Massenaussterben in der Erdgeschichte

Der große französische Naturforscher George Cuvier (1769 – 1832) hatte bereits erkannt, dass das Leben sich nicht kontinuierlich entwickelt hat, sondern in großen, Millionen von Jahren dauernden Zyklen. Er postulierte 1812, katastrophale Naturereignisse hätten eine herausragende Bedeutung für die Entwicklung des Lebens gehabt, da sie Platz schafften für einen Neuanfang.

Katastrophen haben tatsächlich eine herausragende Rolle in der Evolution des Lebens gespielt, da sie zu einem massenweise Aussterben von Lebewesen auf dem Planeten führten. Erhebliche Teile ganzer Ökosysteme verschwanden innerhalb weniger Jahrtausende von der Erde, ohne dass der alltägliche Anpassungsdruck den geringsten Einfluss darauf gehabt hätte. Zwar führte nicht jede Katastrophe zu einem Massenaussterben, aber der Paläontologe Peter Ward und der Geobiologe Joe Kirschvink glauben trotzdem, „dass die Geschichte des Lebendigen durch Katastrophen stärker beeinflusst wurde als durch die Summe aller anderen Kräfte“.

Allen Aussterbeereignissen folgt nicht nur eine Phase der „Erholung“ in der Artenvielfalt, . Die Evolution beschleunigt sich sogar, indem sie in kurzer Zeit eine große Zahl neuer Arten hervorbringt und dabei oft eine neue Richtung einschlägt. Auf ihren Höhepunkten folgten in der Erdgeschichte Aussterben und Neubildung meist im Abstand von wenigen Millionen Jahren aufeinander. Allerdings reduzierte sich die Anzahl der neuen Arten mit der Zeit wieder, denn der Konkurrenzkampf merzte nicht optimal angepasste Arten wieder aus. Es folgte eine Phase mit einer eher als ruhig zu bezeichnenden Entwicklung.

Wenn sich Arten aber nach langen Zeiten konstanter klimatischer Verhältnisse optimal an ihre Umwelt angepasst haben, trifft sie eine Katastrophe umso stärker. Dabei gilt: Je höher Ökosysteme entwickelt sind, desto weniger sind sie reaktionsfähig auf schnelle, drastische Veränderungen. Einen Vorteil haben in solchen Fällen Arten, die in vielen Regionen verbreitet und wenig spezifisch angepasst sind. Auch kleine Kreaturen überleben eher, da sie schlicht zahlreicher sind und zumeist weniger Nahrung brauchen als große.

Ursachen

Zur Erklärung der Massenaussterben werden heute irdische Ursachen wie extreme Klimaveränderungen, vulkanische Aktivität, Umpolung des Erdmagnetfelds, Methanhydrat-Eruptionen, Seuchen, aber auch außerirdische Ursachen wie Supernovae, kosmische Strahlen oder Meteoriteneinschläge angeführt. Möglicherweise waren auch gleichzeitig mehrere dieser Ereignisse wirksam und standen miteinander in Verbindung.

Starker Vulkanismus fiel oft mit jenen Perioden, in denen viele Arten ausstarben, zusammen. So ist die begrenzte, kurzperiodische Entstehung von sog. Plateau-Basalten – mächtigen, mehrere Meter hohen Basaltplatten gewaltigen Ausmaßes – mit besonders heftigem Vulkanismus mit Massenaussterben verbunden.

Vulkanausbrüche können durch den Ausstoß großer Mengen an Kohlenstoffdioxid zu einer globalen Erwärmung führen. Sie bringen auch giftige, u. a. schwefelhaltige Gase in die Atmosphäre, die letztlich wiederum eine Abkühlung bis zu einer Eiszeit bewirken können. Beide Effekte sind wohl nacheinander aufgetreten, was für die Lebewesen wie ein doppelter Schlag wirkte.

