Gedächtnisleistung insgesamt nimmt jedoch zunächst noch nicht wesentlich ab.

Im Alter wird es immer schwieriger, gezielt auf Erinnerungen zurückzugreifen und neue Informationen in einen größeren Zusammenhang zu stellen. Schließlich müssen Ältere einen deutlich größeren Datenbestand durchforsten als jüngere, um die gesuchten Fakten oder die gesuchte biografische Erinnerung zu finden. Länger zurückliegende Ereignisse scheinen stabiler und reichhaltiger erinnert zu werden als kürzer zurückliegende, denn im jungen Erwachsenenalter haben Erinnerungen meist eine hohe emotionale Bedeutung – die mit ihnen verbundenen Erlebnisse sind neu und stellen oft Weichen für das weitere Leben. Daher sind Erinnerungen daran nicht nur resistenter gegenüber Veränderungen, sondern auch gegen Reflexionen.

Ältere Menschen achten bei neuen Erfahrungen nicht mehr so sehr auf Details, da ihr Gehirn eine große Zahl an ähnlichen, generalisierbaren Erinnerungen beherbergt. So gelangen im Alter vieler Senioren auch nur noch wenige neue Erinnerungen in den Langzeitspeicher der Großhirnrinde. Vorfreude, Neugier und das Erkunden von Neuem können aber das Lern- und Gedächtnissystem positiv beeinflussen – und es so im Alter fit halten. Dazu scheint auch ein gesunder Lebensstil, eine Kombination aus körperlicher und kognitiver Anstrengung, hilfreich.

REM

Als eine Art Gegenpol zu den rein nützlichen Dingen schuf der Mensch die Kunst. Vielleicht kam sie mit der Langeweile, als er sich nicht mehr nur um das eigene tägliche überleben kümmern musste. So fand er Zeit, über sich selbst und die Welt um ihn herum nachzudenken, aber auch zum Malen, zum Schnitzen und zum Anfertigen von Schmuck. Manche Wissenschaftler sehen das „Kunst-Können“ als Nebenprodukt der Gehirnentwicklung. Ein größeres Gehirn vermag besser frei zu assoziieren als ein kleineres, schon weil es mehr Zellen und Verbindungen besitzt. Eindrücke sind dadurch untereinander vielfältig kombinierbar. So wurde die Repräsentation von Wissen in neuen Zusammenhängen möglich. Quellen, Bäume und Berge wurden belebt, emotionale Beziehungen zu Pflanzen und Tieren aufgebaut; es entstanden Fantasie, Mythen und Religion.

Die Kunst kam also nicht aus dem Nichts. Neue Ideen waren stets bereits in den Anfängen vorhanden, brachen aber zunächst nur selten aus. Über Hunderttausende von Jahren glommen sie unter der Oberfläche, bis bestimmte kulturelle, soziale oder klimatische Bedingungen – oder eine Kombination von allen – das kreative Potenzial des großen Gehirns in vollem Umfang entfachten. Vielleicht schon bevor unsere Vorfahren Afrika verlassen hatten, haben sie sich fiktive Geschichten erzählt. Später entwickelten sie die Fähigkeit, sich in Bildern und Symbolen auszudrücken und auszutauschen. Die künstlerischen Darstellungen sollten den Zusammenhang und die Bedeutung von Ereignissen erklären und gaben dem Menschen einen Rahmen für sein Handeln.

Eine Anzahl von Funden stärken die Position von einem frühen und allmählichen Erscheinen des symbolischen Denkens. Womöglich bildete dieses sich sogar schon bei den Vorfahren von Homo sapiens und Neandertalern bzw. Denisovanern heraus. Zu Zeiten des Homo erectus wurden besondere Arten von Faustkeilen gefunden – manchmal aus wertvollem Material hergestellt und eingehender bearbeitet, als es für einen reinen Gebrauchsgegenstand nötig gewesen wäre, aber nicht mehr brauchbar zum Zerteilen von Tieren oder Zerhacken von Pflanzen. Sie wurden wohl demonstrativ zur Schau gestellt, möglicherweise als Statussymbol.

Auf der indonesischen Insel Java (in Trinil) wurde ein Haufen von etwa 200 Muschelschalen gefunden – zwischen 430 000 und 540 000 Jahre alt. Auf einer der Muschelschalen wurden innen geometrische Einritzungen (Zickzacklinien, Winkel) entdeckt, erstaunlich gerade Linien, die wohl mit Hilfe von Zähnen von Süßwasserhaien angefertigt wurden – ob absichtlich, ist allerdings noch umstritten.

Inzwischen belegen viele Fundstücke, dass unsere Vorfahren sich aber schon sehr früh bewusst schmückten oder Alltagsgegenstände verschönerten. Erste Hinweise darauf bildet der Gebrauch von Ocker, einem anorganischen Pigment, dessen variierender Gehalt an Eisenhydroiden, -sulfaten und -oxiden dem krümeligen Mineral seine breite Farbpalette von blassem Gelb bis Braun verschafft. Wird es erhitzt, wandelt es sich in leuchtend roten „Rötel“ (Hämatit) um.

Noch heute verwendet eine Untergruppe der San in Afrika roten Ocker, um, als Teil des Hochzeitsrituals, Brautleute zu überpudern. Ebenso verfahren Gruppen der Aborigines in Australien während der Initiationsriten und bei Reinigungszeremonien. Rötel symbolisiert für die Uraustralier das Blut von mythischen Ahnen.

Vielleicht brachten die Menschen schon in der Frühzeit die Farbe Rot in Verbindung zu Blut und/oder Menstruation und Fruchtbarkeit. Indizien am Jebel Irhoud in Marokko sprechen für den Gebrauch von Farbpigmenten schon vor rund 300 000 Jahren. Das Alter dieser Funde stimmt gut mit dem der bisher ältesten Homo-sapiens-Fossilien überein. In Kenia, am Baringo-See, stießen die Forscher in mindestens 280 000 Jahren alten Schichten auf große Mengen roten Ockers. Dazu fanden sie Mahlsteine zum Zerreiben dieses Eisenerzes. Hinweise auf frühe Ockerverarbeitung zeigen sich auch in mehr als 300 pflaumen- bis kindskopfgroßen Pigmentknollen, die in einer Höhle unweit von Lusaka (Sambia) gefunden wurden und ein Alter von 200 000 (eventuell sogar 250 000) Jahren haben.

In vielen südafrikanischen Höhlen entdeckte man in bis zu 164 000 Jahre alten Schichten (z. B. am Pinnacle Point) teils offensichtlich bearbeitete, teils unbearbeitete rote Ockerstücke. Aus ihnen gewannen die Menschen das rote Pulver, das sie wahrscheinlich mit einem Bindemittel (z. B. Tierfett) vermischten und zur Bemalung ihres Körpers wie auch von Gegenständen verwendeten. Manche Forscher glauben sogar, dass der Ocker auch zu rituellen Zwecken benutzt wurde.

Auch Neandertaler haben in der Mittleren Steinzeit mit Farben gearbeitet. Man entdeckte – aus der Zeit zwischen 250 000 und 200 000 Jahren – an ihren Wohnplätzen an mehreren europäischen Orten Überreste von roten, gelben und schwarzen (Manganoxid) Farbbrocken. Was die Neandertaler mit der Farbe machten, ist unbekannt. Vielleicht haben sie sich selbst bemalt. Jedenfalls verfügten sie schon über eine gewisse ästhetische Ader – und zwar bereits bevor sie in Kontakt mit dem Homo sapiens traten.

Aus der Zeit vor 90 000 bis 40 000 Jahren existieren eine Menge von Gegenständen, die Neandertaler ganz offensichtlich aus einem Bemühen um Schönheit angefertigt und/oder durch Verzierungen und Farbstoffe verschönert haben. In den Höhlen von La Pasiega, Maltravieso und Ardales in Spanien entdeckte man in rotem Ocker aufgebrachte Formen und Figuren an den Wänden – vor 66 700 bis 64 800 vermutlich von Neandertalern angefertigt. In zwei Höhlen nahe der spanischen Mittelmeerküste (Cueva de los Aviones und Cueva Anton) stießen Archäologen auf eine anscheinend gezielt angelegte Sammlung von Muschelschalen mit Farbresten, die bis zu 50 000 Jahre alt sind und möglicherweise als Gefäße zum Anrühren der Farben dienten. Andere Muschelschalen waren angemalt und gelocht und dienten wohl – zu einer Kette aufgefädelt – als Schmuckanhänger.

In der Eichhornhöhle im Harz haben Forscher einen von einem Neandertaler verzierten Riesenhirsch-Knochen entdeckt, mindestens 51 000 Jahre alt. Die Archäologen sprechen von der komplexesten der bisher bekannten künstlerischen Ausdrucksformen von Neandertalern. In Europa und in einigen Teilen Asiens wurden bisher insgesamt zwei Dutzend Vogelkrallen gefunden, die ältesten (aus Kroatien) sogar 120 000 Jahre alt – früheste Beispiele einer symbolischen Kultur. Fundstätten in Frankreich und Italien belegen, dass bei Neandertalern vor etwa 40 000 Jahren hier eine Tradition vorherrschte, sich Adlerkrallen zu beschaffen. Dass Kunstgegenstände und Schmuck der Neandertaler nur relativ selten gefunden bzw. nachgewiesen wurden, kann auch an der Vergänglichkeit vieler Materialien wie Holz, Federn, Leder und Geflecht liegen.

Verblüffend ähnlichen Schmuck wie Homo sapiens zur gleichen Zeit schätzten Neandertaler der Grotte du Rennes (im französischen Burgund), die dort vor 41 000 Jahren lebten: Durchbohrte Elfenbein-, Knochen- und Tierzahnstücke, die als Anhänger oder Halskette getragen werden konnten. Umstritten ist, ob sei bei der Herstellung der Gegenstände Techniken imitierten, die sie bei ihren Nachbarn, den anatomisch modernen Menschen gesehen hatten, ob sie die Schmuckstücke durch Handel erworben hatten oder ob sie die Technik parallel entwickelten. Die Fundstücke erscheinen eigentlich eher wie eine Weiterentwicklung einer eigenständigen Neandertaler-Kultur. Diese veränderte sich vielleicht unter dem Einfluss des Homo sapiens. Aber auch ein umgekehrter Einfluss, also vom Neandertaler auf den Homo sapiens, gilt als wahrscheinlich. Die jüngsten Funde zeigen jedenfalls, dass beide Arten von Menschen bei ihrem Zusammentreffen auf vergleichbarem Niveau standen. Im Gegensatz zu den Neandertalern handelten die anatomisch modernen Menschen mit ihren fein gearbeiteten Schmuckstücken und tauschten sie quer durch ganz Europa miteinander aus. Vielleicht hatte der Schmuck für sie auch eine Bedeutung, die den Neandertalern fremd war, z. B. als Erkennungs- und Statussymbol.

Nach dem portugiesischen Paläoanthropologen Joao Zilhao sorgte zunehmende Bevölkerungsdichte mit kulturellem Austausch und enger sozialer Vernetzung im größeren Rahmen für die nötige Voraussetzung, um der menschlichen Kreativität zur Blüte zu verhelfen. Es wurden soziale Identifikationssysteme geschaffen; eventuell dienten Schmuckstücke auch zum Austausch von Geschenken (z. B. hübschen Perlen) als Zeichen der Freundschaft.

