KOSMOLOGIE - Aktuelle Entstehungstheorien
Entstehung des Universums
Nach der Urknall-Theorie war vor etwa 15 Milliarden Jahren
alle in unserem Universum enthaltene Materie auf einen Punkt konzentriert. Mit
einer gewaltigen Explosion begann die Existenz des Weltalls, das heißt die
Expansion von Raum, Zeit und Materie.
Die Chaostheorie nimmt vor dem Urknall ein fluktuierendes
Energiefeld an, das sich durch winzige Schwankungen an einigen Stellen
verdichtete. Dadurch verschob sich zunehmend das Gleichgewicht.
Selbstverstärkungen und Rückkopplungseffekte verstärkten die Schwankungen, bis
das System umkippte in eine neue Qualität: Materie. Sie expandierte explosionsartig
nach allen Seiten und bildete den Weltraum.
Energie, Teilchen und Kräfte begannen in der Welt zu wirken.
Die jeweils am weitesten vorgestoßene Raumzeit bildete die Grenze des
Universums, das nach der Relativitätstheorie
in einer vierten Dimension gekrümmt und damit endlich ist.
Schon in den ersten Minuten fügten sich in der
Explosionswolke Protonen und Elektronen zu Wasserstoffatomen zusammen. Riesige
Wasserstoffwolken rotierten, verdichteten sich und kollabierten zu den Sternen
der ersten Generation. In den Zentren dieser Sonnen entstanden durch atomare
Fusion die schweren Elemente. Nach ihrem Ausbrennen starben die Sterne in
Super-Nova-Explosionen und schleuderten ihre Elemente als feinen Staub in den
freien Weltraum (Victor Weisskopf).
Dieser verdichtete sich wieder durch Rotation und bildete
neue Sterne, in denen leichtere Elemente ausgebrütet wurden. Acht Milliarden
Jahre vergingen, bis mehrere Sternengenerationen alle Elemente hervorgebracht
hatten, aus denen unsere Welt heute besteht.
Entwicklung des Sonnensystems
Aus den Ur-Nebeln von Wasserstoffgas und elementaren
Staubpartikeln bildeten sich immer neue Sterne. Myriaden von Sonnen
organisierten sich zu spiralförmigen Galaxien, die um ihre eigene Achse
rotierten, während sie sich durch die Dehnung des Raumes von den anderen Galaxien
entfernten (Weisskopf).
Auch unser Sonnensystem ist etwa zehn Milliarden Jahre post
Big Bang aus einer solchen rotierenden Gas-Staub-Wolke entstanden, die bereits
die meisten aller heute bekannten Elemente enthielt.
Im Co-Rotationskreis eines äußeren Armes unserer Milchstraße
entstand eine typische Verdichtungszone von kosmischem Staub, in dem sich eine
Super-Nova ereignet hatte. Ihre Druckwelle umschloss die Staubwolke und presste
sie dicht zusammen, bis sie unter diesem Druck und ihrer eigenen Schwerkraft
kollabierte.
Dabei wurde sie in eine Rotation versetzt, die sich ständig
erhöhte und im Laufe der Zeit eine linsenförmige Abplattung des Gebildes in der
Äquatorebene verursachte. Im Zentrum dieser nun scheibenförmig rotierenden
Urwolke formte sich der Keim unserer Sonne.
Bei dem Kollaps hatten sich einzelne Nebenfetzen abgelöst
und rotierten nun um ihre eigene Achse. Nachdem die Orbitalgeschwindigkeit der
gesamten Scheibe erreicht war, machten sich diese äußeren Nebenfragmente
selbständig, blieben jedoch an die Schwerkraft des Protosterns gebunden und umkreisten
ihn.
Die zunehmende Beschleunigung der Rotation bewirkte eine
Erhöhung der Dichte innerhalb der Gas-Staub-Wolke, bis ein Stadium der
Kollision eintrat: In einem chaotischen Trommelfeuer stießen die Staubpartikel
zusammen und blieben aneinander haften, so dass größere Staubbälle entstanden.