John Ellis vom Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf und David Schramm von der University in Chicago halten Supernovae für die Ursache einiger Massensterben in der Erdgeschichte. UV-, Röntgen- und Gammastrahlung sowie Schwärme schneller Teilchen, vor allem Protonen, wirkten sich auf die Chemie der Atmosphäre aus und könnten dadurch durchaus eine Bedrohung für das Leben bedeutet haben. Forscher schätzen, dass ein Todesjet aus Gammastrahlen, ausgelöst z. B. durch die Verschmelzung von Sternen zu Schwarzen Löchern, die Erde ungefähr alle 100 Millionen Jahre trifft – was gut mit der Häufigkeit der großen Massenaussterben in der Erdgeschichte korrespondiert.

Auch Einschläge von Großmeteoriten oder Kometen werden heute als mögliche Ursachen für die schlimmsten Massensterben angesehen. Während sich die verheerenden Wirkungen beim Vulkanismus erst im Laufe von Jahrmillionen bemerkbar machen, haben Meteoriteneinschläge abrupte klimatische Veränderungen mit katastrophalen Auswirkungen auf das Leben und die Ökosysteme zur Folge.

Die fünf großen Massenaussterben

Innerhalb der letzten 550 bis 600 Millionen Jahren gab es ca. 20 große, katastrophale Einschnitte in die Ökosysteme , bei denen mehr als 50% aller Lebewesen ausgelöscht wurden. Sie liefen rascher ab und waren umfassender, als man lange glaubte. Jedes dieser Aussterbeereignisse scheint sein eigenes Gesicht zu haben – einfache Erklärungen greifen zu kurz. Fünf Massenaussterben („Big Five“) ragen heraus:

a) Massenaussterben am Ende des Ordiviziums

Nach Jahrmillionen mit Treibhausklima und stabilen marinen Ökosystemen kam es am Ende des Erdzeitalters Ordovizium, zwischen 440 und 450 Millionen Jahren, zu dem zweitstärksten Massenaussterben in der Erdgeschichte. Es ereignete sich in zwei Schüben mit nur 0,5 bis 2 Millionen Jahren Abstand: Zunächst eine rasche globale Abkühlung, dann eine ebenso schnelle weltweite Erwärmung. Insgesamt 80 bis 85% aller Arten, 60% der Gattungen und 26% der Familien starben aus, darunter viele Trilobiten, Moostierchen, Ammoniten und Riffbildner, aber fast keine höheren Klassen.

Es wird spekuliert, dass das Massenaussterben auf das Konto eines Gammastrahlen-ausbruchs (GMB) durch die Explosion eines Himmelskörpers irgendwo im All ging. Dazu passt, dass unter den vielen wirbellosen Arten, die ausstarben, besonders Plankton-Lebewesen waren, weniger hingegen Organismen im Untergrund oder im tieferen Meer. Eine Überprüfung der GMB-Hypothese ist aber nicht einfach.

Der Langzeiteffekt des Massensterbens war aber erstaunlich gering. Die Ökosysteme im nachfolgenden Zeitalter Silur erholten sich schnell und waren ganz ähnlich wie die im Ordovizium.

b) Massenaussterben am Ende des Devons

Vor etwa 377 Millionen Jahren gab es eine mehrere Millionen Jahre lange Dauerkrise. Wahrscheinlich handelte es sich dabei sogar um mindestens zwei (bis zu zehn) separate einschneidende Massenaussterben kurz hintereinander. Jedenfalls verschwanden 50 bis 80% aller Tierarten, darunter die meisten kieferlosen Fischen, furchterregende Panzerfische und wirbellose Meerestiere (z. B. viele Trilobiten), plötzlich von der Erde. Das ganze Riff-Ökosystem ging zugrunde. Das Aussterben betraf auch bestimmte Landpflanzen.