Afrika

Vor 100 000 Jahren hatte die Menschheit in Afrika die gleiche Bevölkerungsdichte erreicht, wie sie erst später im Jungpaläolithikum in Europa herrschte. Von weiträumigen Wanderungen auf dem afrikanischen Kontinent und kontinuierlichen Kontakten und regem Austausch der Bevölkerungsgruppen zeugen u. a. Funde von Schneckengehäusen aus allen Teilen des Kontinents – die ältesten von ihnen übrigens in Nordafrika -, die durchbohrt sind und vermutlich als Anhänger und Statussymbole dienten. Als eine Art „Mehrwegflaschen“ verwendete Straußeneierschalen waren mal mit einem Band aus einer Vielzahl schraffierter Striche, mal mit akkurat gezogenen parallelen Linien dekoriert. Offenbar handelte es sich um eine weithin gebräuchliche, von allen anerkannte Symbolik, denn das Dekor variierte zwischen 65 000 und 55 000 vor heute – also über rund 10 000 Jahre hinweg – kaum.

In der Blombos-Höhle an der afrikanischen Südküste ritzten Jäger und Sammler vor rund 100 000 bis 72 000 Jahren geometrische Muster in Ockerstücke. Es gab sogar eine Art Malerwerkstatt, wo die Menschen roten Ocker zermahlten, den sie dann in kleinen, aus Abalonemuscheln hergestellten Gefäßen aufbewahrten. Die farbige Paste könnte sowohl zur Bemalung von Gegenständen, für eine schmückende Gesichts- oder Körperbemalung als auch als Hautschutz verwendet worden sein.

Die Menschen des afrikanischen Mittleren Steinzeitalters könnten sich aber auch mittels anderer, vergänglicherer Materialien geschmückt oder künstlerisch ausgedrückt haben. Wir wissen fast nichts darüber, was die Menschen aus Holz, Rinde, Leder, Pflanzenfasern usw. vor Zehntausenden von Jahren an Objekten geschaffen haben könnten. Anscheinend hatte jeweils eine dichte Besiedlung in Südafrika mit weitreichenden intensiven Kontakten vor rund 70 000 Jahren (Stillbay-Kultur) und vor 65 000 Jahren (Howieson’s-Poort-Industrie) eine gute Voraussetzung für den geistigen Fortschritt geboten. Womöglich war ein solcher Kulturausbruch auch der Anlass dafür, sich auf andere Kontinente aufzumachen.

Asien und Australien

Zeitgleich mit dem Erscheinen des Homo sapiens in Europa und Asien trat auch dort vermehrt Kunstsinn auf und breitete sich wie ein Feuer aus. Höhlenmalerei scheint auf beiden Kontinenten vor 40 000 Jahren etwa zeitgleich aufgekommen zu sein – trotz einer Distanz von Tausenden von Kilometern. Ob sie tatsächlich eine zweifache, voneinander unabhängige „Erfindung“ ist, oder ob sie bereits Bestandteil des kulturellen Repertoires des Homo sapiens war, bevor er sich hierhin ausbreitete, ist unklar. Aus der Zeit vor seiner Expansion ist allerdings bisher kaum figurative Höhlenkunst bekannt.

Auf der Insel Sulawesi (Indonesien), die damals noch mit dem asiatischen Festland verbunden war, wurden in bislang etwa 300 Höhlen (im Maros-Pangkep-Karst) Malereien von hoher Qualität entdeckt. Sie sind bis zu 43 900 Jahre alt und zeigen Handabdrücke (zumeist aufgesprüht) und Jagdwild. Ein mit dunkelrotem Ocker gemaltes lebensgroßes Bild eines Sulawesi-Warzenschweins aus der Leang-Tedongnge-Höhle scheint sogar mindestens 45 500 Jahre alt zu sein. Auf einem Felsbild sind auch kleinere menschenähnliche Figuren mit Tierköpfen, ebenfalls in roten Tönen gemalt, zu erkennen, die wahrscheinlich deutlich größeren Warzenschweinen und Zwergrindern mit Speeren und Seilen nachstellen. Auf Borneo wurden Höhlenbildnisse entdeckt, die den Maros-Malereien auffällig ähneln – mindestens 40 000 Jahre alt. Andere Funde aus der Region könnten sogar noch wesentlich früher entstanden sein.

In Australien gefundene Brocken roter Mineralien mit deutlichen Abnutzungsspuren deuten auf den Gebrauch von Farbstoffen für symbolische und künstlerische Zwecke hin. Da man dabei auch die einzige Darstellung eines tapirartigen Beuteltieres entdeckte, das bereits vor 46 000 Jahren ausgestorben sein muss, sind diese Hinterlassenschaften wahrscheinlich noch viel älter. Felskunstwerke des fünften Kontinents direkt zu datieren, ist allerdings äußerst schwierig. Das älteste sichere Datum für ein australisches Felsbild liegt einstweilen bei 34 000 Jahren. In der höhlenartigen Stätte Nawarla Gabarnmang (etwa: „Ort des Felsenlochs“), wo sich die Vorfahren der Aborigines erstmals vor rund 50 000 Jahren aufhielten, fand man Malereien, die mindestens 28 000 Jahre alt sind. In noch älteren Grabungsschichten wurden Ockerstücke entdeckt, die wie Malstifte verwendet wurden.

Europa

Aurignacien

In Europa schufen die Einwanderer vor spätestens 43 000 Jahren die hoch entwickelte Kulturstufe des Aurignacien mit deutlich weiter entwickelten Werkzeugen und künstlerischen Werken. Neben dem Schmuck sind Höhlenmalereien, verzierte Werkzeuge, Musikinstrumente und Frauenfiguren kennzeichnend. Die Werke zeugen von hohem Kunstverstand und enormem handwerklichen Können und Geschick. Der kraftvolle kulturelle Aufbruch könnte durchaus dem Übergang vom Mittleren ins Späte Steinzeitalter Afrikas entsprechen (s. o.). Einige Wissenschaftler sehen die Ursache für diesen Entwicklungsschub in der Konkurrenz zu den Neandertalern.

Verzierungen auf Mammutknochen und Gesteinsbrocken aus der Zeit von vor 41 000 bis 35 000 Jahren finden sich in vielen Regionen Eurasiens. Vor allem in den Höhlen der Schwäbischen Alb tauchte neben vielen Kunstgegenständen wie elfenbeinernen Anhängern, durchbohrten Knochenperlen und Tierzähnen „echte“ figürliche Kunst auf. Die Forscher fanden kleine Skulpturen aus Stein, Knochen oder Geweih in großer Zahl. Es waren kleine Darstellungen von hoher Ausdruckskraft, mit dem eigenen Stil der Künstlerinnen oder Künstler versehen: Tiere wie Wildpferd und Löwe, Mammut und Wisent, Bär und Leopard – sogar ein Fisch, ein Wasservogel und ein Igel.

Als das älteste plastische Kunstwerk der Welt gilt die aus Mammutelfenbein gefertigte, sechs Zentimeter hohe „Venus vom Hohle Fels“ (42 000 Jahre alt). Sie besteht hauptsächlich aus großen Brüsten, einem breiten Gesäß und einer auffälligen Scham; anstelle des Kopfes trägt sie eine Öse und konnte vermutlich als Anhänger getragen werde. Noch beeindruckender sind Mischwesen aus Tier und Mensch, am faszinierendsten wohl der „Löwenmensch“, ein 2 1/2 Zentimeter großes Mensch-Tier-Wesen, zwischen 33 000 und 31 000 Jahre alt. Diese Figurinen weisen auf Glaubensvorstellungen und schamanistische Praktiken hin. Sie stehen also für einen kognitiven Sprung in eine Welt jenseits der Natur und jenseits menschlicher Erfahrung. Die Statuen wurden wahrscheinlich gemeinschaftlich genutzt und vielleicht sogar von Generation zu Generation weitergegeben.

Besonders spektakulär sind Musikinstrumente. Das älteste gesicherte Instrument ist wohl die etwa 13 cm lange und aus über 20 Fragmenten zusammengesetzte Schwanenknochenflöte aus der Geißenklösterle-Höhle, die vor etwa 42 500 Jahren hergestellt wurde. Insgesamt acht Flöten (zwischen 40 000 und 35 000 Jahre alt) wurden in den Höhlen am Südrand der Schwäbischen Alb gefunden, einige aus Mammut-Elfenbein, andere aus hohlen Flügelknochen von Gänsegeier oder Singschwan geschnitzt. Auch in Frankreich (Isturitz) wurde eine Knochenflöte gefunden. Die Flöten besaßen meist drei bis fünf Grifflöcher, die vermutlich das Spielen von acht bis zehn verschiedenen Tönen erlaubte. Niemand weiß aber, ob auf den Flöten tatsächlich Musik gespielt wurde oder ob sie lediglich zur Erzeugung von Locklauten zur Vogeljagd verwendet wurden.

In der Pyrenäenhöhle von Marsoulas, die auch Malereien enthält, wurde ein mit rotem Pigment verziertes Gehäuse einer Tritonschnecke (31 x 18 cm groß) gefunden, das als Blasinstrument gedient haben könnte. Die Forscher gehen davon aus, dass an dem Gehäuse einst ein Mundstück angebracht war. Eine der ersten Windungen war durchlöchert, die Spitze abgeschlagen.

Gravettien

Handabdrücke in mehr als 40 Höhlen Südwesteuropas sind besonders typisch für die archäologische Kultur des Gravettien vor etwa 32 000 bis 24 000 v. h., von der man Spuren von Spanien bis zur Ukraine fand. Um die Handumrisse herzustellen, wurde meist eine Hand auf die Höhlenwand gepresst und dann mit einem Halm oder einem hohlen Vogelknochen ein dünnflüssiger Brei aus gemahlenen Farbpigmenten und Wasser darauf geblasen. Nach Handanalysen stammen viele der Handabdrücke von Frauen, mindestens aber ein Viertel von zwei- bis zwölfjährigen Kindern, wobei ältere Geschwister oder Eltern bei der Herstellung mitgeholfen haben müssen.

Weit verbreitet über den ganzen Kontinent waren zu dieser Zeit auch meist nur einige wenige Zentimeter große, aus Knochen, Stein, Elfenbein oder Rentierhorn geschnitzte oder aus Lehm geformte Venusfigurinen mit markanten Geschlechtsmerkmalen. Typisch sind auch hier kurze Ärmchen, hängende Brüste, ein schwerer Bauch und ein ausladendes Gefäß. Mehr als 100 solcher Statuetten sind inzwischen in ganz Europa gefunden worden. Eine der bekanntesten ist die Venus von Willendorf (Österreich), 11 cm hoch, 29 500 Jahre alt. Die Figur aus Oolith zeigt eine gesichtslose Frau mit ausgeprägten Brüsten, breiten Hüften und einem kunstvollen Kopfschmuck. In der Ostukraine wurden ganz ähnliche Frauenfiguren aus dieser Zeit entdeckt.

Was die Bedeutung der rätselhaften Venusfigurinen betrifft, gehen die Interpretationen der Wissenschaftler weit auseinander. Manche halten die üppigen Frauen wegen der starken Betonung der Geschlechtsmerkmale für Fruchtbarkeitssymbole. Sie könnten in Verbindung mit Schwangerschaft und Geburt stehen und wurden vielleicht als Glücksbringer oder Geburtshelfer an die Töchtergenerationen weitervererbt. Die große Anzahl der gefundenen Venusfigurinen spricht jedenfalls für ihre bedeutende Rolle in der Glaubenswelt der damaligen Menschen. Andere Forscher glauben, dass die Figuren von Männern angefertigt wurden und eine sexuelle Bedeutung gehabt hätten. Manche der stark stilisierten Menschendarstellungen wirken, als würden zugleich weibliche und männliche Geschlechtsmerkmale symbolisch ausgedrückt. So hat die aus Ton gefertigte „Schwarze Venus“ von Dolni Vestonice (Südmähren) – 11,4 cm groß – durchaus weibliche Formen. Aber die Beine sind durch ein die weibliche Sexualität kennzeichnendes Dreieck ersetzt, und Kopf und Brust erinnern an die Geschlechtsorgane eines Mannes.