Diese zogen wieder kleinere Staubbälle an, die sie umkreisten, und
konstituierten so die Ur-Planetensysteme mit ihren Monden.
Das Gas war vorerst noch in größeren Mengen vorhanden und
dämpfte die Bewegungen der Kleinplaneten, bis diese sich durch Kondensation
nochmals verdichteten und eine Schwerkraft entwickelten, die immer mehr Materie
anzog.
Dadurch wurden die Planeten immer kompakter und begannen, in
ihren Bahnen um die Sonne zu kollidieren, wobei sie auseinanderbrachen oder zu
größeren Einheiten verschmolzen. Ihre Bahnen wurden dabei erheblich gestört, begannen
sich zu neigen, und die orbitale Exzentrität erhöhte sich.
Inzwischen hatte sich die Proto-Sonne im Kern der Scheibe
immer mehr zusammengezogen, bis Druck und Temperatur in ihrem Inneren einen
kritischen Punkt erreicht hatten, in dem das nukleare Feuer zündete. Die
energiespendende Fusion von Wasserstoff zu Helium hatte begonnen (Weisskopf).
Dabei entstand ein gewaltiger Sonnenwind, der die restlichen
Gasrückstände von der Oberfläche der Planeten in den Weltraum hinaus fegte.
Nach einigen hundert Millionen Jahren anhaltendem Chaos hatten sich die
heutigen neun Planeten mit ihren Monden sowie Tausende von Kleinplaneten
zwischen Mars und Jupiter konstituiert, die alle in der gleichen Ebene und der
gleichen Umlaufrichtung um die Sonne rotierten.
Genese der Erde
Auf diese Weise war auch die Erde entstanden. Sie bestand
zunächst nur aus einem Gas-Staub-Gemisch in vielfacher Erdgröße. Die zunehmende
Schwere ließ sie zusammensinken und dichter werden. Der steigende Druck
bewirkte eine Erhitzung, die durch den Zerfall der radioaktiven Elemente unterstützt
wurde.
Dadurch verflüssigte sich die Materie im Inneren des
Planeten, während seine Schwerkraft die verschiedenen Substanzen nach ihrem
Gewicht sortierte und durchmischte, bis sich ein Kern aus glühend-flüssigen
Schwermetallen gebildet und die leichteren Elemente sich an der Oberfläche
angesammelt hatten.
Die Erde besaß zunächst keine Atmosphäre, da nicht nur alle
gasförmigen Bestandteile, sondern auch viele der leichten Elemente in den
Weltraum diffundiert waren, soweit sie nicht chemisch an schwerere Elemente
gebunden waren. Die dem Weltraum ausgesetzte Kruste begann abzukühlen.
Durch den brodelnd heißen Kern entstand ein ungeheurer
Vulkanismus, bei dem große Mengen an Wasserdampf, daneben Stickstoff,
Kohlendioxyd, Wasserstoff, Methan und Ammoniak ausgestoßen wurden, die
schließlich eine Ur-Atmosphäre aus leichten, gasförmigen Substanzen bildeten
(Ditfurth).
Der Wasserdampf schlug sich in den großen Senken der bereits
verfestigten Erdkruste nieder, wodurch die Ur-Ozeane entstanden. Dabei
verursachte der kondensierte Wasserdampf, als er in jahrtausendelangen
Wolkenbrüchen auf die noch über 100 Grad Celsius heiße Erdoberfläche regnete,
eine dichte Wolkenschicht von kochendem Wasserdampf. Die einzige Lichtquelle in
diesem Inferno waren die Blitze pausenlos tobender Gewitter.
Als das herabregnende Wasser die Erdkruste so weit abgekühlt
hatte, dass es beim Aufprall nicht gleich wieder verdampfte, sondern die Meere
füllte, wurde die Atmosphäre klar und durchsichtig. Es gab Wolken an einem
blauen Himmel, aber die ultraviolette Sonnenstrahlung traf ungehindert das Land
und die Wasseroberfläche.
