Universum und Leben im Vergleich
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Universum und Leben im Vergleich Beat Samuel Fey Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Material und Methoden 3. Ergebnisse 3.1. Das Universum 3.1.1. Kennzeichen des Universums 3.1.2. Strukturen des Universums 3.1.3. Merkmale von Galaxien 3.1.4. Grössenordnungen 3.1.5. Entstehung des Universums nach der Evolutionslehre 3.2. Das Leben 3.2.1. Kennzeichen des Lebens 3.2.2. Strukturen des Lebens 3.2.3. Merkmale ausgewählter Elemente 3.2.3.1. Bakterien 3.2.3.2. Europäische Lärche 3.2.3.3. Rotbuche 3.2.3.4. Bäume allgemein 3.2.3.5. Süssgräser 3.2.3.6. Mensch 3.2.3.7. Lebewesen allgemein 3.2.4. Grössenordnungen 3.2.5. Entstehung des Lebens nach der Evolutionslehre 4. Diskussion 4.1. Vergleich von Universum und Leben 4.2. Die Erde als „Mittelpunkt des Universums“? – oder die Frage nach der Komplexität des Seins 4.3. Der Mensch als „Krone der Schöpfung“? – oder die Suche nach der menschlichen Bestimmung 4.4. Entstehungstheorien 5. Zusammenfassung 6. Quellenverzeichnis 6.1. Literatur 6.2. Internet 7. Anhang 2 3 5 5 5 6 6 7 8 9 9 9 9 9 12 13 14 15 15 16 17 18 20 20 21 22 23 26 29 29 30 32 1. Einleitung Stossen wir auf aktuelle Erkenntnisse der Astronomie, sind wir stets höchst ergriffen von den gewaltigen, ja unvorstellbaren Grössenordnungen im Universum. Vorschnell betrachten wir in der Folge die Erde und deren Lebewesen beinahe als ein «Nichts». Aber ist dem wirklich so? Da mich als Biologen die Natur allgemein und das Leben speziell extrem fasziniert, komme ich bei neuen diesbezüglichen Erkenntnissen stets wieder kaum aus dem Staunen heraus. Dabei ist festzuhalten, dass zwar irdische Massstäbe zunächst massiv bescheidener erscheinen als jene des Universums. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass lebende Strukturen wesentlich komplexerer Natur als unbelebte sind. Mit umfangreichen Untersuchungen möch- te ich aufzeigen, dass unsere Erde einer 2 adäquaten Gegenüberstellung mit dem «unendlich» viel grösseren Universum durchaus standhalten kann. Dazu vergleiche ich unter anderem die Anzahl der Grundeinheiten des Universums (Sterne) mit jener des Lebens (Zellen, Abb. 12). Zusätzlich bringe ich die Gesamtlänge aller DNA (eigentliches «Lebensmolekül», Abb. 13) im entspiralisierten Zustand in Bezug zur Ausdehnung des Universums. (Kap. 4.1.). Abschliessend sollen die vorliegenden Befunde auch dazu dienen, in kurzer Form möglichen Antworten auf folgende Fragen näherzukommen: • Gibt es einen «Mittelpunkt des Universums»? (Kap. 4.2.). • Was ist zu halten vom Menschen als «Krone der Schöpfung»? (Kap. 4.3.). • Wie könnten Universum und Leben entstanden sein? (Kap. 4.4.). 