Vom Sternenstaub zur Entstehung des Lebens

Seit der Entstehung des Weltalls vor fast 14 Milliarden Jahren sind unzählige Sterne erloschen oder explodiert. Sie lieferten den Grundstoff für unseren Planeten - und das Leben auf ihm

Plötzlich flammt ein Gestirn auf und strahlt innerhalb weniger Wochen oder Monate so viel Energie ab wie unsere Sonne in Jahrmillionen. Sein Kern fällt in sich zusammen, die äußeren Schichten werden ins All geschleudert. Auf diese Weise enden Sterne seit 13,4 Milliarden Jahren in so genannten Supernovae. Vermischt mit interstellarem Gas, treiben die Überreste durch den Raum - bis sich aus ihnen neue Sterne und Planeten bilden.

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Tod eines Sterns

Vor etwa fünf Milliarden Jahren gerät unsere Milchstraße unter den Schwere-Einfluss einer anderen Galaxie (oben). Durch die Wechselwirkungen zwischen beiden schießen aus dem Zentrum der Milchstraße Gasfontänen ins All. Zugleich führen Gravitationseffekte dazu, dass sich in einem Spiralarm (vorn rechts) eine "Dunkelwolke" bildet: Gas, Eis und Sternenstaub ballen sich darin zu Molekülwolken, die oft unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren. Tausendfach entstehen dadurch neue Sterne, die diese Region des Universums in rotes Licht tauchen. Aus einem von ihnen entwickelt sich nach und nach unsere Sonne.

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Sternengeburt im Spiralarm

Vor knapp 4,6 Milliarden Jahren entzündet sich das Material eines jungen Sterns: Unsere Sonne leuchtet erstmals auf. Eine Wolke aus Gas und Staub, die zuvor um sie rotierte, kondensiert zu einer wirbelnden Scheibe. Zunächst verschmelzen darin winzige Staubkörnchen, dann bilden sich durch weitere Zusammenschlüsse - meist Folge heftiger Kollisionen - Körper mit Durchmessern von manchmal schon mehreren hundert Kilometern. Diese "Planetesimale" sind das Rohmaterial, aus dem sich die Planeten formen. Durch immer neue Karambolagen und Vereinigungen lichtet sich allmählich das Feld der um die Sonne jagenden Brocken - bis am Ende die neun Planeten mit ihren insgesamt über 100 Monden sowie die Asteroiden unseres Sonnensystems übrig bleiben.

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Der Stoff, aus dem Planeten werden

Aus zahlreichen Planetesimalen ist rund 70 Millionen Jahre nach der Sonnenzündung ein Erdvorläufer herangewachsen. Noch ist er kleiner, als unsere Erde schließlich sein wird. Auf diese Proto-Erde prallt vor 4,5 Milliarden Jahren ein marsgroßer Himmelskörper und reißt große Teile des Erdmantels heraus. Sie verdampfen durch die dabei frei werdende Energie ebenso wie Bruchstücke des Einschlagkörpers. Das so entstandene Gas sammelt sich in einer Wolke, die die Erde umkreist. Doch schon bald klumpt das lockere Material zu einem einzigen feurigen Körper zusammen: dem Mond. Er umrundet die Erde anfangs in nur rund 20000 Kilometer Höhe. Nach und nach aber setzt er sich immer weiter von ihr ab. Zurzeit ist er im Mittel 384400 Kilometer entfernt.

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Trabant aus dem Crash

Durch den gewaltigen Einschlag, der zur Entstehung des Mondes geführt hat, schmilzt die Erde erneut bis in große Tiefen auf. Als die Oberfläche allmählich abkühlt, kristallisiert dort die Schmelze zu einer beständigen steinernen Kruste. Von Feuerströmen und Asteroiden-Einschlägen stets aufs neue zerrissen, schwimmen Krustenteile anfangs als wieder und wieder eintauchende Flöße auf der wallenden Glut. Mit der Lava quellen vulkanische Gase heraus - hauptsächlich Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff - und bilden um den Planeten eine dünne Atmosphäre. Auch die Kruste des Mondes ist noch fragil, aber eine Atmosphäre entwickelt sich dort nicht: Die Schwerkraft des Erdbegleiters ist nicht groß genug, um eine Gashülle halten zu können.

