VI_SoftGene_Einige_Erweiterungen_zur_Evolution

„SoftGene – wie die Evolution unsere Kultur hervorbringt.“

Hauptteil VI: Einige Erweiterungen zur Evolutionstheorie

Einige Erweiterungen zur Evolutionstheorie

Die Evolutionsforschung befindet sich in einer misslichen Lage: Mit der Evolutionstheorie haben die Biologen eine Theorie, die ihnen viele Beobachtungen sinnvoll erklärt, es gibt kaum Gegenargumente. Aber es gibt auch keine unsichtbare „vis vitalis“, keine Lebenskraft oder sonst einen „biologischen“ Mechanismus, der erklären könnte, wie aus einfachen Lebewesen komplexere entstanden sind. Die Biologie allein kann nicht erklären, welche inneren Triebkräfte der Evolution innewohnen. Und auch aus dem Prinzip der Sparsamkeit heraus sollten wir Evolution als ein im Physikalischen verankertes Phänomen vermuten. Auch kann die Evolution nicht auf das Lebendige allein beschränkt sein, sie muss notwendig schon auf der Basis von einfachen Molekülen gewirkt haben. Es muss schon vor der Entstehung der ersten lebenden Zellen auf der Erde eine „chemische Evolution“ gegeben haben, die in einzelnen kleinen Schritten hin zur funktionstüchtigen Zelle führte. Und so umfasst die Theorie der Evolution „neben der Theorie der biologischen Evolution der Organismen auch das Problem der Entstehung der ersten Urlebewesen aus unbelebter (toter) Materie.“[1] Darwin vermutete, dass das Leben „in einem warmen Tümpel unter Reaktion von Ammonium- und Phosphatsalzen“[2] entstanden sein könnte. Zwar nehmen die Forscher heute eher an, dass sich das Leben an unterseeischen Vulkanschloten entwickelt hat, aber kaum jemand bezweifelt noch, dass sich die Entstehung des Lebens bis auf einzelne Moleküle zurückführen lässt. Die chemischen Moleküle auf der Urerde hatten nun ihrerseits eine Evolution hinter sich, die genau genommen bis zum Urknall zurückreicht.

Und in Bezug auf die menschliche Kultur müssen wir die Evolution in einen anderen Bereich hinein erweitern, den Richard Dawkins als „Meme“ bezeichnete. Denn nicht nur Verhaltensweisen, sondern auch unsere Kulturbausteine werden vererbt.

[1] Kutschera 2001, S. 15

[2] Marty 2009, S. 49

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Die atomare Evolution

Der Begriff Evolution taucht heute in vielen Zusammenhängen auf: Ulrich Kutschera schreibt dazu: Aufgrund dieser allgemeinen Bedeutung des Evolutionsbegriffs gibt es z.B. in der Physik Untersuchungen zur Evolution des Universums, der Galaxien und der Erdatmosphäre.[1] Wenn wir die Evolution nicht auf die Biologie allein beschränken, können wir sie grob in vier Abschnitte einteilen: Die „Atomare Evolution“ der Materie vom Urknall bis zur Urerde, die „Chemische Evolution“ von der Entstehung der Erde bis zur Entwicklung der ersten Zelle und dann erst setzt die „Biologische Evolution“ von der ersten Zelle bis zum Menschen ein. Schließlich sehen wir heute eine „Soziokulturelle“ und „Technologische Evolution“, also die Entwicklung von Gesellschaften, der Kultur und der Technik. Machen wir uns das an der ersten, der atomaren Evolution klar, zu unseren Vorfahren gehörten nicht nur affenähnliche Säugetiere, sondern wir sind buchstäblich Töchter und Söhne erloschener Sterne.