In Niederösterreich und Mähren ((Pavlov-Kultur) tauchten um 27 000 v. h. neben den berühmten Venusfigurinen und zahlreichen Objekten aus Elfenbein auch Schmuckstücke aus Keramik auf. In Dolni Vestonice fand man Bruchstücke von großen Pflanzenfressern (z. B. Mammuts) und Raubtieren, zudem Fragmente von Menschendarstellungen (s. o.). Die Oberfläche der flachen Skulpturen aus Elfenbein wirken oft so blank poliert, als wären sie täglich getragen worden. Einige Forscher glauben, dass ihre Herstellung und bewusste Zerstörung eine symbolische Bewandtnis hatten.

An anderen steinzeitlichen Siedlungsplätzen kamen auch Tausende teils nur wenige Zentimeter große Ritz- und Schnitzwerke ans Licht. Auf einem Knochenstück aus der Dordogne erkennt man Menschen mit geschulterten Speeren, die sich einem überlebensgroßen Mammut nähern. Ein Fund aus der La-Vache-Höhle (in den Pyrenäen) zeigt eine Gruppe Menschen hinter einem riesigen Pferd, unter dessen Schweif ein Bär zu sehen ist.

Magdalenien

Die bekanntesten künstlerischen Hinterlassenschaften des Homo sapiens in Europa sind die mehr als 250 Felsbilder aus den Kalkhöhlen Frankreichs und Spaniens, z. B. aus den sogenannten „Eiszeit-Kathedralen“ Lascaux und Altamira. Sie entstanden erst nach dem Höhepunkt der letzten Eiszeit im Magdalenien, als es wieder wärmer wurde. Mit gemahlenem Ocker sowie Tierfett wurden die Bilder beim Schein von Fackeln oder Fettlampen in den düsteren Höhlen auf die Wände gemalt. Die angewandten Herstellungstechniken sind so vielfältig wie die gezeigten Motive. Mal wurden die Bilder mit Pinseln oder mit Schwanzhaaren kleiner Tiere oder mit angekauten Zweigen gemalt, mal wurde die Farbe durch ein Röhrchen geblasen oder einfach aufgespuckt. Einige prähistorische Künstler nutzten Steinhämmer oder – messer, um die Umrisse in glatte Felsoberflächen zu meißeln oder zu ritzen.

Die Bilder zeigen Jagdszenen und einzelne Tiere, wobei Pferd und Bison die weitaus häufigsten Motive sind. Das flackernde Licht der Fettlampen belebte die Felswände, die meist voller Vertiefungen und Erhebungen sind. Es entstanden Schatten, die mit Fackelträgern weiter wanderten und Leben auf die Wände zauberten. Manchmal kamen die Konturen eines Tieres zum Vorschein, ein Bison etwa oder ein Mammut. Manchmal sah man nur ein Detail, das dann vervollständigt werden musste. Etliche Wandbilder zeigen lebhafte, bewegte Szenen. Der Effekt wird durch verschiedene Darstellungstricks unterstützt, welche die Lichtbedingungen und Eigenarten unseres Sehsinns mit einbezogen.

An einer der Felswände in der Höhle von Lascaux sieht man das Bild einer roten Kuh mit schwarzem Kopf, die aus der Nähe betrachtet gestreckt, vom Boden aus gesehen aber als normal proportioniert wirkt. Diese Darstellungstechnik (Anamorphose) legt nahe, dass das Bild betrachtet werden sollte. Den Künstlern war es offenbar auch wichtig, das Verhalten, die Bewegungsweisen und die damit einhergehende Emotionen der Tiere genau zu erfassen. Manchmal zeichneten sie dasselbe Tier mehrfach dicht hinter- und übereinander in jeweils einer anderen Phase der Bewegung. Oder sie gaben ihm einfach mehr Beine, Köpfe oder Schwänze, die unterschiedliche Positionen markieren und somit Schwanzschlagen, Kopfhochwerfen, Gehen und anderes illustrieren.

In der Höhle Roc-aux-Sorciers fand man den Teil eines 18 m langen und 2,50 m hohen Felsreliefs mit Menschen- und Tierdarstellungen. Höhepunkt des Kunstwerks – was Präzision, handwerkliche Ausführung und Realitätsnähe betrifft – ist ein Steinbockzyklus, der wie eine Bildergeschichte das Leben der Steinböcke in der Brunftzeit erzählt. Viele Ähnlichkeiten mit den Figuren von Roc-aux-Sociers erkennt man in der rund 150 km Luftlinie südlich gelegenen Höhle von La-Chaire-a-Calvin, was darauf hindeutet, dass hier derselbe Künstler am Werk gewesen sein muss – oder jemand aus seinem Umfeld. Die bis heute älteste bekannte Felsskulptur befindet sich an der Decke der sogenannten „Höllenschlucht“ in Frankreich: ein über ein Meter langer Lachs, 25 000 alt.

Zeitgleich mit den Kunstwerken vom Roc-aux-Sorciers entstanden in Gönnersdorf vor 15 000 Jahren Hunderte gravierter Schieferplatten mit fein geritzten Bildern von Tieren und Menschen, darunter mehr als 500 Frauendarstellungen. Über die Verwendung der Platten brechen sich die Wissenschaftler bis heute den Kopf. Vermutlich hatten sie eher einen profanen Charakter als einen heiligen Zweck. Die im Gegensatz zu den Tierbildern stilisierten Frauendarstellungen waren zu jener Zeit in gleicher Weise gezeichnet, gemalt, graviert oder zu Plastiken geformt überall in Europa zu finden (siehe auch oben). Diese wie auch Prestigegüter (z. B. Schmuckschnecken) demonstrieren, dass spätestens im Magdalenien ein europaweites „soziales Netzwerk“ existierte, in dem nicht nur Rohstoffe, sondern auch Ideen ausgetauscht wurden.

Die Forscher gehen heute von unterschiedlichen Ursprüngen und Beweggründen für die Bildmalerei in unterirdischen Höhlen aus. Vielleicht hielten die Menschen sie für die Wohnstätten der Götter oder die Welt der Ahnen, Geister und Toten – eine Vorstellung, die heute noch auf der ganzen Welt in vielen Kulturen und Religionen verbreitet ist. Sie besuchten die Grotten wohl, um wichtige Kulthandlungen, religiöse Riten und Zeremonien zu vollziehen. Vielleicht suchten sie Schutz und Hilfe gegen die Gefahren in der Natur, oder sie beschworen durch magische Riten ihr Jagdglück. Viele Forscher sind der Meinung, dass die prähistorische Kunst Teil einer schamanistischen Kultur war – eine besondere Form der Zwiesprache des Menschen mit den Geistern. Praktisch keine der Menschendarstellungen in den Bilderhöhlen Europas sind normale Personen, sondern wundersame Mensch-Tier-Mischungen, die man als Schamanendarstellungen deuten kann.

Einige Wissenschaftler sind der Meinung, Musik, Höhlenmalerei und Schamanismus könnten durch Rauschzustände entstanden sein. Die berauschende Wirkung von Drogen öffnet das Bewusstsein und lässt den Atem der Geister spüren. Die Bilder dienten dann als Mittler zwischen der hiesigen und jenseitigen Welt. Wahrscheinlich wurden in den Höhlen auch Initiationsriten abgehalten, denn man fand hier viel Fußspuren jugendlicher Menschen. Vielleicht sollten die Höhlenmalereien aber auch nur Geschichten erzählen – von wichtigen Ereignissen im Leben der eindrucksvollen Tiere, denen die Steinzeitmenschen begegneten, aber auch wohl von eigenen Lebensepisoden.

Erste Schrift?

In den Eiszeithöhlen fielen auch Zeichen auf, die offenbar Details einer größeren Figur darstellten, wie etwa der Stoßzahn eines Mammuts – ohne den zugehörigen Körper. Hier repräsentiert der Mammutstoßzahn offenbar das ganze Tier, also ein Teil das Ganze. Dieses Prinzip (Synekdoche) kennzeichnet alle piktografischen Sprachen (die über Bilder kommunizieren) und kann Information in knapper Form vermitteln. Es lassen sich auch viele geometrische Zeichen (wie Halbkreise, Linien, Dreiecke und Zickzacklinien) und schematische Darstellungen (wie Reihen farbiger Punkte und Gittermuster) an Felswänden und Gegenständen nachweisen. Nach heutigem Wissensstand handelte es sich dabei um einen geschriebenen „Kode„, der allen prähistorischen Stämmen damals verständlich gewesen sein dürfte, zumindest denen, die im Gebiet des heutigen Frankreich, möglicherweise aber auch darüber hinaus, lebten.

Bestimmte Zeichen tauchen wiederholt in Paaren auf, oder in Gruppen zu vier Zeichen: z. B. Hände, Punkte, fingerartige und daumenartige Zeichen. Solche Gruppierungen findet man in frühen piktografischen Schriften (Bilderschriften) generell öfters, wobei die kombinierten Symbole für neue übergeordnete Bedeutungen stehen. Die unscheinbaren Formen könnten also von den ersten Schritten zeugen, mit denen sich die Menschheit dem Gebrauch von Schriftsymbolen näherte – womöglich die ersten Anzeichen eines rudimentären Schriftsystems.

Vielleicht versteckten sich hinter den Zeichen aber auch noch andere Botschaften. Die Deutungen reichen von Markierungen der Wanderbewegungen bis zu Tierfallen.

Fazit

Wenig über die Kunst des Eiszeitalters ist aber wirklich gesichert. Was sich die Eiszeitmenschen bei ihren Werken tatsächlich gedacht haben, wird wohl immer ein Geheimnis bleiben. Die geschnitzten Figuren, mit Ritzzeichnungen versehenen Gegenstände, Musikinstrumente sowie Fels- und Höhlenmalereien sind die einzigen, nur bruchstückhaften Zeitzeugen; sie stellen lediglich einen Ausschnitt dessen dar, was einmal war. „Das archäologische Bild einer Kultur ist stets viel ärmer, als diese Kultur selbst war“, schrieb der Autor Martin Kuckenberg.

Es ist aber deutlich, dass die Menschen damals nicht nur über die physikalische Realität ihres alltäglichen Daseins nachdachten. Sie hatten nicht nur ihr Leben selbst in die Hand genommen, sondern beschäftigten sich auch mit den transzendenten Aspekten der Welt, wobei sie die Natur zu Rate zogen. Einige Antworten fanden sie in der Kunst, indem sie sich ihrer Mittel bedienten, um die verschiedenen Welten darzustellen. Vielleicht zeichnet sich der Homo sapiens gerade durch seine Fähigkeit aus, Kunstwerke zu schaffen und so die Realität in etwas anderes zu verwandeln. Damit schuf er eine Verbindung zwischen Intuition und Wissen, zwischen Wissen und Denken, Denken und Sprache. Die Menschen hatten damals schon ein Bewusstsein wie wir: Sie waren Menschen mit Kultur, Religion und Seele.

REM

Der Planet Erde verfügt hauptsächlich über zwei Energiequellen: Sonne und Wärme aus dem Erdinneren und der Gravitation. Der Durchfluss der Energie von der Sonne und der Energie aus radioaktivem Zerfall innerhalb der Erde führen zu physikalischer und chemischer Organisation und Aufrechterhaltung dieser Ordnung. Sie sind verantwortlich für nahezu jegliche Organisationsform, die um uns herum auftritt.

1. Entstehung des Lebens

Wasserstoff ist der wichtigste Kraftstoff für das Leben. Er ist chemisch reduzierend, d. h., er kann in Stoffwechselprozessen Elektronen liefern. Erst durch den Wasserstoff war es überhaupt möglich, den Kohlenstoff – Hauptbestandteil von organischen Molekülen – aus dem ebenfalls im Wasser gelösten Kohlenstoffdioxid (CO₂), das auf der frühen Erde allein als Kohlenstoffquelle zur Verfügung stand, zu lösen und Moleküle mit höherem Energiegehalt und Ordnungsgrad zu bilden. Aus der Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid gehen auf anorganischem Wege zunächst Kohlenwasserstoffe wie Essigsäure (C₂H₄O₂ bzw. CH₃COOH), Methan (H₂ + CO₂ -> CH₄ + H₂O) oder Formaldehyd (2 H₂ + CO₂ -> CH₂O + H₂O) hervor, Vorläufermoleküle des Lebens.

