„Viele Spezies sterben aus, wenn sich die Rahmenbedingungen ändern“

Welt der Physik: Vor etwa 3,5 Milliarden Jahren entstand das erste Leben auf der Erde, und seither beeinflussen Lebewesen in unterschiedlicher Form unseren Planeten. Wie lassen sich solche Veränderungen mit dem aktuellen Einfluss des Menschen vergleichen?

Simon Darroch

Simon Darroch: Das ist die zentrale Frage hinter unserem Projekt. Dafür haben wir Expertinnen und Experten aus ganz unterschiedlichen Disziplinen in unser Team geholt – von der Geochemie über die Paläontologie bis hin zur Klimaforschung. Wir haben nach zahlreichen Diskussionen herausgefunden, dass wir eine bestimmte Datenbasis benötigen und außerdem zwischen zwei Ebenen unterscheiden müssen: dem klassischen „Ecosystem Engineering“ und dem „Earth System Engineering“.

Worum handelt es sich beim Ecosystem Engineering?

Damit wird beschrieben, wie manche Lebewesen durch ihre Tätigkeit lokal ihr ganzes Ökosystem mitgestalten. Ein Beispiel ist der Biber, der durch den Bau von Dämmen seine Umgebung unter Wasser setzt und dadurch Auenlandschaften erzeugt. Das schafft Lebensraum für zahlreiche andere Arten. Ein weiteres Beispiel sind die Herden großer pflanzenfressender Tiere, die Gras- und Savannenlandschaften erzeugen. Dazu zählen nicht nur Ziegen, Büffel oder Elefanten, sondern vor vielen Jahrmillionen auch die Sauropoden, die zu den pflanzenfressenden Dinosauriern gehörten. Doch auch wenn solche Tiere ganze Landschaften verändern können, ist ihr Einfluss auf die gesamte Erde doch sehr begrenzt.

Und was versteht man unter Earth System Engineering?

Damit bezeichnen wir Prozesse, die wichtige Parameter auf dem ganzen Planeten verschoben haben – also global und über viele Jahrmillionen. Ein Beispiel dafür ist die sogenannte Große Sauerstoffkatastrophe. Vor rund 2,4 Milliarden Jahren wurde sie durch Cyanobakterien hervorgerufen, die große Mengen an Sauerstoff erzeugten, der sich dann in der Atmosphäre anreicherte. Bis dahin bestand die Erdatmosphäre aber vor allem aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Der Sauerstoff war für viele Lebewesen giftig, da sie ihn nicht gewohnt waren. Das hat vermutlich zu einem Massenaussterben vieler – damals noch primitiver – Spezies geführt. Auf der anderen Seite hat das Aufkommen von frei verfügbarem Sauerstoff aber erst die Evolution ganz neuer Spezies ermöglicht. Die Große Sauerstoffkatastrophe ist vermutlich das heftigste Einzelereignis, das wir zum Earth System Engineering zählen.

Was ist der Unterschied zwischen diesem Einzelereignis und anderen globalen Veränderungen?

Einfluss des Menschen

In späteren Erdzeitaltern war die Biosphäre, also der gesamte von Lebewesen bewohnte Raum unseres Planeten, schon sehr viel stärker diversifiziert. Deshalb gab es nicht mehr diesen einen Prozess, der sich gleichermaßen auf alle Lebensformen ausgewirkt hat. Neben der Sauerstoffproduktion zählen zum Earth System Engineering zum Beispiel noch das Bilden von dichten Wäldern – die das Klima des ganzen Planeten beeinflussten – oder die Durchmischung von Bodenschichten durch Bodentiere. Das Besondere ist, dass solche Prozesse über die Lebenszeit des Organismus hinausreichen und auch weit entfernte Ökosysteme betreffen können.

Was möchten Sie nun genau mit Ihren Kolleginnen und Kollegen untersuchen?

Das Ziel unserer Forschungsarbeit ist es, erstmalig eine große Datenbank aufzubauen. Wir wollen darin möglichst viele verschiedene ökologische Prozesse aufnehmen, welche die Lebensbedingungen auf unserem Planeten umgestaltet haben oder derzeit umgestalten – etwa auch die Bildung von Pflanzenwurzeln, die Durchmischung von Bodenschichten durch Bodentiere, und viele weitere. Und mit Lebensbedingungen meinen wir nicht nur die Zusammensetzung der Atmosphäre, sondern auch den Säuregehalt der Meere, die chemische Verteilung der Elemente in den Sedimenten – was etwa auf die Aktivität verschiedener Bodenmikroben hinweist – und die Eigenschaften von Böden. So haben Wälder über Jahrmillionen große Mengen Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen und im Untergrund fixiert. Aktuell ist die Menschheit dabei, diese fossilen Energieträger wieder in großem Maßstab in die Atmosphäre zu befördern.

Welche Auswirkungen haben solche Veränderungen auf die verschiedenen Ökosysteme?

Das hängt sehr von den einzelnen Ökosystemen und Spezies ab. Viele Spezies sterben aus, wenn sich die Rahmenbedingungen ändern – vor allem, wenn sie sich sehr rasch ändern. Andere wiederum schaffen es, sich anzupassen. Dann können auch neue Arten entstehen, wenn ökologische Nischen frei werden. Uns interessiert dabei insbesondere, welche dieser Prozesse welche ökologischen Folgen hatten. Also wir wollen untersuchen, inwiefern die Prozesse für die Weiterentwicklung des Lebens hinderlich waren oder das Entstehen neuer Arten befördert haben.

Wie klassifizieren Sie solche Entwicklungen?

Fossile Daten

Eines unserer Ziele ist es, dass man solche Fragen in einfachen Grafiken darstellen kann, und zwar über Hunderte Millionen Jahre. Dafür müssen wir viele fossile Daten verarbeiten. Wir arbeiten jetzt seit drei Jahren daran und sind schon ein gutes Stück vorangekommen. Bald werden wir sagen können, ob der Einfluss des Menschen auf unseren Planeten wirklich einzigartig ist oder nicht. Wobei solche Aussagen natürlich auch immer mit Zeitskalen zu tun haben.

Wie ist die Zusammenarbeit mit Forschenden aus so vielen verschiedenen Disziplinen?

Es macht sehr viel Spaß, in einem so interdisziplinären Team zu arbeiten. Man lernt viele neue Blickwinkel kennen und kann so den eigenen Horizont erweitern. Wir alle stecken ja tief in unserer eigenen Materie drin und können davon profitieren, bestimmte Forschungsfragen auch einmal durch eine ganz andere Brille zu betrachten. Ich denke, das gilt nicht nur für mich selbst, sondern auch für die anderen Mitglieder im Team. Wir bereiten nun die nächsten Ergebnisse vor, die dann eine noch bessere Einordnung des menschlichen Einflusses auf die Lebensbedingungen unseres Planeten erlauben.

Sphären der Erde