Alles Leben auf diesem Planeten basiert mehr oder weniger auf demselben Molekül, der DNS. Wir können unsere eigene DNS bis auf ein erstes dieser Art in einer ununterbrochenen Verkettung aufeinander folgender Entwicklungsschritte zurückverfolgen. Unser Urvorfahr LUCA stammt wahrscheinlich aus dem Hadaikum oder frühen Archaikum von vor mindestens 3,5 Milliarden Jahren. Die Entwicklung der Atome, aus denen dieses Urmodell des Lebens aufgebaut war, können wir wiederum weiter zurück verfolgen bis zum Anbeginn der Zeit. Wie in einem Eingangskapitel gefordert, muss jede solide gedankliche Konstruktion auf einem sicheren Fundament stehen – denn aus etwas Falschem folgt immer etwas Richtiges. Dann müssen wir genau das fordern, dass sich das menschliche Sein lückenlos und logisch valid bis auf den ersten Augenblick des Universums zurückführen lässt. Im Christlichen Glauben ist das nicht anders, dort lässt sich das Menschengeschlecht bis auf den Schöpfungsakt Gottes zurückführen, und daraus folgte dann die herausgehobene Stellung des Menschen. Heute vermuten die Kosmologen: Zu Beginn allen Seins war nicht das Wort[2], sondern ein „Knall“. Der Urknall bezeichnet den Beginn unseres Universums vor etwa 13,8 Mrd. Jahren. Alles was ist, der Mensch eingeschlossen, ist Nachglühen des Urknalls. Unser Universum begann unendlich klein, dicht und heiß und deutlich unterkomplex. Es gab nur Energie und Materie der elementarsten Form. Chemische Prozesse waren noch kaum möglich, da zunächst nur viel Wasserstoff (75 Prozent), reichlich Helium (23 Prozent), etwas Lithium, aber so gut wie keine schwereren Atomkerne entstanden.

Die höheren chemischen Elemente, die die steinernen Planeten bilden und unverzichtbar für unsere Körperchemie sind, wurden zunächst in großen heißen Sonnen und final dann während gewaltiger Explosionen aus dem Urmaterial fusioniert. Diese Supernovae-Ausbrüchen der sterbenden Sonnen verstreuten die erbrüteten neuen Elemente weit ins Universum. Dort mischten sie sich, von Beryllium über Sauerstoff und Kohlenstoff bis hin zum Uran, mit den Wasserstoff/Heliumgasen des Urknalls und daraus formten sich wieder neue Sonnen wie z.B. die Unsere. Erst eine Sonne der zweiten oder dritten Generation kann überhaupt steinerne Planeten und im Idealfall intelligentes Leben beherbergen.

Nahe des Zentrums einer Gaswolken, dort wo das Gas vor vielleicht 4,55 Mrd. Jahren unter dem Einfluss der Gravitation kollabierte und das Sonnenfeuer zündete, bildeten sich im heißen Umfeld um unsere entstehende Sonne die steinernen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Viel weiter draußen im All, dort wo es eisig kalt war, formten sich die Gasriesen wie Jupiter und Saturn, Uranus und Neptun, die überwiegend aus der Urmaterie Wasserstoff und Helium bestehen. Der Selektionsprozess der chemischen Elemente war dabei an die Temperatur und an die Bindungsfähigkeit gekoppelt: Nahe an der Protosonne, dort wo es heiß war, sammelten sich die temperaturstabileren chemischen Verbindungen, leichte chemische Elemente wurden über den einsetzenden Sonnenwind nach außen verweht und konnten sich erst weit draußen zu Gasriesen formen. Elemente, die miteinander vielfältige Verbindungen eingehen konnten, also gewissermaßen miteinander kooperierten, konnten sich nahe der Sonne halten und sich so den Weg zu immer höherer Komplexität eröffnen, einen Weg, der schließlich zur Entstehung des Lebens führte. Bemerkenswert in diesem Zusammenhang ist auch, dass Kohlenstoff dabei zum Hauptakteur wurde, ein Element, das an sich selbst binden kann, also im elementarsten Sinne selbstbezüglich ist. Selbstbezüglichkeit ist der Kern der evolutionären Entwicklung, wie wir noch sehen werden.