Sechs geologische Prozesse sind bekannt, bei denen Wasserstoff entstehen kann. Beispielsweise fällt er bei Gesteinsumwandlungen an, bildet sich aber auch während des Zerfalls von im Erdinneren natürlich vorkommenden radioaktiven Elementen wie Uran, Kalium oder Thorium, deren Strahlung u. a. Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. So entstehen ständig riesige Mengen des molekularen Wasserstoffs (H₂) in der Erdkruste und stellen eine üppige Energiequelle für Mikroben dar.

Allerdings finden Reaktionen zum Aufbau organischer Stoffe nicht ohne Katalysator statt. Die allgegenwärtigen Metallverbindungen aus Eisen, Nickel, Schwefel, Mangan usw. (Oxide und Sulfide), aber auch Stickstoffverbindungen, förderten die Kohlenstoffanlagerung. So enthält beispielsweise das an den Unterwasserschloten austretende heiße Wasser eine Fülle reaktiver chemischer Stoffe und gelöster Metalle, darunter auch Eisensulfid (FeS) und Schwefelwasserstoff (H₂S). Wenn sie miteinander reagieren, entstehen Pyritkristalle (Eisenschwefelerz, auch Katzengold genannt, FeS₂), wobei Energie frei wird.

Die Pyritbildung könnte die langgesuchte zuverlässige und dauerhafte Energiequelle sein, die zur Bildung lebenstragender Moleküle auf der frühen Erde notwendig war. Sie stellt eine Art Endlos-Batterie dar, von deren Energie sich aus niedermolekularen Bestandteilen immer komplexere Verbindungen, u. a. Grundmoleküle des Lebens wie Aminosäuren, Fettsäuren, einfache Zucker und organische Basen, gebildet haben könnten.

Wasserstoff spielt für universelle Vorgänge zur Energiegewinnung immer noch eine herausragende Rolle. Einige Mikroben im Erdinneren (sogenannte Extremophile) nutzen heute noch in Wasser gelöstes Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff aus radioaktivem Zerfall oder aus der Verwitterung von eisenhaltigen Silikaten in den umgebenden Basaltformationen als Energiequelle.

Unter den richtigen Bedingungen konnte sich so vor etwa 4 Milliarden Jahren aus den einfach ablaufenden Reaktionen spontan ein Reaktionsnetzwerk – wahrscheinlich mit Hilfe anorganischer Katalysatoren – entfalten, ohne dass dafür komplexe Proteine und Enzyme nötig waren, die in heutigen Zellen diese Reaktionen ermöglichen. Rasch entwickelte sich daraus ein durch Enzyme befeuerter biochemischer Stoffwechsel. Dieser primitive Stoffwechsel war bereits in der Lage, aus anorganischen Verbindungen neben Zuckern und Lipiden auch Aminosäuren, Nukleotide sowie Vitamine zu produzieren, die für Synthese von Proteinen und Wachstum gebraucht werden.

Im archaischen Stoffwechsel identifizierten Biologen 402 biochemische Einzelreaktionen, in denen entsprechende Prozesse ablaufen. Sie liefern die Grundbestandteile der Zelle und stellen auch so etwas wie den Basisstoffwechsel heutiger Zellen dar. Sie waren daher wohl auch ein zentraler Teil des biosynthetischen Metabolismus im letzten gemeinsamen Vorfahren aller heutigen Lebewesen („LUCA“ – Last Universal Common Ancestor), nach derzeitigem Kenntnisstand ein primitives zellähnliches Gebilde mit rudimentärem Stoffwechsel , das seine Energie maßgeblich aus Wasserstoff bezog. )

2. Fotosynthese

Die ersten Lebewesen eroberten den Planeten, erfanden neue Stoffwechselwege und lernten, weitere Energiequellen zu nutzen. Einige frühe Prokaryoten (einzellige Organismen ohne Zellkern) begannen, Lichtenergie zu absorbieren und in chemische Energie umzusetzen. Das älteste Fotosynthese-System haben nach umfassenden Verwandtschaftsanalysen der fünf Fotosynthese treibenden Bakteriengruppen wohl die Purpur-Bakterien gebildet. So wurden die infraroten Photonen der Sonne zum Haupt-Energielieferanten für die Entwicklung des Lebens auf der Erde.

Möglicherweise ebneten wie bei den ersten Stoffwechselprozessen mineralische Katalysatoren den Weg zur Fotosynthese: Manganhaltige Minerale, die an der Oberfläche ursprünglicher Zellen gebunden waren, um sie unempfindlicher gegen die zerstörerische UV-Strahlung zu machen. (Manganatome sind wegen ihrer größeren Zahl an Valenzelektronen – Elektronen in der äußersten Atomschale – ziemlich strahlungsresistent.)

Da die Atmosphäre nach sauerstofffrei war, müssen die ersten fotosynthetisierenden Mikroben anstelle von Chlorophyll andere Pigmente zur Lichtaufnahme verwendet haben. Mit ihnen absorbierten sie nahes Infrarot (am langwelligen Rand des sichtbaren Lichts) und produzierten Schwefel- oder Sulfatverbindungen (anoxygene Fotosynthese). An diesen chemischen Reaktionen waren Wasserstoff, Schwefelwasserstoff oder Eisen beteiligt – aber kein Wasser! Darum wurde auch kein Sauerstoffgas freigesetzt.

Aus Befunden lässt sich schließen, dass mindestens vor 3,4 Milliarden Jahren schon den Cyanobakterien ähnliche Organismen existierten. Ihre Nachfolger, eben die Cyanobakterien, perfektionierten schließlich das Fotosynthese-System durch das Hintereinanderschalten von zwei Fotosystemen und erfanden damit vor rund 2,7 Milliarden Jahren die oxygene Fotosynthese, bei der der Sauerstoff sozusagen aus dem Wasser „befreit“ wurde. Vielleicht wurde ihre Entwicklung zu einem Zeitpunkt begünstigt, als nur noch begrenzte Mengen an Schwefelwasserstoff für die anoxygene Fotosynthese verfügbar waren.

Bei der oxygenen Fotosynthese werden zwei in Serie geschaltete Ladungsgeneratoren, als Fotosystem I und Fotosystem II bezeichnet, durch elektromagnetische Strahlung leicht unterschiedlicher Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich angetrieben. Zwei solcher Systeme sind notwendig, um genügend Energie für die angekoppelten chemischen Reaktionen bereitzustellen. Insgesamt besteht der fertige Fotosynthesekomplex aus mehr als 80 Einzelproteinen, in die rund 180 Moleküle Chlorophyll eingebettet sind.

Ein radförmiger Antennenkomplex (Doppelring aus Proteinen) mit Farbpigmenten sammelt das Licht, dessen Energie in Form angeregter Elektronen über eine Kette von Einzelschritten an das Reaktionszentrum weitergeleitet wird (Lichtreaktion). Dort wird die ganze Energie zu einem einzigartigen Metallkomplex (Mn₄CaO₅) geleitet, wo der zentrale Schritt der oxygenen Fotosynthese, die Spaltung (Oxidation) von Wasser, abläuft. Allerdings entsteht dabei nicht direkt Wasserstoff, sondern sein Äquivalent in Form von Protonen und gebundenen Elektronen. Sie werden für die Reduktion von Kohlenstoffdioxid benutzt, wobei Sauerstoff quasi als Abfallprodukt abgespalten wird und als Gas (O₂) in die Atmosphäre entweicht. (Die oxygene Fotosynthese ist der einzige bekannte natürliche Prozess, bei dem Wassermoleküle in großem Umfang gespalten werden und molekularer Sauerstoff freigesetzt wird.) In einer späteren Stufe (Dunkelreaktion) folgt die Nutzung der gespeicherten Energie zum Aufbau organischer Substanz. In einer komplizierten Reaktionskette, dem sogenannten Calvinzyklus, entstehen so letztlich organische Moleküle: Kohlenhydrate (Zuckerverbindungen). Dabei handelt es sich chemisch gesehen um einen Redox-Prozess (d. h., die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid-Molekülen zu Zucker entspricht einer Reduktion).

Während also ursprünglich das Leben Wasserstoff nutzte, der tief in der Erde durch chemische Reaktionen entstand, griffen die ersten zur oxygenen Fotosynthese fähigen Cyanobakterien auf das allgegenwärtige Wasser zurück und entzogen ihm mit Hilfe der Sonnenenergie den Wasserstoff. Der in den Reaktionen anfallende Sauerstoff wurde als Abfall ausgeschieden und reicherte sich in der Atmosphäre an.

Die Energie, die etwas mehr als acht Minuten vorher auf der Sonne dadurch frei wurde, dass zwei schwere Wasserstoffatome zu einem Heliumkern verschmolzen und ihre überschüssige Bindungsenergie in ein Photon steckten, wurde innerhalb der Zelle dazu genutzt, einen Energiespeicher (Zucker / Glukose) aufzubauen. Das geschieht innerhalb von zwei Millisekunden; pro Sekunde kann dieser Prozess also 500mal durchlaufen werden, was der Spaltung von 1000 Wassermolekülen entspricht. Die gespeicherte biologische Energie steht dann für verschiedene Aufgaben zur Verfügung. Sie kann bei der Umsetzung mit Sauerstoff – durch Verbrennung (Zellatmung) – wieder freigesetzt werden.

Die Erfindung der Fotosynthese war die letzte große Errungenschaft des Lebens im Bereich des aufbauenden Stoffwechsels. Mit ihr wurde eine hocheffiziente Energieversorgung ermöglicht, die Voraussetzung für das Leben aller tierischer Organismen und die Evolution höherer Lebensformen mit einer komplexeren Organisation, einschließlich des Menschen. Das irdische Leben in seiner heutigen Form verdankt damit den Cyanobakterien letztlich seine Existenz und seine erstaunliche Vielfalt. Die Fotosynthese in den mikroskopischen Pflanzen, die in den Weltmeeren treiben, liefert heute 90% des Sauerstoffs, den wir einatmen. Das ist einer der Gründe, warum wir uns um den Zustand der Weltmeere Sorgen machen müssen.

Allerdings ist die Fotosynthese nicht perfekt: Sie ist ineffektiv, da die Pflanzen ca. ein Drittel des aufgenommenen CO₂ wieder ausspucken und damit weniger Kohlenhydrate herstellen können und langsamer wachsen. Der Grund dafür liegt darin, dass ein Schlüsselenzym der Fotosynthese (Rubisco) nicht besonders gut zwischen Kohlendioxid und Sauerstoff unterscheiden kann, was in der sauerstoffarmen Atmosphäre der frühen Erde kein Problem war, da der Sauerstoff keine Konkurrenz für das Kohlendioxid darstellte. Erst als der Sauerstoffanteil der Atmosphäre immer mehr stieg, veränderte das die Situation, da mehr Sauerstoff anstelle des gewünschten Kohlendioxids fixiert wird und der Zelle damit wertvolle chemische Energie verloren geht.

3. Anstieg des Sauerstoffs

Das Proterozoikum (2500 – 570 Millionen Jahre vor heute) gilt als das Zeitalter der Cyanobakterien. In dieser Phase der Erdgeschichte waren sie die wichtigsten Primärproduzenten in der Biosphäre. Sie breiteten sich zunächst in den flachen Küstengewässern des Urozeans aus und bildeten erste „Sauerstoff-Oasen“. Ihre Vermehrung war die erste Bevölkerungsexplosion auf der Erde. Einige Cyanos wuchsen zu großen Kolonien oder Matten heran; in diesen lagerten sie Kalk ab und bildeten Stromatolithen. Diese aus Kalkschichten gestapelte, manchmal meterhohen Körper, auf denen die Cyanobakterien außen siedelten, breiteten sich im flachen Wasser riesiger Schelfgebiete aus und produzierten große Mengen Sauerstoff.