Die Ursachen für die Ereignisse sind unklar. Erwogen wird, dass die ersten Regenwälder die Stoffkreisläufe gründlich durcheinander brachten, denn sie verbrauchten große Mengen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid aus der Luft. Die Folge war eine plötzliche Abkühlung des Klimas. Der Meeresspiegel fiel um einige Meter, was den Untergang der Riffe und mit ihnen der meisten Flachwasser-Organismen bedeutete. Viele andere Meerestiere gingen daraufhin an Sauerstoffmangel zugrunde. (Ein Kausalzusammenhang zwischen einem Asteroideneinschlag und dem Artensterben war in der Diskussion, ist aber nicht zwingend.)

c) Massenaussterben am Ende des Perm

Vor 252 Millionen Jahren kam es zu einem fast völligen Kollaps der Ökosysteme rund um den Globus. Niemals in der bekannten Erdgeschichte stand das Leben so nahe am Abgrund. Bis zu 95% aller biologischen Arten starben aus, darunter 96% aller im Meer lebenden Tierarten, deren Vielfalt seit dem Kambrium beträchtlich zugenommen hatte: Unter anderem die Panzerfische, alle Trilobiten und fast alle Ammoniten. Die Armfüßer (Brachiopoden) verloren ihre vorherrschende Stellung an die Muscheln. 70% aller Landlebewesen (78% der Land bewohnenden Reptilien und 67% aller Amphibien; insgesamt 3/4 aller Wirbeltierarten) starben aus. Selbst die Insekten, sonst wahre Lebenskünstler, büßten 30% der Ordnungen ein. Zu ihrem Aussterben trug wohl auch das Verschwindender der meisten Landpflanzen bei.

Viele Wissenschaftler halten eine Serie von gigantischen Vulkanausbrüchen für die wahrscheinlichste Ursache des größten Massenaussterbens in der Erdgeschichte. Aber es war wohl komplizierter, so dass man heute davon ausgeht, dass mehrere verheerende Ereignisse (Vulkanausbrüche, Klimaänderungen, Schwankungen des Meeresspiegels und giftige Gase aus den Ozeanen) um die gleiche Zeit zusammentrafen und ineinander griffen.

Die globale Durchschnittstemperatur stieg um 6°C, die Weltmeere erwärmten sich um mindestens 8°C und versauerten, der Sauerstoffgehalt der Luft sank auf weniger als die Hälfte. Weite Meeresregionen verwandelten sich in tote, stinkende Kloaken. Am Ende der Ereignisse waren Meere und Kontinente leblose Wüsten.

Nur eine Handvoll Organismen schaffte es, zu überleben. Unter ihnen waren verschiedene kleine Amphibien und Reptilien, die sich nun allmählich auseinander entwickelten. Aus ihnen sollten später die heutigen Frösche, Salamander, Schildkröten, Echsen und Säugetiere hervorgehen. Zunächst verhalf das große Sterben wohl den Dinosauriern zu ihrem Aufstieg, indem es ihnen nun ökologische Nischen zugänglich machte, die andere Lebewesen zuvor eingenommen hatten.

Im Meer konnten sich bislang unbedeutende Gruppen, die vorher eher ein Randdasein geführt hatten, entfalten – etwa räuberische Vorfahren der modernen Fische, Kopffüßer, Schnecken und Krebse. Einige vollkommen neue Entwicklungslinien und Lebensgemeinschaften traten auf, darunter Krebs- und Hummerarten – und die ersten im Wasser lebenden Reptilien. Die ökologischen Neuerungen waren so markant, dass die Wissenschaft mit ihnen den Beginn einer ganz neuen Ära postulierten: Das Erdmittelalter oder Mesozoikum.