Bei der atomaren Evolution fehlte noch das Merkmal der Reproduktion. Reproduktion als weiteres bestimmendes Merkmal einer Evolution finden wir erst bei der chemischen Evolution auf der Erde, bei den vorbiologischen Molekülen wie vielleicht der RNS. Von da führt uns der Pfad weiter zu allem was lebt. Alle Organismen bestehen aus demselben Material, funktionieren nach denselben Prinzipien und sind alle miteinander verwandt. Es ist bereits im Urknall angelegt: Materie und physikalische Gesetze verfügten von Anfang an über das emergente Potential, etwas hervorzubringen, das über diese Materie und Physik nachzudenken im Stande ist – den Menschen. Am Anfang war zwar nicht das Wort, so wie es in der Bibel stand, aber an dieser Stelle hat die Bibel recht: „Denn Staub bist du […]“[3] – Sternenstaub. Wir alle sind aus Sternenstaub geboren.

[1] Kutschera 2001, S. 15

[2] vgl. Johannes 1, 1 (Lutherbibel 2017)

[3] 1. Mose 3.19 (Lutherbibel 2017)

Die chemische Evolution

Die atomare und chemische Evolution erstreckten sich vom Wasserstoff des Urknalls über die Entstehung schwererer chemischer Elemente in den ersten Sonnen bis hin zum reichhaltigen Inventar der frühen Erde mit Gesteinen, Mineralen und den Grundbausteinen der organischen Chemie. Nachdem die frühe Erde an der Oberfläche abgekühlt war und sich das Wasser unterhalb des Himmels an einem Ort gesammelt, und das Trockene[1] sichtbar geworden war, wie es die Bibel ausdrückt, setzte die chemische Evolution ein. Sie „umfasst die Entwicklung mehrerer wichtiger Bausteine des Lebens bis hin zu den ersten Nukleinsäuren und wurde ausschließlich von den allgemein gültigen Prinzipien beherrscht, die über das Verhalten der Atome und Moleküle bestimmen.“[2]

Irgendwann tauchen auf unserer Erde Moleküle mit der Fähigkeit auf, Kopien ihrer selbst zu erzeugen. Im engeren Sinne ist Evolution genau an diese Fähigkeit gekoppelt: sich zu reproduzieren. Jeder Kopiervorgang ist fehleranfällig, was in der Regel unvorteilhaft ist. Manchmal aber führen fehlerhafte Kopien zu realen Verbesserungen. Diese Verbesserungen werden sich gegenüber den Vormodellen mit der Zeit durchsetzen, vorteilhafte Mutationen werden selektiert.

Kohlenstoff hat einzigartige Fähigkeiten, komplexe Verbindungen einzugehen, weil es sich an sich selbst binden kann. Unter den spezifischen Bedingungen der Erde entstanden aus Kohlenstoffverbindungen die Grundbausteine der ersten Zellen. Die Zeit, die die Chemie der Urerde benötigte, um die ersten Einzeller hervorzubringen, war erstaunlich kurz. Schon vor 3,5 Mrd. Jahren fanden sich die ersten Spuren voll entwickelter Einzeller und die biologische Evolution hatte eingesetzt. Das Leben begann damit, sich zu entfalten und dabei seine Umwelt grundlegend umzugestalten, bis unser Planet vor 2,4 Mrd. Jahren in die sogenannte „Großen Sauerstoffkatastrophe“ schlitterte. Die Umgestaltung war gewisser Maßen Unkultur, also das Gegenteil einer Umgestaltung der Umwelt zum eigenen Nutzen, es war ein Kollateralschaden. Cyanobakterien hatten die Photosynthese entwickelt und setzten nun als Abfallprodukt Sauerstoff frei. Diese Abfallproduktion reicherte die bis dahin vorwiegend aus Stickstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid bestehende Atmosphäre und auch das Meer mit Sauerstoff an, ein Stoff, der für viele damalige anaerobe Lebewesen giftig war.[3] Aber erst diese erste von Organismen verursachte globale Umweltkatastrophe ermöglichte schließlich die Entstehung von Tieren auf dem Festland. Selbst unsere Fähigkeiten, globale Katastrophen zu verursachen, können wir also auf unsere Ahnenreihe bis zum Anfang des Lebens auf der Erde zurückführen.