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Steinerne Flöße über vulkanischer Glut

Die Oberfläche der Erde hat sich auf weniger als 100 Grad Celsius abgekühlt. Am Erdboden schlägt sich der von Vulkanen ausgestoßene Wasserdampf als Wasser nieder und sammelt sich in Senken. Auch zahlreiche auf die Erde stürzende Kometen mit ihrem hohen Anteil von Eis tragen zur Bildung von Seen bei. Schließlich entsteht ein Ozean: das Urmeer. Der Wasserkreislauf kommt in Gang. Niederschläge, Wind und Temperaturwechsel lassen das jetzt feste Gestein erodieren. Zerbröselt und gelöst, wird es von Wind und Wasser mehr oder weniger weit transportiert und abgelagert. Daraus entstehen wiederum neue Gesteine - und schließlich auch die Kontinente.

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Ein Ozean fällt vom Himmel

Wie und wann genau das Leben auf die Erde kam, ist ungewiss - Schätzungen gehen von über 3,5 Milliarden Jahren aus. Schauplatz der Entwicklung von toter zu lebender Materie waren möglicherweise "Black Smoker" ("Schwarze Raucher") - schornsteinartige Gebilde, wie sie noch heute in der Tiefsee zu finden sind. Dort dringen heiße Wässer aus dem vulkanischen Boden, die Verbindungen von Metallen mit Schwefel gelöst enthalten. Beim Austritt und der plötzlichen Abkühlung werden diese Sulfide ausgefällt - schlagen sich also in der Umgebung der Quelle nieder. Eisensulfid ist ein guter Katalysator für die Bildung kompliziert gebauter organischer Verbindungen aus einfachen chemischen Substanzen. Diese formieren sich im Schutz der Black-Smoker-Wände nach und nach zu komplexen Molekülketten, die sich irgendwann selbst kopieren können und schließlich schützende Hüllen entwickeln: die Zellmembran und die Zellwand. Damit ist die erste Zelle entstanden - Ursprung allen Lebens auf Erden.

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Schöpfungsakt in der Tiefsee?

Vor mehr als 2,5 Milliarden Jahren vollzieht das Leben auf der Erde einen entscheidenden Schritt: Bisher beziehen die Einzeller ihre Lebensenergie aus einer Vielzahl chemischer, lichtunabhängiger Prozesse (wie auch heute noch). Nun entwickeln sie zudem die Photosynthese, durch die sie - wie später die Pflanzen - mithilfe der Lichtenergie aus Kohlendioxid und Wasser Zucker bilden können. Zur Photosynthese fähige Cyanobakterien bauen allmählich in flachem Wasser "Stromatolithen" ("Deckensteine") auf, die vorwiegend aus Kolonien von Cyanobakterien und Kalkablagerungen bestehen. Als Abfallprodukt der Photosynthese entsteht Sauerstoff. Über lange Zeit verbindet sich der Sauerstoff unverzüglich mit dem im Wasser gelösten Eisen wie auch mit Schwefelverbindungen. Schließlich aber steigt er als Gas aus dem Meer in die bis dahin sauerstofflose Atmosphäre auf: Voraussetzung für die Entwicklung des uns vertrauten höheren Lebens an Land.

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Bakterien ermöglichen höheres Leben

Das irdische Klima ist unbeständig. Im Laufe der Erdgeschichte ist es mal sehr viel wärmer als heute und mal bitterkalt. In einer der unwirtlichsten Perioden, die vor etwa 750 Millionen Jahren beginnt und insgesamt 170 Millionen Jahre andauert, vereist der Planet mehrfach bis auf wenige Wasserflächen in Äquatornähe und zieht wie ein gleißender Schneeball durchs All. Doch Vulkane brennen sich als Glutpunkte durch das kilometerdicke Eis und blasen Asche und Gase in die Luft. Allmählich erhöht sich dabei der Gehalt der Atmosphäre an Kohlendioxid. Infolge des dadurch ausgelösten Treibhauseffekts schmilzt das Eis jeweils innerhalb weniger Jahrhunderte vollständig ab - die Erde wird dadurch zuletzt vor 580 Millionen Jahren vorübergehend zum heißen Planeten.

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Die Erde als Schneeball

Nach dem Blitzstart der Bakterien kommt das Leben über Milliarden Jahre nur langsam voran. Plötzlich jedoch - zumindest in geologischen Zeiträumen gesehen - beginnt es sich stürmisch zu entfalten. Besonders zu Beginn der erdgeschichtlichen Epoche Kambrium tritt eine Vielzahl relativ hoch entwickelter, vor allem hartschaliger Tiere auf. Wissenschaftler sprechen von der "Kambrischen Radiation", in der sich das tierische Leben in alle möglichen Richtungen aufspaltet. Neben seltsamen Wesen, die sich der modernen Fauna schwer zuordnen lassen, werden die Meere von Vertretern aller Tierstämme bevölkert, die noch heute anzutreffen sind.

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Das tierische Leben entfaltet sich

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