2. Material und Methoden Um an das vielfältige Grundwissen und Zahlenmaterial zu gelangen, sind diverse Studien entsprechender Quellen nötig. Diese sind an den jeweiligen Stellen vermerkt und in Kap. 6 alphabetisch aufgelistet. Fotografien werden mittels Digitalkamera und PC realisiert. Die Schätzung der Anzahl der Nadeln einer Lärche meines Gartens in Lenzburg (Abb. 6) basiert auf Folgendem: • Absägen eines mehrfach verzweigten Astes (rund 1/25 der gesamten Äste) am 23.09.2010 • Entnadeln desselben am 23./24.09.2010 Abb. 2: Trocknen der Nadeln. • Trocknen der Nadeln vom 24. bis zum 29.09.2010 • Auszählen von 2 x 1000 Nadeln am 29.09.2010 • Wägen dieser 2 x 1000 Nadeln mittels Präzisionswaage (Mettler P 1200) an der Kantonsschule Seetal in Baldegg LU am 29.09.2010 • Wägen des Ast-Nadeltotals mittels Präzisionswaage (Mettler PJ 4000) an der Kantonsschule Seetal in Baldegg LU am 29.09.2010 • Aufrechnen des Ast-Nadeltotals und Erweiterung auf die Gesamtzahl der Nadeln am Baum (Kap. 3.2.3.2.) Abb. 1: Entnadeln. 3 Um die ungefähre Anzahl der Zellen in ausgewählten Pflanzenorganen zu bestimmen, dient zunächst gezieltes Auszählen in Dauerpräparatquerschnitten von Laubblättern der Rotbuche (Dicke 10 μm, hergestellt durch Mikrotomtechnik und künstliche Anfärbung) sowie in möglichst dünnen Frischpräparaten von Nadeln der Lärche (geschnitten mit einer scharfen Klinge) mithilfe eines Mikroskopes (Leitz, Wetzlar). • Nadeln: Anzahl Zellen = mittlere Nadellänge x Querschnittzellenzahl ø-Zellenlänge (Kap. 3.2.3.2.) • Laubblätter: mikroskopisches Auszählen der Zellen in einem Querschnitt von 2 mm Länge (ohne Blattnerven); Resultat mit Zellenzahl einer durchschnittlichen Zellreihe von 2 mm Länge multiplizieren ➞ Anzahl Zellen innerhalb von 4 mm2 Blattfläche (Abb. 3); Aufrechnen auf die Gesamtzahl der Zellen innerhalb Bsp.: l = 5 Zellen; h = 3 Zellen Total = 15 x 5 Zellen = 75 Zellen Abb. 3: Ermittlung der Anzahl Zellen in einem quadratischen Blattausschnitt. 4 von 1 cm2 Blattfläche; Messen der ungefähren ø-Blattfläche in cm2 (Abb. 7); Feststellen der Gesamtzahl der Zellen in einem Laubblatt (ohne Berücksichtigung zusätzlicher Zellen in Blattnerven) (Kap. 3.2.3.3.) In der Sportanlage Wilmatten Lenzburg wird die ungefähre Anzahl der Grasblätter auf den Fussballfeldern wie folgt ermittelt (Kap. 3.2.3.5.): • In einer repräsentativen Zone von 30x30 cm2 (= 900 cm2) werden am 14.10.2010 die Blätter abgeschnitten. • Die Blätter dieser Zone werden möglichst exakt ausgezählt und auf 1 m2 bezogen. • Aufgrund dieser Befunde wird die ungefähre Gesamtzahl der Grasblätter der dortigen Fussballfelder aufgerechnet. Mithilfe von Daten zahlreicher Quellen werden in ähnlicher Weise diverse Grössenordnungen bei Bakterien (Kap. 3.2.3.1.), bei Bäumen und Lebewesen allgemein (Kap. 3.2.3.4. und 3.2.3.7.) sowie beim Menschen (Kap. 3.2.3.6.) ermittelt. 3. Ergebnisse 3.1. Das Universum 3.1.1. Kennzeichen des Universums Als Universum (lat. universus – «gesamt») wird allgemein die Gesamtheit aller Dinge bezeichnet. Im Speziellen meint man damit den Weltraum oder Kosmos (griech. kósmos – «Weltordnung», Gegenstück zum Chaos). Ein solches Universum muss nicht zwingend ein unendliches Volumen haben. (Int 11). Wichtig ist der Unterschied zwischen Unendlichkeit und Unbegrenztheit. Auch wenn das Universum ein endliches Volu- men besitzen würde, so könnte es dennoch keine Grenzen aufweisen. Leicht anschaulich lässt sich dieses Modell folgendermassen darstellen: eine Kugeloberfläche ist