Und das war nicht die einzige Umgestaltung der Erde mit weitreichenden Konsequenzen. Die ersten Lebewesen hatten es ausschließlich mit einer wässrigen oder mineralischen Umwelt zu tun. Aber mit der Zeit wurde das Leben auf der Erde immer vielfältiger, breitete sich in alle ökologische Nischen aus, bis Leben fast nur noch von anderem Leben umgeben war. Leben wurde zu einem weltumspannenden, in gegenseitiger Konkurrenz und Kooperation verflochtenen Superorganismus, zu Gaia. Seit dieser Zeit besteht die wichtigste Komponente der Umwelt für Organismen aus anderen Organismen. Auch diese Entwicklung hat der Mensch nur nachgezeichnet, wenn für uns Menschen heute die wichtigste Komponente unserer Umwelt andere Menschen und ihre Kultur sind.

[1] vgl. 1. Mose 1.9 (Lutherbibel 2017)

[2] De Duve 2008, S. 74

[3] vgl. scinexx.de/news/biowissen/sauerstoffschock-durch-vielzelligkeit/

Die Technologische Evolution

Die derzeitige technologische Entwicklung weist deutliche Parallelen zu einer anderen revolutionären Zeit auf, zum Kambrium. Als Kambrium bezeichnen die Geologen ein Periode der Erdgeschichte im Zeitraum ca. 541 bis 485 Mio. Jahren vor heute. Das als „kambrische Radiation“ bezeichnete Phänomen verweist auf „das fast gleichzeitige erstmalige Vorkommen von Vertretern fast aller heutigen Tierstämme im geologisch winzigen Zeitraum von 5 bis 10 Mio. Jahren zu Beginn des Kambriums.“[1]

Wir leben heute im geologischen Zeitalter des Anthropozäns, des vom Menschen geprägten Zeitalters. Die heutige anthropozäne Radiation von technischen Geräten ist durchaus mit der kambrischen Radiation der Tierwelt zu vergleichen. Sie ist so umfassend wie die Entwicklung der mehrzelligen Lebewesen im Kambrium und sie wird unseren Planeten in grundlegender Weise verändern.

Evolution bedeutet, dass sich Lebewesen an die Umwelt bestmöglich anpassen. Aber es gilt, wie wir an vielen Beispielen gesehen haben, auch das Umgekehrte: Lebewesen verändern die Umwelt zu ihren Gunsten, insbesondere tut dieses der Mensch. Heute besteht die menschliche Umwelt mehr und mehr aus kulturellen Erzeugnissen: aus Agrar- und Kulturlandschaften, aus Straßen und Häusern, aus Autos, Schiffen und Flugzeugen, aus Waschmaschinen und Smartphones, aus Literatur, Radio, und Netflix. All das bildet eine neue Sphäre, die Kultursphäre, denn alle diese Artefakte sind untrennbar miteinander verwoben.

Die Entwicklung beispielsweise der Autos hat die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten in schöner Analogie nachgezeichnet. Vergegenwärtigen Sie sich ein Auto um 1900: Sie haben ein etwas grobes Gefährt vor sich, bestehend nur aus mechanischen Teilen, die ineinander greifen und im Aufbau noch sehr einer Pferdekutsche ähnelt. Mit der Entwicklung des Transistors, den wir in Analogie zur Entwicklung der Neuronen bei den ersten höheren Organismen sehen können, bekam das Auto seine ersten elektronischen Bauteile. Die Elektronik wurde immer ausgefeilter, schließlich, mit der Entwicklung des Computers, bekam das Auto eine Art primitives Gehirn. Ab spätestens diesem Zeitpunkt gehören neben den mechanischen Bauteilen und der Elektronik auch Software zum Auto, die immer weiter entwickelt wird und ohne die heute kein Auto mehr fährt. Die nächste Evolutionsstufe wird vielleicht das selbstfahrende Auto sein. Der mechanische Teil des Autos wird dann im Vergleich zur Software eine immer geringere Rolle spielen.