Der neue Artenreichtum nur knapp 1,3 Millionen Jahre nach dem Aussterben deutet auf eine rasche Erholung der Ökosysteme hin. Aber noch 50 Millionen Jahre später prägte die Katastrophe die Lebensgemeinschaften in den Ozeanen.

d) Massenaussterben am Ende der Trias

Gegen Ende der Trias, vor gut 200 Millionen Jahren, zogen starke geologische Kräfte den Superkontinent Pangäa, in dem damals alle Landmassen der Erde miteinander vereinigt waren, von Westen und Osten auseinander, so dass er zerbrach. Heute füllt der Atlantik die Lücke aus, damals aber lag dort ein Magmakanal. Mehr als eine halbe Million Jahre lang strömten riesige Lavamengen über weite Gebiete im ursprünglichen Zentrum Pangäas und schufen massive , teils mehrere Kilometer dicke Basaltformationen. Das freigesetzte Kohlenstoffdioxid verursachte einen dramatischen Klimawandel.

Womöglich hat aber auch ein Meteorit die Erde getroffen Darauf deutet hin, dass in der Grenzschicht zwischen Trias und Jura die Konzentration von Iridium erhöht ist. Auch ein scharfer Abfall in der Produktivität des Meeresplanktons in etwa 200 Millionen Jahre alten Gesteinen ist ein Anzeichen für einen Meteoriteneinschlag.

75 bis 80% aller damals lebenden Arten wurden vernichtet: Archosaurier, Placodontier (Meeresreptilien), große Amphibien (Riesenlurche), Conodonten (aalähnliche primitive Verwandte der Fische), wirbellose Meerestiere (Schwämme, Schnecken, Muscheln, Kopffüßer). Auch Korallen verschwanden fast völlig.

Die Massenvernichtung führte zum Auftauchen einer „neuen Welt“, offenbar einer der bedeutendsten Übergänge des Lebens im Verlauf der Evolution. Viele moderne Arten tauchten auf, von Wirbeltieren bis hinunter zum Plankton. Kleine, flinke, zweibeinige Raubsaurier hatten die Krise überlebt – und schon wenige Jahrtausende nach dem Massenaussterben nahm ihre Größe sprunghaft zu. Der Weg war frei für die Saurier.

Auch Säugetiere könnten erstmals aufgetaucht sein, vielleicht sogar noch früher. Viele Paläontologen argumentieren, dass die echten Säugetiere aber erst im im Jura entstanden, Millionen Jahre später.

e) Massenaussterben am Ende der Kreide

Als Ursache für das Massenaussterben vor 66,4 Millionen Jahren wird heute weitgehend übereinstimmend eine erdumfassende Katastrophe angenommen. Dabei geht man nur noch von zwei Möglichkeiten aus: Meteoriteneinschlag oder Vulkanismus. Beide Hypothesen lassen sich mit geologischen Befunden vereinbaren, die aber keine Entscheidung zugunsten der einen oder anderen zulassen.

Nach der Vulkanismus-Hypothese soll eine intensive Vulkantätigkeit in jener Zeit riesige Lavaströme freigesetzt haben. Dabei seien große Mengen von Kohlenstoffdioxid sowie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid in die Atmosphäre entlassen worden. Saurer Regen ließ das marine Plankton weitgehend absterben. Ruß und Kohlenstoffdioxid hätten nacheinander Temperaturrückgang und Erwärmung der Erde verursacht.

Der Vulkanismus könnte auch eine Folge des Meteoriteneinschlags gewesen sein, was aber nicht belegt ist. Einige Wissenschaftler glauben aber nicht an ein zufälliges zeitliches Zusammentreffen. Es konnte gezeigt werden, dass zwar Vulkanismus schon vor dem Impakt begonnen hatte, die ergiebigsten Eruptionen aber erst danach stattfanden.

Der Einschlag des 10 Kilometer großen und etwa eine Billion Tonnen schweren Astroiden am Nordwestrand der mexikanischen Halbinsel Yucatan erschütterte die Erdkruste und löste zunächst ein Erdbeben und Riesentsunamis mit Wellenhöhen von mehreren hundert Metern aus. Die Luft wurde mancherorts um hunderte Grad aufgeheizt. Verheerende Flächenbrände traten an den unterschiedlichsten Orten auf und dauerten Wochen an.