Der freigesetzte Sauerstoff wurde, nachdem er sich in den oberen, lichtdurchfluteten Schichten der Meere nach und nach angereichert hatte, zunächst in geochemischen Prozessen verbraucht. Er verband sich sofort mit den damals in reduzierter Form in den Meeren gelösten Mineralen (z. B. den großen Mengen zweiwertigen Eisens) zu Metalloxiden. Diese Oxidationsprozesse verzehrten fast allen Sauerstoff. Erst nach ein oder zwei Milliarden Jahren waren die meisten Minerale im Meer oxidiert und es trat ein grundlegender Wandel ein: Der von den Cyanos produzierte freie Sauerstoff konnte sich nun Im Wasser anreichern und auch in die Atmosphäre aufsteigen.

Bei dem höherem Sauerstoffgehalt im Wasser entstanden vor 1,2 Milliarden Jahren Rot- und Braunalgen mit komplexeren Zellstrukturen. Als auch seichte Gewässer vor schädlicher UV-Strahlung sicher waren, entwickelten sich Grünalgen, die besser an das helle Licht in Oberflächengewässern angepasst waren. Aus ihnen gingen vor 475 000 Jahren die ersten Landpflanzen hervor: Moose und Flechten. Für Reaktionen auf dem Festland (oder gar für die Atmung höherer Organismen) reichte der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre jedoch erst aus, als er mit etwa einem Prozent der heutigen Konzentration in der Atmosphäre vorhanden war.

Als genügend Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden war, wurde auch die Bildung von Ozon möglich. Es entsteht, wenn molekularer Sauerstoff (O₂) durch harte Sonnenstrahlung in der Atmosphäre in die hochreaktive atomare Form (O) gespalten wird, die sich teilweise wieder in den gewöhnlichen molekularen Sauerstoff (O₂), zum Teil aber auch in Ozon, das dreiatomige Sauerstoffmolekül (O₃) umwandeln kann. Vor 600 Millionen Jahren kam es zwar zu einem Anstieg der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, aber bis vor rund 400 Millionen Jahren lagen die Sauerstoffwerte nach neueren Berechnungen erst bei ein bis zwei Prozent – und die Ozonschicht war offenbar nur relativ dünn. Erst bei dem weiteren Anstieg der Sauerstoffkonzentration, der jetzt einsetzte, kam in der Stratosphäre eine Ozonschicht zustande, welche die Erdoberfläche vor einem Großteil schädlicher UV-Strahlung effektiv abschirmen konnte. Sie erlaubte es – zusammen mit dem höheren Sauerstoffanteil der Atmosphäre – komplexerem Leben, die Meere zu verlassen.

4. Die Superzelle

Der Sauerstoff, den die Cyanobakterien in den Flachwasserzonen vor den Urkontinenten erstmals erzeugten, war für die übrigen damals lebenden Prokaryoten, die ihren Stoffwechsel mit Wasserstoff antrieben, aber auch für die Purpurbakterien, zunächst nichts anderes als ein tödliches Gift. Die meisten der Methan- und Essigsäurebildner, mit denen alles angefangen hatte, starben aus oder wurden an die Wand gedrängt, ein frühes Beispiel einer Umweltkatastrophe globalen Ausmaßes. Überlebt haben die Krisenzeit vermutlich nur jene Einzeller, die eine Rückzugsmöglichkeit hatten (solche Refugien, die sie heute noch besiedeln, bezeichnen wir als „extrem“) oder Schutzmechanismen entwickelten.

Möglich ist, dass zunächst Vorläufer von Peroxisomen (ältere Zellorganellen, die heute noch in Pflanzen und Tieren verbreitet sind) die erste Phalanx gegen den bedrohlichen Sauerstoff bildeten. In ihnen laufen Stoffwechselvorgänge unter Sauerstoffverbrauch ab. Ein solcher einfach organisierter Prokaryot wurde von einem anderen Einzeller aufgenommen, aber nicht verdaut. Aus anfänglicher Duldung konnte irgendwann wechselseitige Unterstützung, eine Symbiose, entstehen – und schließlich sogar gegenseitige Abhängigkeit. Vermutlich rettete die Fähigkeit zur Zusammenarbeit so einige der frühen Einzeller vor dem Aussterben in der für sie lebensfeindlichen, sauerstoffangereicherten Umwelt.

Der ursprüngliche Vorteil für den Wirt muss zunächst nicht unbedingt in der Atmung, sondern vielmehr in der Verwendung der Abfallprodukte bestanden haben. Der aufnehmende Prokaryot war dadurch in der Lage, anaerob aus organischen Substanzen Wasserstoff zu erzeugen, der der Wirtszelle die Energiegewinnung durch Methanbildung ermöglichte. Diese wurde dadurch unabhängig von geologischen Wasserstoffquellen und erschloss sich neue Lebensräume. Der Preis dafür war die wachsende Abhängigkeit vom Symbiosepartner als Wasserstoffquelle.

Vor rund zwei Milliarden Jahren entstanden überaus erfolgreiche Symbiosen zwischen Prokaryoten. Nach der Endosymbionten-Hypothese verloren mit der Zeit die aufgenommenen Einzeller (Endosymbionten) die Fähigkeit, eigenständig zu existieren – sie wurden zu untrennbaren Teilen der Wirtsorganismen, zu Organellen.

Einigen Prokaryoten, die sich erfolgreich an den Sauerstoff anzupassen vermochten, gelang es schließlich, den Sauerstoff sogar für den eigenen Stoffwechsel einzusetzen. Sie fanden einen Weg, auf dem organische Moleküle effizient und unter konkurrenzlos hohem Energiegewinn mit Sauerstoff verbrannt werden können. Gleichzeitig wird dabei Kohlenstoffdioxid, der wichtige Stoff für die fotosynthetisch aktiven Bakterien, an die Umgebung freigesetzt.

Solch ein Prokaryot, der eine hohe Leistungsfähigkeit in der Verwertung von Sauerstoff entwickelt hatte, wurde von einem Bakterium „gefressen“ und blieb als Endosymbiont erhalten. Aus ihm entstand schließlich eines der wichtigsten Zellorganellen, das Mitochondrium. Es versorgt die Zelle mit Energie – und zwar mit sehr viel mehr – aus seinem Atmungsstoffwechsel und hielt auch den für das Zellmilieu gefährlichen Sauerstoff beziehungsweise die toxischen Verbindungen auf einem weit niedrigeren Niveau, als z. B. Peroxisomen das können. Es ist noch umstritten, ob sich eine solche Endosymbiose ein- oder mehrmals ereignete. Die Mehrheit der Wissenschaftler plädiert für eine gemeinsame Herkunft aller bekannten Mitochondrien.

Mit der Endosymbiontenhypothese versucht man auch zu erklären, wie Zellen erstmalig in den Besitz von Plastiden kamen. Einige dieser großen Einzeller (Eukaryoten; s. u.) verleibten sich demnach auch fotosynthetisch aktive Lebensformen (z. B. Cyanobakterien) ein, die in ihnen weiterlebten. Sie umgaben sie mit einer zusätzlichen Hülle, wodurch sie mit dem „giftigen“ Sauerstoff zurechtkamen. Anfangs handelte es sich auch hier vermutlich um eine echte Symbiose (Energie gegen Schutz). Im Laufe der Evolution büßten die vereinnahmten Prokaryoten ihre Eigenständigkeit ein und konnten nur noch innerhalb der Zelle existieren. Sie waren zu Organellen geworden. Es gibt davon mehrere ineinander umwandelbare Arten, die beispielsweise als Protein- oder als Stärkespeicher fungieren. Am markantesten sind die Chloroplasten für die Fotosynthese, deren Wirtszelle nach einer neuen Studie schon relativ komplex gewesen sein muss: wohl ein methanbildendes Archaeon, das bereits andere Organellen besaß.

Genaueren Analysen zufolge dürften fotosynthetisch aktive Bakterien dreimal unabhängig voneinander aufgenommen worden sein. Aus diesen Symbiosen entwickelten sich die Rot-, Braun- und Grünalgen. Von Letzteren stammen wiederum alle Pflanzen ab, die schließlich das Land eroberten. Die Fähigkeit der mehrzelligen Pflanzen zur Fotosynthese ist also letztlich den Prokaryoten zu verdanken.

Gentransfer

Früher oder später hatte die symbiotische Lebensgemeinschaft den Transfer von Genen aus dem Genom des Endosymbionten in das Genom der Wirtszelle erfordert. Nach und nach hatte so der eingefangene Prokaryot den Großteil seiner Gene, den er einst für ein autonomes Leben brauchte, verloren. Schließlich war der Endosymbiont völlig unter die Kontrolle des genetischen Apparates im Zellkern geraten.

Die heutigen Reste des eigenen Genoms von Mitochondrien und Plastiden sind klein und ringförmig wie bei den Bakterien – aber trotzdem noch funktionsfähig. Die Plastiden verloren fast ihre gesamte Erbsubstanz und enthalten nur noch zwischen 100 und 200 Proteingene, während ihre Vorläufer, die frei lebenden Cyanobakterien, mindestens 2000 Proteingene besitzen. Ein wesentlicher Teil der zu ihrer Synthese benötigten genetischen Information befindet sich in der chromosomalen DNA des Zellkerns ihres Wirtes. Die entsprechenden Proteine werden in dessen Zellplasma synthetisiert und in die Plastiden importiert.

Auch der Vorläufer der Mitochondrien (deren DNA am meisten denjenigen aerober Purpurbakterien ähnelt) verlor mit der Zeit seine Eigenständigkeit fast vollständig. Das Erbgut der Mitochondrien beinhaltet heute 37 Gene mit Bauplänen für lediglich 13 Proteine – das unbedingt notwendige Mindestmaß, welches die Organellen für ihre Arbeit benötigen. Diese Proteine sind für das Herzstück der Energiegewinnung, den Elektronentransport in der sogenannten Atmungskette, wichtig. Von genetischem Ballast befreit konnte sich das Mitochondrium vielfach vermehren und auf die Produktion von Energie spezialisieren. Mehr als 2000 Mitochondrien finden sich heute z. B. in manchen menschlichen Zellen. Sie sind im Cytoplasma frei beweglich und nehmen im Durchschnitt ein Viertel des Zellvolumens ein. Je höher der Energieumsatz, umso größer ist die Zahl der Zell-Kraftwerke. Die aus der Verbrennung von Nährstoffen mit Hilfe von Sauerstoff freigesetzte Energie dient den meisten Stoffwechselprozessen, dem Prinzip der Zellpumpen und für andere chemische Reaktionen oder für Bewegungen.

Die Energieversorgung durch die Mitochondrien ermöglichte im Laufe der Evolution größere und komplexere Zellen (Eukaryoten) mit Zellkern und weiteren Organellen. Der entscheidende Schritt auf dem Weg zur Komplexität scheint dabei das Auslagern von endosymbiontischen Genen in die Wirtschromosomen gewesen zu sein. Die überragende Energieversorgung durch die Mitochondrien beseitigte den starken Selektionsdruck, alle nicht benötigten Gene zu entfernen, der die Evolution der Prokaryoten bis heute begrenzt.

So kam es zu einem gewaltigen Anstieg der Genomgröße. Statt aber zahllose Kopien des vollständigen Genoms mit sich herumzuschleppen, konnten eukaryotische Zellen neue Zellfamilien und regulatorische Elemente entwickeln. Das öffnete die Tür zu einer Proteinevolution, die für Zellen ohne Mitochondrien unerreichbar bleibt. (Eine eukaryotische Zelle besitzt 10 000 bis 100 000 Mal so viele Proteine wie eine Prokaryotenzelle.)