Und auch in unserer heutigen Technosphäre hängt alles mit allem zusammen. Kein I-Phone ohne hochentwickelte Landwirtschaft, ohne Bergbau. Die Ausgangsprodukte für das Smartphone sind aus den Kreisläufen der Geologie auf der Erde entstanden und müssen entdeckt, geschürft oder gefördert und verarbeitet werden. Es musste eine Jahrtausende alte Kultur der Wissensaneignung und Weitergabe entstehen, damit das Wissen um Elektrizität, Funkwellen und Halbleiter verstanden wurde. In dem technischen Gerät selbst stecken tausende verschiedener kleiner Bauteile, die alle entwickelt, gefertigt und zusammengefügt werden müssen. Das alles verlangt globale Handelsnetze, eine weltumspannende Kooperation und möglicher Weise sieben Milliarden Menschen! Diese weltweite Kooperation wurde möglich, weil sich bei allen Beteiligten ein Mehrwert einstellte, was die Wirtschaftswissenschaftler den „Vorteil der komparativen Kosten“ nennen. Darauf werde ich später zurückkommen. Und es ist nicht nur ein Mehrwert in abstrakter oder monetärer Art entstanden sondern aus dieser weltumspannenden Kooperation folgte eine emergente Neuheit , etwas nie dagewesenes – das I-Phone.

Man kann über den jetzigen Umbau des Planeten sicherlich betrübt sein, vor allem, weil er auf Kosten vieler Arten voran schreitet. Nicht zu leugnen ist aber auch, dass in der sich ausbreitenden Kultursphäre eine ungeahnte Fülle an neuen „Wesen“ auftaucht: Dampfmaschinen, Autos, Waschmaschinen, Roboter und Satelliten. Die ersten technischen Geräte waren noch „geistlos“, das ändert sich allerdings gerade mit atemberaubender Geschwindigkeit – selbst Ampeln fangen an, mitzudenken und regeln auf smarte Weise den Verkehrsfluss. Das wird schließlich zu einem interessanten Phänomen führen, zu einer eigenständigen Robotkultur. In ihr werden Roboter autonom in ihrer eigenen ökologischen Nische, etwa einer vollautomatisierten und menschenleeren Fabrik, miteinander interagieren. Spätestens mit dem Auftauchen der Robotern und der KI können wir darüber spekulieren, ob wir es mit einer neuen Art von Lebensform zu tun haben. Dann wäre die menschliche Kultur notwendige Voraussetzung für diese neue Evolution.

Und zum Teil vermischen sich die Dinge: Forscher versuchen auf der Grundlage der Funktionsweise von beispielsweise Insektengehirnen, Computer leistungsfähiger zu machen: „Die spektakulärsten Fortschritte der Computerentwicklung könnten künftig auf lernenden Maschinen beruhen, deren Hardware, Algorithmen und Software die noch lange unerreichten Leistungen natürlicher Gehirne nachzubilden versuchen.“[2]

Wir Menschen löschen nicht nur eine Menge Arten aus, sondern sind vermutlich auch bald in der Lage, ausgestorbene Arten wieder zu neuem Leben zu erwecken. Jedenfalls arbeiten Forscher schon daran, das Mammut neu zu erschaffen.[3] Daneben stehen wir an der Schwelle, gänzlich neue Arten von Lebewesen mit Hilfe der Gentechnik zu kreieren – auch das gehört zur antropozänen Radiation. Es ist wie immer, seit es Leben auf diesem Planten gibt: Altes verschwindet und Neues füllt die freiwerdenden ökologischen Nischen aus oder erobert neue Nischen, zur Zeit z.B. den nahen Weltraum.

Die Evolution umfasst also nicht nur die Biologie, sie war davor und ist bis heute in unserer kulturellen und technologischen Entwicklung wirksam. Lassen Sie uns nun noch einige speziellere Aspekte der Evolution untersuchen.

[1] wikipedia.org/wiki/Kambrische_Explosion

[2] Springer 2020

[3] Viering 2017