In gewaltigen Mengen entstanden verschiedene Gase, die die Erde vergifteten. Die Ozonschicht nahm bis auf Jahre hinaus um bis zu 90% ab. Der bis in die Stratosphäre aufgewirbelte Staub verteilte sich global in einen undurchsichtigen Schleier und tauchte die Erde für Monate in Dunkelheit. Sie kühlte dadurch merklich ab. Die Jahresmittel-temperatur an der Erdoberfläche fiel (nach Klimasimulationen von Julia Brugger vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung) um mindestens 26°C.

Der Kälte folgte dann wohl rasch für Jahrzehnte, vielleicht sogar Jahrhunderte, eine Phase der Erwärmung. Die Temperaturen stiegen auf Grund des Treibhauseffekts in der Atmosphäre um 10°C, bis in die Tiefe des Ozeans sogar um bis zu 15°C über die Normalwerte. Gleichzeitig wurde der Vulkanismus auf der Erde verstärkt.

Eine Fülle schwerer und komplexer Umweltschäden ließen die Welt aus ihrem ökologischen Gefüge brechen. Ganze Ökosysteme gingen zugrunde. Etwa 75% aller damaligen Arten und etwa 30% aller Tierfamilien starben aus, unter anderem auch die Ammoniten, Belemniten, viele Mollusken und zahlreiche einzellige Foraminiferenarten (Planktonlebewesen) – insgesamt 93% aller Planktonspezies. Weltweit wurden alle Landtiere mit einem Körpergewicht von mehr als 20 bis 25 Kilogramm und einer Größe von mehr als einem Meter ausgelöscht, so auch die dominanten Landtiere des Mesozoikums, die Dinosaurier. Stark betroffen waren auch die Landpflanzen. Es verschwanden zwar weniger Arten als bei den vorigen vier Massenaussterben, die ökologischen Umwälzungen waren aber ähnlich revolutionär wie am Ende des Perms.

Was das Leben rettete, war seine Vielfalt. Als sich der Staub wieder legte und das Licht zurückkehrte, erholten sich zunächst nur die Pflanzen, deren Sporen und Samen überlebt hatten. Es vollzog sich ein umfassender Wechsel in der Vegetation: Farne, Nadelbäume und Gingkogewächse wichen weitgehend den heute vorherrschenden Familien der bedecktsamigen Pflanzen (höhere Blütenpflanzen). Erst nach Hunderttausenden von Jahren hatte sich das Leben an Land wieder erholt, das Weltmeer sogar wohl erst nach drei Millionen Jahren.

Von den kleineren Landtieren waren selektiv nur diejenigen am Leben geblieben, die durch spezifische Eigenheiten, wie grabende Lebensweise, Kälteresistenz usw., für diese neuen Lebensbedingungen prädestiniert waren und die auch weiterhin genügend Nahrung gefunden hatten – wie beispielsweise Krokodile oder Schildkröten, sowie kleine Säugetiere und Reptilien, die sich von in Humus lebenden Insekten oder von Würmern ernährten.

Der Weg wurde frei für den Aufstieg von Vögeln und Säugetieren. Es hat ihnen wahrscheinlich auch geholfen, dass sie ihre Körpertemperatur konstant halten konnten. Dank ihrer differenzierten Zähne konnten die Säuger sehr unterschiedliche Nahrung zu sich nehmen. Außerdem zahlte sich aus, dass sie ihren Nachwuchs lebend zur Welt brachten, und die Kleinen so lange gesäugt werden konnten, bis sie alleine klar kamen.

Aber erst nach mehreren Millionen Jahren entwickelte sich wieder jene Artenvielfalt, die ursprünglich vorhanden war. Ohne dieses katastrophale Ereignis aber hätten Säugetiere wohl kaum ihren Artenreichtum entwickeln können – und es gäbe mit Sicherheit heute keine Menschen.

Das sechste Massenaussterben?