Erste eukaryotische Zellen mit Zellkernen und Zellstrukturen gab es schon vor 1,7 Milliarden Jahren. Mit ihrem Auftreten war eine völlig neue Organisationsform entstanden, die die bereits zuvor in Milliarden Jahren prokaryotischer Evolution entwickelten Formen bakteriellen Lebens überschichtete und eine weit wirkungsvollere Evolution ermöglichte. Vor rund 800 000 Jahren brachten sie viele Varianten hervor, und es entwickelten sich Tausende von eukaryotischen Einzellerarten mit unterschiedlichsten Formen und Lebensweisen – hochkomplexe Organismen, gegenüber denen ein Prokaryot geradezu rudimentär ausgestattet ist.

Bis heute wurden ungefähr 50 000 Arten beschrieben. Das erheblich erweiterte Repertoire neuartiger Proteinfaltungen, -wechselwirkungen und Regulationswegen ermöglichten die Entstehung von vielzelligen Lebewesen, also aller Pflanzen, Pilze und Tiere – und schließlich auch uns Menschen. Alle komplexen Lebewesen bestehen also ausnahmslos aus eukaryotischen Zellen („Superzellen„).

Die Entwicklung der Sauerstoffatmung war auch der erste Schritt auf dem Weg zur Intelligenz. Informationsverarbeitung kostet Energie. Die energetischen Anforderungen für ein Gehirn sind so hoch, dass sie nur durch Reaktionen in Verbindung mit Sauerstoff zu erfüllen sind. So verbraucht beispielsweise das menschliche Gehirn rund 20 Joule pro Sekunde, wobei bis zu 80% der Energie in die Signalübertragung fließen. Selbst im Koma verbraucht unser Denkorgan mehr Energie als andere Gewebe des Körpers.

Die Botenstoffe an den Synapsen sind in Bläschen verpackt, die im aktiven Gehirn unter hohem Energieaufwand immer wieder neu gefüllt werden müssen. Selbst im ruhenden Gehirn verbrauchen die auf Vorrat gelagerten Neurotransmitter-Bläschen Energie, da sie ständig Protonen nach außen verlieren, die dann von einem Enzym unter Energieaufwand wieder ersetzt werden müssen. Angesichts der enormen Zahl solcher Nervenenden und der Tatsache, dass dieser Energieverbrauch ständig anhält, bedeutet das eine substanzielle Grundlast für das Gehirn. Im Neuron selbst sind Ionenpumpen in der Zellwand die größten Energieverbraucher. Sie befördern stetig Natriumionen (Na+) aus der Zelle hinaus und Kaliumionen (K+) hinein. Damit erzeugen und erhalten sie das Konzentrationsgefälle zwischen Zellinnerem und Zellzwischenraum. Ohne dieses könnten die Neurone nicht feuern, so dass die Informationsverarbeitung zum Erliegen käme.

Ein komplexes Zusammenspiel von chemischen Reaktionen und Stoffkreisläufen macht also die Energie verfügbar für unser Denken, Fühlen und Handeln. Die wichtigste Energiequelle – praktisch der einzige Brennstoff, mit dem das Gehirn arbeitet – ist Traubenzucker (Glukose). Glukose ist „schnelle Energie“. Etwa 100 g davon nimmt unser Denkorgan pro Tag aus dem Blut auf. Zur Verbrennung dieser Zuckermenge werden 100 g Sauerstoff benötigt, wobei 140 g Kohlenstoffdioxid anfallen – so viel, wie ein Mittelklassewagen pro Kilometer ausstößt.

5. Chemisches und thermodynamisches Ungleichgewicht

Prokaryoten entwickelten ganz wesentlich die Kreisläufe von Schwefel, Eisen, Phosphor und Stickstoff – und auch die Fotosynthese ist ihre Erfindung, durch die der Planet Erde für größere Formen erst bewohnbar wurde. Sobald die Erde über ausreichend Sauerstoff verfügte, fand dann die rasche Evolution des Lebens von den Prokaryoten über die Eukaryoten zu den Metazoen (vielzelligen Organismen) statt. So konnten sich auch z. B. Kreaturen mit größeren, beständigeren und aktiveren Körpern ausbilden, was notwendig war, um die Ozeane zu verlassen und die Kontinente zu besiedeln.

Die innere Ordnung der Lebewesen kann nur durch einen ständigen Zustrom geordneter, arbeitsfähiger Energie aufrechterhalten werden. In einem tierlichen Organismus dienen 33 bis 50% der zugeführten Energie dazu, ihn mit Hilfe von Proteinumsatz, Ionentransporte, Blutkreislauf und Atmung einfach am Leben zu halten. Hinzu kommen dann noch notwendige Aktivitäten wie Bewegung, Fortpflanzung, Ernährung und andere Verhaltensweisen.

Das tägliche Verhalten der meisten Tiere wir daher bestimmt durch das Beschaffen von Nahrung, also komplexen chemischen Verbindungen, in denen Energie gespeichert ist. Diese müssen für die Produktion der zur Selbsterhaltung benötigten Moleküle und zur Freisetzung der für die Lebensvorgänge notwendigen Energie wieder abgebaut werden. Dabei sind die stofflichen, energetischen und kommunikativen Prozesse im Organismus aufs Engste aufeinander abgestimmt und vernetzt, um die innere Organisation zu erhalten.

Dieser „organisierte Metabolismus“ (Penzlin in „Das Phänomen Leben“), also das Netzwerk chemischer Reaktionen mit ein- und ausgehenden Energie- und Stoffströmen weit jenseits des thermischen Gleichgewichts, ist die grundlegende Daseinsweise aller Lebewesen. Die beim Abbau der Nahrung freiwerdende Energie (meist langwellige Wärmestrahlung) wird abgestrahlt – letztlich in den deutlich kälteren Weltraum. Ohne die Möglichkeit, den Wärmeüberschuss ans Weltall zu „entsorgen“, würde der Energiedurchfluss, der die irdische Biosphäre in Gang hält, zum Erliegen kommen. Die Verhältnisse auf der Erde wären dann ebenso lebensfeindlich wie auf Venus oder Mars.

Dass sogar ein befruchtetes und bebrütetes Hühnerei nicht nur Ordnung erzeugt, sondern auch Unordnung, zeigt, dass es kein abgeschlossenes System ist. Bei seiner Entwicklung zehrt der Kükenembryo zwar von gespeicherter Energie, gleichzeitig gibt das Ei aber Wärme, also nicht mehr nutzbare Energie, an die Umgebung ab.

Auch das gesamte System Erde verharrt in einem bemerkenswerten Zustand chemischen und thermodynamischen Ungleichgewichts, das mit der Sonne als Energiequelle und mit Hilfe der Lebewesen aufrechterhalten wird. Die Leuchtkraft der Sonne hat im Verlauf der letzten vier Milliarden Jahre zwar um 25 bis 30% zugenommen, aber das komplexe System fast geschlossener Stoffkreisläufe hält eine relativ ausgeglichene Energiebilanz auf dem Planeten Erde aufrecht.

Dabei wirkt der globale Karbonat-Silikat-Kreislauf als natürlicher Thermostat. Bei ihm handelt es sich um einen geobiochemischen Rückkopplungsmechanismus, der – verkürzt gesagt – bei steigenden Temperaturen über schnellere chemische Verwitterung und den Aufbau von Kalkskeletten in Lebewesen (z. B. vor allem in pflanzlichem Plankton) der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid entzieht und auf diese Weise eine Abkühlung der irdischen Temperaturen bewirkt. Daraufhin sinkt wiederum die Verwitterungsrate und die Einlagerung von CO₂ in Lebewesen, so dass dessen Anteil in der Atmosphäre wieder zunimmt und die Temperaturen wieder steigen. Höhere Temperaturen bedingen wiederum einen größeren Verbrauch des Kohlenstoffdioxids, was wiederum zu einer Abkühlung des Klimas führt, usw.

Die meisten Wissenschaftler stimmen heute der Annahme zu, dass das Leben selbst diese Rückkopplung maßgeblich beeinflusst hat, selbst wenn wir noch längst nicht alle Einzelheiten der Mechanismen kennen. Ohne die Selbstregulierung wäre das irdische Leben wohl schon seit Millionen Jahren ausgestorben. Da auch der Mensch selbst ein Teil der Natur und damit ohne Zweifel in die Kreisläufe der Biosphäre mit eingebunden ist, beeinflusst er heute in hohem Maße durch sein Handeln das weitere Schicksal des Lebens auf unserem Planeten. Er sollte sich dieser Verantwortung immer bewusst sein.

REM

Rekombination – Dunkles Zeitalter – Reionisation

Das Universum kühlte sich in den ersten drei Minuten nach dem Urknall so weit ab, dass zunächst die physikalischen Gesetze, dann die Kernbausteine und schließlich die leichten Elemente, vor allem Wasserstoff- und Heliumkerne, entstehen konnten. Für weitere Kernfusionsprozesse aber reichten Temperatur und Dichte nicht mehr aus. So war das Universum zum einen mit einem Plasma aus einer Mischung aus Protonen, Elektronen, Neutrinos und Photonen sowie einer Prise leichter Atomkerne, zum anderen mit sogenannter Kalter Dunkler Materie gefüllt. Die Photonen konnten sich nicht ungehindert ausbreiten, sondern wurden nach kurzer Wegstrecke von den elektrisch geladenen Teilchen – vor allem Protonen und Elektronen – absorbiert und anschließend wieder emittiert. Und jedes Elektron, das von einem Kern eingefangen wurde, konnte sofort wieder von einem hochenergetischen Strahlungsteilchen entrissen werden, so dass alle Wasserstoffatome letztlich in ionisiertem Zustand verblieben.

Rekombination

Da sich das Universum weiter ausdehnte und damit abkühlte, kippte nach etwa 379 000 Jahren – das Universum war nur noch tausendmal kleiner als heute – bei einer Temperatur von unter 3000°C das Gleichgewicht von Strahlung und Materie. Durch ihre Trennung wurde der Kosmos erstmals für Licht durchsichtig. Da die Energie der Photonen nicht mehr dafür ausreichte, um Wasserstoff zu ionisieren, waren die freien Protonen und Elektronen jetzt in der Lage, sich zu elektrisch neutralen Wasserstoffatomen zu verbinden. Innerhalb von etwa 40 000 Jahren – der Epoche der Rekombination – waren alle elektrisch geladenen Teilchen – auch die Deuterium-, Tritium-, Helium- und Lithium-Kerne – in elektrisch neutralen Atomen gebunden.

Dunkles Zeitalter

Durch die weitere Expansion des Universums wurde die Strahlung zu immer größeren Wellenlängen hin verschoben. Zugleich schluckte der atomare, elektrisch neutrale Wasserstoff die Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen. Und es gab keine Lichtquellen, die die abkühlenden Gasschwaden hätten beleuchten können. Es wurde dunkel im Universum. Die Astronomen sprechen von der Dunklen Ära (Dunkles Zeitalter), das den Zeitraum von der Freisetzung der Hintergrundstrahlung bis zum Aufleuchten der ersten Sterne umfasste und bis zu 400 Millionen Jahre dauerte.

Das Dunkle Zeitalter war aber nicht völlig finster. Das elektrisch neutrale Wasserstoffgas muss schwache Radiowellen ausgesandt haben, nachdem es durch die Hintergrundstrahlung beleuchtet wurde. Wasserstoffgas strahlt aber auch ohne Energiezufuhr. Möglich ist das durch den Spin subatomarer Teilchen (kann man vereinfacht als ihre Drehrichtung auffassen). Astronomen suchen heute nach dieser Strahlung.