Dort bewirkte sie bei den kohlenstoff-, stickstoff- und
wasserstoffhaltigen Molekülen das Bestreben, sich zu größeren Molekülketten
zusammenzufügen. Diese wurden jedoch gleich darauf durch die gleiche Energie
wieder getrennt.
Es entstand ein kreislaufartiger Auf- und Abbauprozess dicht
unter der Wasseroberfläche, den nur ein Teil der zusammengebackenen
Großmoleküle überstand, der durch die Wasserströmungen in die Tiefe getrieben
und damit der zerstörerischen UV-Strahlung entzogen wurde.
Gleichzeitig wurde das Wasser an der Oberfläche durch
Fotodissoziation in freien Wasserstoff und freien Sauerstoff aufgespalten. Der
Wasserstoff, das leichteste aller Elemente, stieg in den Weltraum, der
Sauerstoff blieb übrig und vermischte sich mit der Ur-Atmosphäre. Da Sauerstoff
besonders geeignet ist, die UV-Strahlung zu filtern, waren die in dieser Phase
entstandenen Makromoleküle vor einer Zerstörung geschützt.
Durch diese UV-Filter-Eigenschaft des Sauerstoffs entstand
ein Rückkopplungsprozess, der die Fotodissoziation dann abstoppte, wenn ein
genügend hoher Sauerstoffgehalt erreicht war. Sobald jedoch die
Sauerstoffkonzentration durch Oxydationsvorgänge nachließ, ebbte auch die
Wirkung des UV-Filters ab, und die Fotodissoziation begann von neuem.
Dieser Mechanismus erzeugte einen kontinuierlichen
Sauerstoffgehalt von 0,1 Prozent des heutigen Wertes in der Atmosphäre. Dadurch
wurde im Frequenzprofil der UV-Strahlung genau der Wellenbereich zwischen 2.600
und 2.800 Angström sicher abgeschirmt. Das ist exakt der Bereich, in dem
Proteine und Nukleinsäuren am strahlenempfindlichsten sind, die allerdings zu
diesem Zeitpunkt noch gar nicht existierten.
Es wurden also die Bedingungen für die später auftretenden
Bausteine des Lebens geschaffen. Das sieht nach einem Plan aus. Ist die
Schöpfung teleologisch (zielorientiert) ausgerichtet? fragt Ditfurth. Seit dem
Ur-Knall hatten vielfältig verschlungene Ereignisketten, gelenkt von Zufällen
und Naturgesetzen, die bewusstlose und tote Materie dazu veranlasst, einen
Umwelt-Zustand zu begünstigen, in dem die Bausteine des Lebens sich bevorzugt
vermehren konnten.
Auch die spezielle Lokalisation der Erdumlaufbahn um die
Sonne hatte ein Temperatur-Milieu verursacht, das Wasser in flüssigem Zustand
vorkommen lässt. Dies ist eine Voraussetzung für die Entstehung von „Leben“,
das flüssiges Wasser als Lösungsmittel für seine chemischen
Stoffwechsel-Prozesse benötigt. Und ohne die Bindung an einen Stoffwechsel ist
Leben vernünftigerweise nicht denkbar.
Ebenso setzt eine hoch komplizierte organische Struktur die
Beständigkeit entsprechend komplizierter großer Moleküle voraus, deren
Vorhandensein wiederum die obere Grenze der zulässigen Temperatur markiert, da
sie sich bei zu großer Hitze wieder in ihre Atome auflösen. Alle diese
Voraussetzungen waren auf der Erde gegeben.
Diese scheinbare Paradoxie von Zufall und Teleologie in der
Erdgeschichte löst sich jedoch auf, wenn die einseitige Perspektive des
anthropozentrischen Standpunktes aufgegeben wird, nach dem „Leben“ nur auf der
Basis von Proteinen und Nukleinsäuren denkbar ist.
Die natürliche Erklärung lautet: Proteine und Nukleinsäuren
sind deshalb entstanden, weil das damalige Milieu ihre Entwicklung begünstigte.