endlich, besitzt aber keinen Mittelpunkt und ist unbegrenzt. Man kann sich auf ihr fortbewegen, ohne jemals einen Rand zu erreichen. So wie eine zweidimensionale Kugeloberfläche eine dreidimensionale Kugel umhüllt, kann man, falls das Universum nicht flach, sondern gekrümmt ist, sich den dreidimensionalen Raum als «Rand» eines höherdimensionalen Raums vorstellen. (Int 11). Merkmale Ungefähre Daten Alter in Jahren 14 × 10 9 «Sichtbare» Masse 10 53 kg Masse der Sonne (Binggeli 2006, 393) 2 x 1030 kg Mittlere Dichte 4,7 × 10 -30 g/cm3 Hauptbestandteil der Materie: Wasserstoff 80 % Ausdehnung 78 × 10 9 Lj = 7,4 x 1026 m Anzahl Galaxien 1011 Tab. 1: Einige Eigenschaften des Universums (Int 11). 5 Ein Lichtjahr (Lj) ist die Strecke, die eine elektromagnetische Welle wie das Licht in einem Jahr im Vakuum zurücklegt. Das sind etwa 9,5 Billionen km (9,5 x 1015 m). Eine Lichtstunde (Lh) beträgt daher rund 1,1 Billionen m (1,1 x 1012 m). (Int 11). Als Vergleich sei hier vermerkt, dass der Abstand zwischen Erde und Sonne ungefähr 8 Lichtminuten beträgt (Buser 2011). 3.1.2. Strukturen des Universums Kleinere Strukturen mit enger Beziehung untereinander werden jeweils zu grösseren Einheiten zusammengefasst und mit Namen versehen. In folgender Tabelle sind solche samt Beispielen und Grössenangaben erfasst. Strukturen Beispiele Ungefähre Durchmesser Filamente und Voids Grosse Mauer 10 9 Lj = 9,5 x 1024 m Superhaufen Virgo-Superhaufen 2x10 8 Lj = 1,9 x 1024 m Galaxienhaufen Lokale Gruppe 107 Lj = 9,5 x 1022 m Galaxien Milchstrasse 10 5 Lj = 9,5 x 1020 m Sternhaufen Kugelsternhaufen Offene Sternhaufen 102 – 103 Lj = ø 5 x 1018 m Planetensysteme Unser Sonnensystem 45x10 9 km = 4,5 x 1013 m Sterne Sonne 1 392 500 km = 1,4 x 109 m Planeten Erde 12 756,2 km = 1,3 x 107 m Monde Erdmond 3476 km = 3,5 x 10 6 m Asteroiden, Kometen Kosmische Materie, nicht in Planeten integriert (Int 23) Wenige km bis mehrere 100 km = ø 10 5 m Meteoroiden Trümmer des Sonnensystems (Int 17) Vom km- bis herab zum mm-Bereich = ø 102 m Staubpartikel Staub um einen Stern (Int 18) ø 10 µm = 10 -5 m Moleküle Wasser H2O (Int 7) 10 -9 bis 10 -10 m Atome Wasserstoff H (Int 1) 7,4 x 10 -11 m Elementarteilchen Protonen, Neutronen (Int 6) 1,6 fm = 1,6 x 10 -15 m (fm = Femtometer) Tab. 2: Rangfolge von den größten zu den kleinsten Strukturen des beobachtbaren Universums (Int 11). 3.1.3. Merkmale von Galaxien Galaxien sind besonders grosse Sternensysteme und variieren stark in Aussehen (Morphologie), Grösse und Zusammensetzung. Die Milchstrasse gehört zu den grösseren 6 Galaxien und besitzt etwa 300 Milliarden (3 x 1011) Sterne bei einem Durchmesser von etwa 100 000 Lichtjahren (9,5 x 1020 m). Neben den Sternen besteht eine Galaxie auch aus Gas, Staub und Dunkler Materie. Die Andromeda-Galaxie ist unsere nächste grössere Nachbargalaxie. Die Entfernung zwischen diesen beiden Galaxien beträgt ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre (2,4 x 1022 m). Zusammen mit weiteren Galaxien bilden beide Galaxien die Lokale Gruppe. Aufgrund von Aufnahmen des HubbleTeleskops im März 2004 kann man grob abschätzen, dass mit heutiger Technik von der Erde aus über 50 Milliarden (5 x 1010) Galaxien theoretisch beobachtet werden könnten. Lange Zeit war die genaue Natur der Galaxien unklar, da die einzelnen Sterne nicht aufgelöst werden konnten und nur ein Nebel beobachtet wurde. Die Frage, ob ein beobachtetes Objekt überhaupt zu unserer Galaxie gehört, kann erst seit neuester Zeit mit vernünftiger Sicherheit beantwortet werden. (Int 11). 