In der Zeit der Dunklen Ära durchlief das Universum gewaltige und entscheidende Veränderungen, die seine weitere Entwicklung prägten. Nach theoretischen Überlegungen und Computer-Simulationen hatte die Dunkle Materie wohl bereits kurz vor der Rekombinationszeit erste schwach ausgeprägte Massenkonzentrationen gebildet. (Ihre Teilchen treten nicht mit Strahlung in direkte Wechselwirkung, sondern unterliegen lediglich der Schwerkraft.)

Als sich das heiße junge Universum weiter ausdehnte und langsam weiter abkühlte, sammelte sich die Dunkle Materie unter dem Einfluss ihrer wechselseitigen Schwerkraft in kleinen, relativ massearmen Halos, den ersten Strukturen im Universum. Die normale (baryonische) Materie wurde wegen der Abstoßung zwischen den positiv geladenen Wasserstoff-Atomkernen zunächst daran gehindert, sich zu Wolken zusammenzuziehen. Sie konnte aber der Schwerkraft der Dunkle-Materie-Halos nicht widerstehen, und so sammelte sich schließlich immer mehr Gas aus der Umgebung – hauptsächlich Wasserstoff, weniger Helium und Spuren anderer leichter Atome – in den Wolken an.

In den heißen und dichten Bereichen der ursprünglichen Wasserstoff-Helium-Wolken bildete sich molekularer Wasserstoff (H₂), der Infrarot-Strahlung emittierte und die Wolke auf 200 bis 300 Kelvin (etwa -73 bis +27°C) abkühlte. Infolgedessen fiel in den innersten Bereichen der Gasdruck und die Gravitation konnte das Gas noch weiter zusammenklumpen. Während sich die Wasserstoff-Helium-Wolke verdichtete, blieb die Dunkle Materie gleichmäßig über den riesigen Halo verteilt. Daher spielt der Vorgang der Abkühlung der Materiewolke eine entscheidende Rolle für die Trennung von gewöhnlicher und Dunkler Materie.

Ohne die Geburtshilfe der Dunklen Materie gäbe es vermutlich keinen Sterne und Galaxien in unserem Universum. Die Gravitation der sichtbaren Materie hätte nicht ausgereicht, um die bekannten Strukturen des Weltalls zu bilden. Die beobachteten Abweichungen von einer isotropen Verteilung der baryonischen Materie waren viel zu gering. Erst die Annahme der Dunklen Materie lässt die Gravitationskraft so groß werden, dass eine Zusammenballung möglich wurde und genügend Zeit blieb, Objekte von der Größe ganzer Galaxien zu bilden.

Bei weiterer Verdichtung durch die Kontraktion der Gasklumpen versagte schließlich die Kühlung, denn die Wasserstoffmoleküle kollidierten nun mit anderen Atomen, bevor sie Zeit hatten, ein Infrarotphoton auszustrahlen. Das erhöhte wieder die Gastemperatur, und der enorme Druck des heißen Gases verlangsamte die Kontraktion der Wolken. (Bei höheren Temperaturen bewegen sich Materieteilchen schneller – und je schneller sich Teilchen bewegen, desto mehr können sie der Gravitationskraft entgegensetzen.) Doch ihr Kernbereich zog immer mehr Materie aus der Umgebung an. Als er auf einige hundert Sonnenmassen und mehr angewachsen war, konnte die Schwerkraft den Kern so stark zusammendrücken, dass die Kernfusion zündete. Das Wasserstoffbrennen begann – ein Stern war geboren.

Die ersten Sterne

Die ersten Systeme, in denen sich Sterne bilden konnten, sollen bereits 100 bis 250 Millionen Jahre nach dem Urknall aufgetaucht sein. Sie ähnelten einer Mini-Galaxie mit einer Scheibe aus gewöhnlicher Materie, umgeben von einem Halo Dunkler Materie. Die erste Sterne, die hier entstanden – Astronomen bezeichnen diese erste Generation als Population III – unterschieden sich grundlegend von den heutigen Sternen: Sie bestanden fast nur aus Wasserstoff und Helium. Ohne schwere Elemente, die als Kühlmittel wirken, laufen Kernfusionsprozesse weniger effizient ab. Wasserstoff – in seiner molekularen Form H₂ – und Helium eignen sich für diese Art der Kühlung aus atomphysikalischen Gründen nicht gut. Daher waren die ersten Sterne im Durchschnitt wesentlich heißer und massereicher (vermutlich einige hundert Mal) als die Sterne späterer Generationen. Sie leuchteten mehrere Millionen Mal heller als die Sonne. Ihre Oberflächentemperatur dürfte bei dem rund 17-fachen der Sonnenoberfläche (5500°C) gelegen haben.

Mit ihrer Masse wuchs auch die Gravitationskraft, die die Sterne zusammendrückte. Um sie auszugleichen, mussten sie ihren Wasserstoffvorrat schneller und bei höheren Temperaturen verbrennen als kleine, leichte Sterne – wie etwa unsere Sonne. Die Riesensterne hatten daher nur eine Lebensdauer von wenigen Millionen Jahren. Am Ende ihres kurzen Lebens explodierten sie als Supernovae und gaben einen Großteil ihrer Materie in den kosmischen Kreislauf zurück – angereichert mit den ersten schweren Elementen, die die Sterne in ihrem Inneren durch Kernfusion erbrütet hatten (darunter die für das Leben wichtigen Grundelemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff).

Das Universum hat sich wohl sehr schnell mit schweren Elementen angereichert. Diese neigen zur Bildung von feinem Staub – im Gegensatz zu Wasserstoff und Helium, die gasförmig vorliegen. Der Staub hatte allerdings im interstellaren Medium zunächst nicht lange Bestand, denn Stoßwellen nachfolgender Supernovae zerstörten die Staubteilchen, kurz nachdem sie entstanden waren. Aber bereits einige hundert Millionen Jahre später gab es im interstellaren Gas ähnliche Anreicherungen von Kohlenmonoxid und Staub, wie wir sie heute noch, 13 Milliarden Jahre später, im interstellaren Gas benachbarter Galaxien vorfinden.

Reionisation

Mit der Entstehung der ersten Strahlungsquellen – als das Universum vielleicht 400 Millionen Jahre alt war – endete das Dunkle Zeitalter. Die Riesensterne der ersten Sterngeneration (Population III) veränderten das Universum und seine weitere Evolution fundamental. Sie markieren den Beginn einer neuen Epoche, welche die Astrophysiker „Reionisation“ nennen. Diese dauerte rund eine halbe Milliarde Jahre und war etwa 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall abgeschlossen. (Manche vermuten sogar, dass sie bereits 100 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall einsetzte.)

Die ersten Sterne, die von einem Nebel aus elektrisch neutralem Wasserstoff umgeben waren, strahlten einen großen Teil ihrer Energie zunächst vor allem im energiereichen Ultraviolett-Bereich ab. Das war gerade der Teil des Spektrums, den die neu gebildeten Wasserstoff-Atome bevorzugt absorbierten. Schließlich war die Strahlung aber so intensiv, dass sie die Elektronen aus den Atomhüllen löste, d. h., die Atome wieder ionisierte. So lichtete sich der Nebel aus neutralem Wasserstoff und Helium und um die Sterne bildeten sich heiße Blasen ionisierten Gases, die immer weiter anwuchsen. Ein einziger der Sterne konnte um sich herum mit der Zeit eine Blase von 15 000 Lichtjahren Durchmesser erzeugen. (Zum Vergleich: Unsere Milchstraße hat einen Durchmesser von 170 000 bis 200 Lichtjahren.)

Als im Laufe von Hunderten Millionen Jahren immer mehr Sterne entstanden, wurden die Blasen immer zahlreicher und verschmolzen schließlich. Nach neuesten Erkenntnissen wurden wahrscheinlich vor 1,1 Milliarden Jahren die letzten Zonen neutralen Wasserstoffs ionisiert. Nur jedes zehntausendste Wasserstoffatom blieb verschont, schätzen die Kosmologen. Das intergalaktische Gas ist deshalb seither nicht kalt und elektrisch neutral, sondern heiß und ionisiert. Das ionisierte Plasma des intergalaktischen Raumes enthält heute den überwiegende Teil der baryonischen Materie im Universum.

[Spezielle Zwerggalaxien, sogenannte Green-Pea-Galaxien (Grüne-Erbsen-Galaxien), könnten durch ihre Ultraviolettstrahlung wesentlich zum Ende des Dunklen Zeitalters beigetragen haben. Zu dem kuriosen Namen sind sie durch ihr Erscheinungsbild auf Aufnahmen gekommen, die Amateuren als grünliche, kreisrunde Punkte aufgefallen waren. Es sind kompakte Zwerggalaxien, die zwar recht klein sind, in denen aber viele Sterne entstehen. Sie enthalten bloß einen geringen Anteil an schweren Elementen, dafür aber sehr viele massereiche Sterne. Wenn ausreichend viele solcher Galaxien im jungen Universum existiert haben, könnten sie das All über Jahrmillionen hinweg ionisiert haben, bis es schließlich rund eine Milliarde Jahre nach dem Urknall wieder hell wurde.]

Dieser Ablauf der Ionisierung mag plausibel klingen, ist aber bisher nicht mehr als eine Hypothese. Da sich die ersten Sterne heute nicht mehr direkt beobachten lassen, sind wir auf die Ergebnisse von Simulationen angewiesen. Die Realitätstreue von Simulationen hat aber ihre Grenzen, daher ist das letzte Wort noch nicht gesprochen. Es ist möglich, dass die ersten Sterne das intergalaktische Medium nicht so schnell ionisieren konnten, wie es die Daten nahe legen. Dann muss es eine weitere Energiequelle im frühen Universum gegeben haben. Die wahrscheinlichsten Kandidaten dafür sind intensiv leuchtende Gasjets, die von Schwarzen Löchern ausgingen. (Welchen Anteil ihre energiereiche Strahlung bei Schwarzen Löchern hatte, ist allerdings unklar.)

Schwarze Löcher

Vielleicht haben also nicht die Riesensterne selbst die Ionisierung angetrieben, sondern die aus ihnen hervorgegangenen Schwarzen Löcher. Sterne mit mehr als 250 Sonnenmassen kollabierten schließlich sehr schnell zu ähnlich massereichen Schwarzen Löchern. (Aber auch ein Stern mit 100 Sonnenmassen konnte zu einem Schwarzen Loch zusammenstürzen, das anschließend unter geeigneten Bedingungen zu einem massereichen anwuchs.)

Quasare sind die fernsten noch erkennbaren Objekt im Universum. Da sie auf den ersten Blick fast wie normale Sterne aussehen, nannten sie ihre Entdecker „quasistellare“, also sternähnliche, Radioquellen: „Quasistellar Radio Source“ – Quasar. Es handelt sich bei ihnen um supermassive Schwarze Löcher, deren Schwerkraft gewaltige Mengen an Gas und Staub ansaugt. Während der größte Teil der Materie in einem gigantischen Strudel ins Schwarze Loch stürzt, wird ein anderer Teil in Form von eng gebündelten Gasstrahlen – hochenergetischen Röntgen- oder Gammastrahlen – in den Raum ausgestoßen. Diese Jets strahlen so hell, dass sie über riesige Entfernungen sichtbar bleiben. Ihre Strahlungsleistung übertrifft häufig die von tausend normalen Galaxien.

Quasare haben aus diesem Grund ein großes Ionisierungspotenzial und könnten die Umgebung sogar weiter und gleichförmiger ionisiert haben als Sterne, da sie größere Blasen bilden. Doch es ist unklar, ob damals, ca. 400 Millionen Jahre nach dem Urknall, schon massereiche Schwarze Löcher existierten. Denn um als Quasare hell aufzuleuchten, benötigten sie eine enorme Masse. Andererseits könnten die Schwarzen Löcher auch durch sukzessive Verschmelzung immer größer geworden sein, da sie sich in den dichtesten Regionen des Universum befanden. Trotzdem bleibt rätselhaft, wie das schnell genug gegangen sein soll.