Unter anderen Umwelt-Bedingungen hätten sich andere Molekülstrukturen gebildet.
Sie wurden nur deshalb von der Evolution als Bausteine verwendet, weil sie zur
Verfügung standen. Vielfältige Experimente belegen, dass auch zahlreiche andere
Strukturen aus fremdartigen Stoffen als Grundlage für organisches Leben denkbar
sind, die bei abweichenden Umweltverhältnissen hätten entstehen können
(Ditfurth).
Die Proteine und Nukleinsäuren besitzen eine so
hochkomplizierte Struktur, dass ihre rein zufällige Entstehung von mehr als
astronomischer Unwahrscheinlichkeit gewesen wäre. Außerdem ist anzunehmen, dass
die Entwicklung eines solchen günstigen Milieus nicht einmalig im Weltall war,
denn die gigantischen Mengen an Sternen lassen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf
zahlreiche gleichartige Ereignisse im Universum schließen.
Nachdem allerdings die grünen Pflanzen erst einmal begonnen
hatten, durch Fotosynthese Stickstoff zu verbrauchen und Sauerstoff zu
produzieren, war die Möglichkeit zu einem Neuanfang auf der gleichen Grundlage
eliminiert. Erstmals hatte damit eine Lebensform alle etwaigen Konkurrenten
ausgeschaltet, und das Prinzip der Konkurrenz hatte sich etabliert.
Freier Sauerstoff entstand also erst mit dem Auftreten von
Leben als Produkt eines gewaltigen Rückkopplungsprozesses mit der Umwelt,
dessen Resultat das heutige Bild der Natur ist. Das Phänomen „Leben“ ist in der
Lage, die Bedingungen, die seine Entfaltung begünstigen, aktiv herbeizuführen.
Nach Boschke
entstand das Leben auf der Erde mit Notwendigkeit, indem einfache chemische
Stoffe miteinander so reagierten, wie es sich aus ihrer Elektronenverteilung
zwangsläufig ergab. Ein „normaler, wahrscheinlicher Reaktionsablauf, nicht
mehr“. Die Natur habe nicht herumprobiert, sondern einfache Naturgesetze hätten
zu den Entwicklungen geführt, die heute unsere Erde bevölkern.
Aus der Sicht der Evolutionstheoretiker dagegen gilt Leben
als das zufällige Produkt von Selektionsmechanismen. - Nach Hawking trifft
beides zu: Im Makrokosmos ist das Schicksal der Welt vorherbestimmt, festgelegt
durch die Naturgesetze. Im Mikrokosmos sind die Abläufe zufällig und unscharf
(offen). Das bedeutet für uns: Ob wir 2 oder 6 Beine haben, ist zufällig, aber
dass sich das Leben zunehmend komplexer entwickelt, steht fest. Wir sind zwar
genetisch geprägt, aber frei im Handeln.
Chemische Evolution
Energie bewirkt bei den Teilchen das Bestreben, zu
fusionieren und damit Gebilde höherer Ordnung hervorzubringen. Die UV-Strahlung
der Sonne brachte die im Salzwasser gelösten Elemente der Erde dazu, auf diese
Weise miteinander zu reagieren, wodurch im Laufe von Jahrmillionen die sogenannte
Ursuppe entstand, nämlich ungeheure Mengen komplizierter Makromoleküle, die in
Ur-Ozeanen schwammen und den später auftretenden primitiven Organismen als
Nahrung dienten.
Durch ihren Zusammenschluss und die damit verbundene
Bindungsfähigkeit ihrer Elektronenhüllen erwarben diese Verbindungen die
Fähigkeit, weitere passende Moleküle aus ihrer Umwelt an sich zu binden und so
zu wachsen. Unpassende Verbindungen wurden abgestoßen. Das war der Beginn eines
Stoffwechsels, bedingt durch das Prinzip des Energieaustausches.