3.1.4. Grössenordnungen Insgesamt schätzt man die Anzahl von Galaxien im Universum heute auf etwa 100 Milliarden (1011); jede enthält rund 100 Milliarden Sterne (1011), was zu 1022 Sternen insgesamt führt. Der intergalaktische Raum ist nahezu leer, pro Kubikmeter findet sich etwa ein Atom. Die Galaxien selbst sind dagegen ein Ballungsgebiet an Materie. Hier konzentriert sich Masse, während das Universum als Ganzes expandiert, sich immer weiter ausdehnt. (Int 22). Abb. 4: Galaxy UGC 10214 (Int 15). 7 Modernste Daten des Weltraumteleskops «Kepler» weisen darauf hin, dass die Milchstrasse wohl tatsächlich aus rund 300 Milliarden (3 x 1011) Sternen besteht und 50 Milliarden (5 x 1010) Planeten enthalten könnte. Von diesen liegen vermutlich mindestens 500 Millionen (5 x 108) in einer bezüglich Temperaturverhältnissen bewohnbaren Zone, in welcher Leben allenfalls möglich wäre. (Int 24a). Astronomen der Universität Genf haben um den sonnenähnlichen Zwergstern HD 10 180 (wahrscheinlich) sieben Planeten entdeckt. Dieses System ist unserem Sonnensystem ähnlicher als alle bisher entdeckten. Nichts deutet allerdings auf Leben hin. (Int 35). Diese Befunde wie auch die Tatsache von acht Planeten in unserem Sonnensystem lassen eine Annahme von durchschnittlich zehn Planeten pro Stern als möglich erscheinen. Dies ergibt schliesslich 1023 «sichtbare» Himmelskörper (Sterne und Planeten, ohne Monde). Neben diesen Himmelskörpern gibt es aber auch die unsichtbaren Schwarzen Löcher. Sie sind astronomische Objekte, deren Gravitation so stark ist, dass innerhalb eines bestimmten Raumbereichs nichts mehr von innerhalb nach ausserhalb gelangen kann. Die Grenze dieses Bereichs wird Ereignishorizont genannt. (Int 9). Rechnet man die Ergebnisse eines Astronomenteams für das gesamte Weltall hoch, ergibt sich eine stattliche Anzahl Schwarzer Löcher. Man geht von mehreren 100 Millionen aus. (Int 37). Merkmale Ungefähre Daten «Sichtbare» Masse des Universums 10 53 kg Masse der Sonne 2 x 1030 kg Ausdehnung des Universums 7,4 x 1026 m Durchmesser einer Galaxie 1021 m Anzahl Schwarze Löcher 5 × 10 8 Gesamtzahl von Galaxien 1011 Anzahl Sterne pro Galaxie 1011 Total der Sterne 1022 Total der «sichtbaren» Himmelskörper 1023 Tab. 3: Zusammenfassung obiger Daten. 