Von allen jemals existierenden Arten sind heute schätzungsweise weniger als 1% erhalten. Aussterben scheint eine dem Leben – insbesondere den höheren Formen – inhärente (innewohnende) Erscheinung zu sein, ausgelöst zu einem langfristig nicht vorhersagbaren Zeitpunkt. Zwischen ein und zehn Milliarden Jahren beträgt nach Berechnungen der Wissenschaftler die durchschnittliche Lebenszeit einer Spezies.

Derzeit ist womöglich schon ein sechstes großes Massenaussterben im Gange. Durch seine bisher noch weitgehend ungehemmte Vermehrung und Ausbreitung bringt der Mensch das natürliche Gleichgewicht auf unserer Erde ins Wanken. Mit dem Verlust funktionierender Ökosysteme steht einiges auf dem Spiel: Nicht nur die wirtschaftliche und gesundheitliche Basis der Menschheit ist gefährdet, auch die Artenvielfalt ist bedroht.

In den meisten Zeiten der Erdgeschichte lag das normale „Hintergrund-Aussterben“ von Organismen bei zwei bis drei Arten pro Jahr. Meist wurde es durch die Evolution neuer Spezies ausgeglichen oder sogar mehr als wettgemacht. Dagegen übersteigt die gegenwärtige Aussterberate die bekannte Evolutionsrate bei weitem. Nie zuvor war sie in den letzten paar Dutzend Millionen Jahren höher als heute.

Zwar haben die Menschen wahrscheinlich schon vor Zehntausenden von Jahren Säuger- und Vogelarten ausgerottet, z. B. vor 50 000 Jahren den straußengroßen Vogel Genyornis. Aber vor etwa 30 000 Jahren bestand noch die größte Artendiversität bei Insekten, Wirbeltieren und Samenpflanzen. Seitdem übt der Mensch jedoch einen erheblichen negativen Einfluss auf die Organismenwelt aus. Nach Schätzungen kosten die Aktivitäten des Menschen heute jeden Tag 100 bis 200 Arten die Existenz. Ihre Erbinformation, gewonnen in vier Milliarden Jahren Evolution, ist damit verloren. Fatal ist, dass die meisten Arten, die verschwinden, bislang wissenschaftlich überhaupt noch nicht erfasst wurden.

Rund ein Drittel der Wirbeltierarten auf der Erde gilt als gefährdet. 40% aller wirbellosen Spezies, die die Internationale Tierschutzorganisation katalogisiert hat, sind vom Aussterben bedroht. Forscher um Rodolfo Dirzo (Stanford University, Kalifornien) sprechen von einer „Defaunation“, also von einem Kahlschlag in der Tierwelt – analog zu einer „Deforestation“, dem Abholzen der Wälder. Selbst die Populationsgröße von Arten, die nicht vom Aussterben bedroht sind, ist in den letzten Jahrzehnten durchschnittlich um 28% geschrumpft.

Noch handelt es sich nicht um ein Massenaussterben. Laut Definition ist erst dann davon die Rede, wenn mehr als 50% der Tier- und Pflanzenwelt über einen geologisch kurzen Zeitraum verschwinden. Derzeit ist die Aussterberate aber immerhin schon etwa tausendmal so hoch wie die natürlich bedingte. Durch den Klimawandel wird sich der Trend noch beschleunigen. Man nimmt an, dass bis 2100 beispielsweise etwa 20% der Landvögel in der westlichen Hemisphäre aufgrund der Klimaerwärmung verschwunden sein werden.

Der Biologe E. O. Wilson meinte schon 1984, dass der gegenwärtige Prozess der Zerstörung natürlicher Lebensräume verbunden mit dem Verlust an genetischer Vielfalt und Artenvielfalt, dessen Korrektur Millionen von Jahren erfordern wird, die Torheit ist, die unsere Nachkommen uns am wenigsten verzeihen werden. Nur der radikale Wandel unseres ökonomischen und ökologischen Handelns kann vielleicht noch das Schlimmste verhindern.

REM