Im Periodensystem der Elemente sind die Stoffe in der Mitte
der Skala am flexibelsten. Sie verbinden sich nicht nur miteinander, sondern
können lange Reihen bilden, Ringe schließen oder sich zu Knäueln aufwickeln.
Die umfangreichsten Verbindungsmöglichkeiten aufgrund der Anziehungs- und
Abstoßungsverhältnisse seiner Elektronen bietet der Kohlenstoff, der daher zur
Grundlage aller Lebewesen wurde.
Das Leben ist eine Funktion der Reaktionsfähigkeit des
Kohlenstoff-Atoms. Dessen chemische Eigenschaften sind entscheidend für alle
lebendigen Formen, Farben bis hin zum Verhalten der Arten, das z.B. durch
Hormone gesteuert wird.
Das Fehlen des Sauerstoffs ermöglichte eine lange Epoche
abiotischer Genese derjenigen Makromoleküle, auf denen die Evolution später die
Struktur des Lebens aufbaute: Proteine und Nukleinsäuren. In freiem Sauerstoff
wären sie oxydiert, also zerstört worden. So konnte schließlich die Ur-Zeugung
stattfinden, d.h. die Entstehung primitiver Organismen aus organischen Bausteinen
und nicht durch Zellteilung.
Vor rund vier Milliarden Jahren existierten auf der
Erdoberfläche zahlreiche sehr komplexe vorbiotische Kohlenstoffverbindungen,
deren Genese von den damals herrschenden Bedingungen gefördert worden war. Die
Auslese hatte eine überproportionale Vermehrung jener Biomoleküle bewirkt, die
wir heute als Bausteine des Lebens kennen, und zwar auf Kosten anderer
Konstruktionen.
Je größer ihre Zahl, umso höher wurde auch die
Wahrscheinlichkeit, dass sie miteinander in Kontakt gerieten. Schließlich
begannen die von der chemischen Evolution ausgesiebten Aminosäuren, Purine,
Zucker und Porphyrine, miteinander zu reagieren.
Solche Reaktionen sind heute in jedem Labor nachvollziehbar:
Unter den Bedingungen der Ur-Erde werden dabei unter Hinzufügen von Energie
regelmäßig Aminosäuren synthetisiert, aus denen die Proteine bestehen. Aus
diesen Bausteinen sind die Organismen aller Lebewesen aufgebaut, vom Einzeller
über die Pflanzen bis zu den Primaten.
Dabei kann die Wahl der Ausgangsstoffe fast beliebig
variiert werden. Solange sie nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff
enthalten, lassen sich im Reaktionsgemisch sowohl die Makromoleküle der Ursuppe
als auch die Bausteine des Lebens nachweisen. Auch die Energiequelle scheint
nebensächlich zu sein. UV-Licht zeigt die gleichen Wirkungen wie gewöhnliches
Licht, Röntgenstrahlen, Ultraschall oder einfach große Hitze.
Mit welchen Mitteln auch immer man die Bedingungen der
Ur-Erde zu kopieren versucht, in praktisch allen Fällen kommt es zur abiotischen
Genese von Zucker, Fettsäuren oder Porphyrinen (Vorstufen des Chlorophylls).
Sogar Adenosintriphosphat, wird synthetisiert, das Produkt einer höheren
Stoffwechselstufe, durch dessen chemischen Abbau hohe Energiemengen gewonnen
werden, und das deshalb von den Organismen als Energiereserve gespeichert wird.
Schon im Reagenzglas zeigen Aminosäuren und Nukleotide die
Tendenz, sich mit ihresgleichen zu langen Ketten (Polymeren) zu verbinden, aus
denen die Eiweiße der Nukleinsäuren bestehen.
Nach Ditfurth hat die Natur "durch Zufallsprozesse eine
sehr große Zahl verschiedener Moleküle erzeugt und von diesen einige zum Aufbau
der Lebewesen benutzt, die zufällig eine katalytische Wirkung aufwiesen“. Doch
schließt die Methode des zufälligen Herumprobierens eine teleologische
Zielgerichtetheit nicht aus.
März 2003
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