3.1.5. Entstehung des Universums nach der Evolutionslehre Die heute weithin anerkannte Theorie geht davon aus, dass das Universum in einem bestimmten Augenblick, dem Urknall, vor rund 14 Milliarden Jahren entstand und sich seitdem ausdehnt. Aus einer Einheit entstanden Einzelteile. Al- 8 lerdings bleibt in diesem Modell offen, was vor dem Urknall war und wodurch er verursacht wurde. Zeit, Raum und Materie sind jedoch gemäss dieser Theorie erst mit dem Urknall entstanden. Dadurch wird der Frage nach dem «Davor» die Grundlage entzogen, denn einen Raum, in dem etwas hätte stattfinden können, gab es vor dem Urknall gemäss Definition nicht. Hinzu kommt, dass ein Zeitpunkt vor dem Urknall rein physikalisch auch nicht definierbar ist. Diese Anschauung könnte die Vermutung nahelegen, dass aus der Urknalltheorie eine «Kugelform» des Universums folgt, was jedoch nur eine von mehreren Möglichkeiten darstellt. So wurden neben einem flachen, unendlichen Universum viele andere Formen vorgeschlagen. (Int 11). Nach Buser (2011) existierte vor dem Urknall eine «Leere», in welcher ein «Vermögen» steckte, Neues entstehen zu lassen. Energie besitzt das «Vermögen», sich spontan in Strahlung sowie Masse und damit in Raum und Zeit zu verwandeln. Die Entwicklung des Universums beinhaltet eine Richtung und damit einen Sinn. Gemäss einer Radiomitteilung von CERN (Ende 2010) entstand das Universum aus einer Flüssigkeit, einer «Ursuppe». Hier stellt sich allerdings die Frage, woher diese kommt. Auch in Bezug auf die Entstehung der Erde existieren diverse Annahmen. Die junge Erde hatte sich vermutlich vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus einer Verdichtung des Sonnennebels gebildet. Der erste Ozean auf Erden bestand wohl nicht aus Wasser, sondern aus Magma, flüssigen Gesteinsmassen, die aus dem neugeborenen Planeten einen Glutball bildeten. Wasser, das möglicherweise im Gestein eingeschlossen war, verdampfte und hüllte ihn in einen dichten Nebel. Erst allmählich kühlte die Oberfläche der Erde ab, Regen setzte ein, und siedend heisses Wasser ergoss sich über den Planeten. In den ersten 500 Millionen Jahren donnerten wahrscheinlich vermehrt Himmelskörper auf ihn. Einige Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass ein Teil des Wassers unserer Ozeane mit eishaltigen Kometen auf die Erde gelangte. (Int 34). 3.2. Das Leben 3.2.1. Kennzeichen des Lebens Die Biologie liefert keine endgültige Antwort auf die Frage, was letztlich Leben überhaupt ist. Hier sind auch andere Wissensgebiete wie Theologie, Philosophie oder Psychologie bedeutsam. Was die Biologie jedoch klar aufzeigen kann, sind Kennzeichen des Lebens: • Aufbau aus Zellen (Abb. 12) • Stoffwechsel (Stoffaufnahme, -verarbeitung, -abgabe) • Reizbarkeit (Reizerfassung, Koordinationsprozess, Reaktion) • Fortpflanzung • Wachstum, Entwicklung, Tod • Vielfalt (Biodiversität) • Umweltabhängigkeit (ökologische Vernetzungen) Dadurch wird deutlich, dass Leben sehr viel differenzierter als tote Materie ist. Sicherlich sind prokaryotische Zellen (ohne echte Zellkerne) wie Bakterien einfacher gebaut als eukaryotische (mit Zellkernen) von Pflanzen und Tieren. Aber selbst Erstere sind wesentlich komplexer einzustufen als beispielsweise Sterne. 3.2.2. Strukturen des Lebens Kleinere Strukturen mit enger Beziehung untereinander werden auch hier zu grösseren Einheiten zusammengefasst und mit Namen versehen. In Tab. 4 sind solche samt Beispielen und speziellen Merkmalen erfasst. 