Eine neuere Idee geht davon aus, dass große Gasscheiben direkt zu Schwarzen Löchern kollabiert sind, weil die Sternentstehung unterblieb. Stößt ein so entstandenes Schwarzes Loch mit einer benachbarten Molekülwolke zusammen, verschlingt es Gas und Sterne und wächst rasant. Auch könnten in frühen Sternsystemen (Protogalaxien) bereits kleine Schwarze Löcher enthalten gewesen sein, die durch Akkretion von benachbarter Materie „Mini-Quasare“ produzierten. Diese könnten weiter angewachsen sein – vielleicht eine zusätzliche Quelle von Licht und ionisierender Strahlung. Die ältesten von Astronomen bisher entdeckten Quasare leuchteten jedenfalls etwa 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, als noch ein Großteil des Wasserstoffs im All nicht ionisiert war.

Weitere Sternbildung

Das Feuerwerk der ersten Stunde schnürte sich zunächst gewissermaßen selbst die Luft ab. Das Problem war ein negativer Rückkopplungseffekt: Weil die Reionisation die Umgebung aufheizte, verzögerte sie die Stern- und Galaxienbildung. Erst nach weiteren rund 100 Millionen Jahren waren die Bedingungen wieder günstig für die Geburt der nächsten Sterne.

Die Population-III-Sterne, bestehend aus Wasserstoff (75%) und Helium (25%), hatten das interstellare Medium für immer verändert. Als sie am Ende ihres kurzen Lebens explodierten, waren die in ihnen durch Kernfusion produzierten schweren Elemente frei. (Messungen zeigen, dass bereits 850 Millionen Jahr nach dem Urknall Kohlenstoff und Sauerstoff sowie möglicherweise Silizium in einem Quasar vorkamen.) Die Erzeugung und Verteilung relativ kleiner Mengen dieser schweren Elemente hatte wohl schon enorme Auswirkungen auf die weitere Sternbildung. So ermöglichte die dadurch verursachte effiziente Kühlung die Bildung von Sternen geringerer Masse und erhöhte vermutlich die Sternbildungsrate beträchtlich.

Daher besaß die neue Sterngeneration, die Population II, weit weniger charakteristische Sonnenmassen wie die allererste Generation. Ihre Sterne hatten zum Teil schon ähnliche Eigenschaften wie heutige Exemplare. Diejenigen unter ihnen, die mehr Masse als die Sonne aufwiesen, existieren auf Grund ihrer Lebensdauer von weniger als zehn Milliarden Jahren heute allerdings nicht mehr. Die anderen jedoch, mit weniger als einer Sonnenmasse, können wir heute noch beobachten. Ihr typischer Gehalt an schweren Elementen beträgt ein Hundertstel des solaren Werts.

Die weiteren Kreisläufe der Sternentstehung und -vernichtung reicherten das interstellare Gas weiter mit schweren Elementen an, die der nächsten Generation von Sternen (auch unserem Sonnensystem) wieder als Rohstoff dienten. Bis zum Ende der Reionisation war das anfängliche Wasserstoff-Helium-Gemisch mit allen schweren Elementen angereichert, die wir heute kennen.

Erste Galaxien

In den Halos Dunkler Materie waren zunächst kleine, unregelmäßig geformte Sternansammlungen (Protogalaxien) entstanden. Durch die Verschmelzung der Halos wuchsen auch die Sternhaufen und bildeten die ersten Zwerggalaxien. Diese noch klumpigen, gleißend hell strahlenden Urgalaxien hatten allerdings kaum Ähnlichkeit mit den Spiralen und Ellipsen von heute: Sie bestanden hauptsächlich aus Wasserstoff und waren weniger geordnet und viel kleiner (vielleicht nur 1% der Masse unserer Milchstraße). Da die Urgalaxien im jungen Universum aber viel dichter beisammen waren als heute, kam es wohl oft zu Zusammenstößen und Verschmelzungen zwischen ihnen. So wuchsen sie rasant und bildeten mit einer erstaunlich großen Rate neue massereiche Sterne.

Die Astronomen haben jetzt vermutlich das Licht einer Urgalaxie (HD1) nachgewiesen, die schon 300 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Es ist das bis heute älteste Objekt, das Astronomen je aufgespürt haben. Warum es so hell im UV-Licht leuchtet, ist unklar. Vielleicht entstehen dort sehr viele Sterne der ersten kosmischen Generation (III) – oder HD1 beherbergt ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa 100 Millionen Sonnenmassen. (Allerdings wäre es für die Astronomen ein noch größere Überraschung, bereits 300 Millionen Jahre nach dem Urknall ein derart massereiches Schwarzes Loch zu finden.)

Mit Hilfe von Gravitationslinsen hat man bereits zwei weitere Galaxien (SPT065-JD und HGN-z11) entdeckt, die wohl 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Sie sollen etwa eine Milliarde Sonnenmassen an Sternen besitzen, sind aber so klein, dass man Einzelheiten ihrer Struktur nicht erkennen kann. Die Strahlung einer weiteren Galaxie (IR 1916) wurde 460 Millionen Jahre nach dem Urknall freigesetzt. Die Galaxie erscheint noch relativ klein – Durchmesser weniger als 3000 Lichtjahre (zum Vergleich: Milchstraße 170 000 bis 200 000 Lichtjahre) – und durchläuft eine Epoche intensiver Sternentstehung. Es handelt sich bei ihr eindeutig um einen frühen Baustein der Galaxienbildung. Die Galaxie A1 689-zD1 entstand 700 Millionen Jahre nach dem Urknall. Mit einigen Milliarden Sternen besitzt sie ebenfalls nur einen Bruchteil der Größe der Milchstraße. Ihre Beobachtungen deuten allerdings auf ein wahres Feuerwerk neu entstehender Sterne hin. [Unlängst wurde ein Objekt (GNz7q) aus der Zeit 750 Millionen Jahre nach dem Urknall entdeckt, bei dem es sich möglicherweise um ein noch junges und nur rund 10 Millionen Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch handelt. Der staubverhüllte und heranwachsende Quasar befand sich in einer intensiv sternbildenden Region.]

Die Milchstraße entstand vermutlich vor 13,6 Milliarden Jahren, also 200 Millionen Jahre nach dem Urknall. Manche Wissenschaftler datieren den Ursprung der Milchstraße allerdings auf 13,3 Milliarden Jahre. Jedenfalls bewegen sich ihre noch existierenden Sterne der Population II heute überwiegend im galaktischen Halo, einer Art kugelförmiger Atmosphäre aus Gas, Dunkler Materie und relativ wenigen Sternen rund um die Milchstraße, wurden inzwischen aber auch im galaktischen Zentrum gefunden. Die galaktische Scheibe hingegen birgt die viel später entstandenen Sterne der Population I, zu denen etwa unsere Sonne gehört. Diese Sterne sind jünger als etwa 9 Milliarden Jahre. Unsere Sonne hat ein Alter von 4,6 Milliarden Jahre; es gibt wohl nur wenige Sterne, die noch mehr schwere Elemente besitzen. (Der maximaler Anteil liegt wohl bei 4%.)

Die Häufigkeit von Galaxien nahm offenbar in der kurzen Zeitspanne zwischen 12, 95 und 12,7 Milliarden Jahren vor unserer Zeit (850 bis 1100 Millionen Jahre nach dem Urknall) auf das Drei- bis Sechsfache zu. Dieser plötzliche Anstieg deutet darauf hin, dass das Universum zu Beginn dieses Zeitraums noch zu jung war, um eine höhere Anzahl von größeren, stark leuchtenden Galaxien zu bilden.

[Das Licht der Galaxie AzTEC-3 hat uns nach 12,6 Milliarden Jahren erreicht. In dieser Galaxie entstehen pro Zeitintervall rund tausendmal so viele Sterne wie heute in der Milchstraße. Das Licht ihrer Sonnen wird von interstellarem Staub absorbiert und im Infrarotbereich wieder abgestrahlt. Die Messdaten lassen erkennen, dass wir AzTEC-3 relativ kurz nach der Verschmelzung mit einer anderen Galaxie sehen. Daneben entdeckte man drei weitere Galaxien mit vergleichbaren Entfernungen zu uns. Vermutlich gehören alle vier Galaxien – obwohl noch nicht gravitativ aneinander gebunden – zu einem Komplex. Sie könnten einen entstehenden Galaxienhaufen im Frühstadium präsentieren.]

Periode der gravitativen Unterkühlung

Hunderte Millionen Jahre lang war die kosmische Ursuppe gleichmäßig und strukturlos geblieben, weil es keine großen leuchtkräftigen Objekte gab, welche sie in Wallung bringen konnte. Das kreative Potenzial der Schwerkraft brauchte die Zeit, um aus den anfänglichen Dichteschwankungen im Urgas die Gestirne zu formen, die wieder Licht ins Dunkel des noch jungen Universums brachten. Das mit Sternbildung und Reionisation einhergehende Ende des sogenannten Dunklen Zeitalters war die vorletzte große Veränderung des gesamten Universums. Sie war etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall abgeschlossen. Das Universum trat in ein neues Stadium ein, die Periode der gravitativen Unterkühlung, die gekennzeichnet ist durch stetige Abkühlung, Kondensation und die Bildung immer größerer, komplexerer Strukturen. Dieser Vorgang erstreckte sich über Jahrmilliarden hinweg.

Frühestens zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall setzte eine länger andauernde Phase intensivster Sternentstehung, Galaxienbildung und Quasaraktivität ein. Wann immer eine neue Gaswolke mit einer anwachsenden Galaxie kollidierte, erzeugte die auftretende Stoßfront eine Sternentstehungsexplosion. Die Sternentstehungsrate erreichte etwa 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall, also vor knapp 10 Milliarden Jahren, ihren Höhepunkt. In jener Zeit brachte das Weltall ungefähr die Hälfte seiner Sterne hervor. War zunächst noch mehr Masse in Form von interstellarer Materie als in Form von Sternen vorhanden, kehrte sich das Verhältnis um. Die Geburtenrate neuer Sterne hat seither um mehr als das Zehnfache abgenommen.

Die Galaxien sammelten immer mehr neue Sterne ein, wenn sie mit anderen Galaxien zusammenstießen und verschmolzen oder kleinere Galaxien einfingen und sie gleichsam kannibalisierten. So wuchsen sie in Masse und Größe. Astrophysiler schätzen nach Computersimulationen, dass die heutigen massereichen Galaxien mit Ansammlungen von Milliarden bis Hunderten von Milliarden Sternen (wie die Milchstraße) bis zu 80% und mehr ihrer Masse durch „Kannibalismus“ zusammengetragen haben. Mit der Expansion des Universums verlangsamte sich allerdings das Wachstum der Galaxien.

Die Dunkle Materie hatte sich unter dem Einfluss der Gravitation zu einem riesigen Netz aus fadenförmigen Strukturen (Filamenten) zusammengezogen und eine Art Skelett gebildet, das sich noch heute durch das gesamte Universum zieht. Hier sammelten sich die Galaxien. Besonders dichte Knoten des kosmischen Gewebes wurden zu Keimzellen von Galaxienhaufen aus Dutzenden bis Hunderten von Galaxien. So entstand die kosmische Ordnung aus Sternen, Galaxien, Galaxienhaufen und Galaxiensuperhaufen – mit vielen ausgedehnten Leerräumen (Voids) dazwischen.

Die letzte große Veränderung begann vor ungefähr 6 Milliarden Jahren, als das Universum 60% seiner heutigen Größe erreicht hatte. Die auseinander strebende Kraft der sogenannten Dunklen Energie gewann die Oberhand über die Schwerkraft und stoppte die weitere Strukturbildung auf großer Skala. Seither dehnt sich der Weltraum mit wachsender Geschwindigkeit aus und der Abstand zwischen allen großräumigen Objekten wächst, während lokal noch die Schwerkraftwirkung dominiert.

REM