3.2.3. Merkmale ausgewählter Elemente 3.2.3.1. Bakterien a) Bodengewicht (Int 29) Nimmt man von einem Hektar Ackerland die obersten 30 cm, entspricht dies einer Menge von 3000 m3 Boden. Mit einem 9 Strukturen Beispiele Einige Merkmale ∑ Biozönosen Alle Lebensgemeinschaften dieser Erde Stoffkreisläufe ermöglichend Biozönose Eine bestimmte Lebensgemeinschaft wie sämtliche Arten in einem See oder in einem Wald In einem gesunden Biotop in einem biologischen Gleichgewicht lebend Verband Gruppe der gleichen Art in einem Biotop wie ein Wolfsrudel Gegenseitige Unterstützung fördernd Organismus Rotbuche, Mensch Aus zahlreichen Organen bestehend Organsystem Blüte, Verdauungssystem Mehrere eng verbundene Organe, einer übergeordneten Aufgabe dienend Organ Laubblatt, Gehirn Einheit aus verschiedenen Geweben, bestimmte Funktionen erfüllend Gewebe Palisaden-, Schwammgewebe bei Pflanzen Verband, aus Zellen mit gleichem Bau und gleicher Aufgabe bestehend Zelle Muskel-, Nerven-, Blutzellen bei Tieren Kleinste, lebende Grundeinheit, einer bestimmten Aufgabe dienend Organelle Chloroplasten, Mitochondrien Lebenswichtige Bestandteile einer Zelle, erwähnte Beispiele eigene DNA besitzend Tab. 4: Rangfolge von den grössten zu den kleinsten Strukturen des irdischen Lebens. Raumgewicht von rund 1,3 kg/l (= 1,3 t/m3) würden diese 3000 m3 Boden dann beinahe 4000 t wiegen. b) Bodenbakterien (Int 16) Im Boden leben unzählige Bakterien. Sie gewährleisten Stoffkreisläufe, stabilisieren die Bodenstruktur, verbessern die Wasserspeicherung und fördern das Pflanzenwachstum. Gemeinsam mit den Pilzen leisten sie einen riesigen Beitrag zum Ab- 10 bau der organischen Substanz von toten Lebewesen und stellen daraus lebensnotwendige Mineralstoffe bereit, die von den Pflanzen wiederum aufgenommen werden. In einem Gramm Boden können bis zu 100 Millionen (=10 8) Bakterien aus 4000 bis 7000 verschiedenen Arten leben. In einer Tonne Boden kommen also etwa 1014 Bakterien vor; die obersten 30 cm von einem Hektar Ackerland beinhalten somit gegen 4 x 1017 Bakterien. c) Biodiversität (Int 27) Ein gesunder Boden ist intensiv belebt und weist eine hohe Artenvielfalt auf. Die oberste Bodenschicht von 0-30 cm enthält pro Quadratmeter durchschnittlich etwa 60 0 00 0 00 0 00 0 00 (6 x 1013) Bakterien, 1 0 00 0 00 0 00 (10 9) Pilze und 200 (2 x 102) Regenwürmer. Dies entspricht für jede einzelne dieser drei Gruppen einem Gewicht von rund 100 g. d) Beispiel Lenzburg (Int 5) Gesamtfläche 1131 ha Waldfläche 562 ha Überbaute Fläche 320 ha ➞ «Gesunder Boden» 811 ha = 8 110 000 m2 Nach a)oberste 30 cm Bodenschicht 8 110 000 m2 x 0,3 m ➞ 2 433 000 m3 bei 1,3 t/m3 ➞ Gewicht 3 162 900 t Nach b)1014 Bakterien pro t Anzahl Bakterien ➞ rund 3 x 1020 Nach c)60 000 000 000 000 Bakterien pro m2 Anzahl Bakterien ➞ rund 5 x 1020 Die obersten 30 cm des Bodens in naturnahen Zonen von Lenzburg beinhalten demzufolge im Durchschnitt dieser Berechnungen etwa 4 x 1020 Bakterien. e) Beispiel Erde Die Masse der Bakterien und Archaeen (Urbakterien) beträgt weltweit 3,8 Billionen t, jene der Menschheit bloss 0,34 Milliarden t (Botzenhardt et al. 2010). Abb. 5: Einige Formen von Bakterien (Probst und Schuchardt 2005, 431). 1 Femtogramm entspricht 0,000 000 000 000 001 Gramm (= 10 -15 g); so viel etwa wiegt ein Escherichia coli-Bakterium. 1 g solcher Bakterien beinhaltet somit rund 1015 Zellen. (Int 23). 11 Nehmen wir also einen mittleren Wert von 1015 Bakterien pro g an, so ergibt sich eine Gesamtzahl an Bakterien und Archaeen von etwa 4 x 1033. Diese Zahl dürfte allerdings um einiges höher sein, da E. coli zu den grösseren Bakterien gehört. Die Länge der ringförmig geschlossenen DNA von E. coli beträgt etwa 1,3 mm (Int 13). Geht man für alle Bakterien und Archaeen dieser Erde zusammen von durchschnittlich je 1 mm DNA-Länge aus, so ergibt sich aneinandergereiht die unvorstellbare Gesamtstrecke von 4 x 1030 m. Nach diesen ausführlichen Betrachtungen über Bakterien als prokaryotische Zellen werden anschliessend Pflanzen, Tiere und der Mensch mit ihren eukaryotischen Zellen betrachtet. 3.2.3.2. Europäische Lärche (Larix decidua MILLER) Eine Lärche wird in der Regel 20 bis 40, allenfalls bis 50 m hoch und kann 600 bis 700 Jahre alt werden (Amann 1984, 110–111). Ausgewachsene Nadeln sind nach Godet (1999,38) 15 bis 30 mm lang, was zu einer mittleren Nadellänge von ungefähr 23 mm führt. Abb. 6: Das untersuchte Exemplar der drei Lärchen aus meinem Naturgarten in Lenzburg befindet sich ganz links, ist rund 13 m hoch und besitzt unten einen Stammdurchmesser von etwa 40 cm. Sein Alter beträgt etwa 23 Jahre. 12 Die mikroskopisch untersuchten Nadeln zeigen, dass die Zellen im Innern länglich sind. Grob berechnet beträgt ihre Breite 10 µm (= 0,01 mm), während die durchschnittliche Länge um 100 µm (= 0,1 mm) misst. Im Nadelquerschnitt sind rund 550 Zellen auszumachen. Die Untersuchungen gemäss Kap. 2 ergeben folgende Daten: • Gewicht von 1000 Nadeln I ➞ 1,48 g • Gewicht von 1000 Nadeln II ➞ 1,38 g • ø-Gewicht von 1000 Nadeln ➞ 1,43 g • Totalgewicht aller Nadeln des Astes ➞ 245,5 g • Aufrechnung Nadelzahl des Astes: (245,5 g : 1,43 g) x 1000 ➞ 172 000 Nadeln • Aufrechnung Nadelzahl des Baumes (x 25) ➞ 4 300 000 Nadeln • Nadeln: Abb. 7: Laubblattunterseite, 1:1,4 ➞ Grösse wohl im oberen Durchschnitt, ungefähre Blattfläche 22 cm2 . Anzahl Zellen = mittlere Nadellänge x Querschnittzellenzahl ø-Zellenlänge = 23 mm x 550 0,1 mm = rund 130 000 • Grobe Anzahl Zellen in 4 300 000 Nadeln des untersuchten Baumes ➞ 6 x 1011 3.2.3.3. Rotbuche (Fagus sylvatica L.) Eine Rotbuche wird in der Regel 30 bis 45 m hoch und kann ein Alter von rund 250 Jahren erreichen. Die Zahl der Blätter beträgt im ausgewachsenen Zustand des Baumes etwa 200 000, ihre Fläche gegen 1200 m2. (Int 26). Abb. 8: Schematischer Querschnitt durch ein Laubblatt ➞ A Palisadengewebe, B Obere Epidermis, C Schwammgewebe, D Untere Epidermis, E Spaltöffnung, F Atemhöhle, G Cuticula, links angeschnitten ein kleines Leitbündel (Int 25). Das Palisadengewebe hat seinen Namen von den chloroplastenreichen, senkrecht zur Blattfläche stehenden Zellen erhalten (z. B. im Rhizinusblatt 400 000 pro cm2 Blattfläche). Eine Spaltöffnung ist meist nur etwa 0,04 mm lang und 0,01 mm breit, aber ihre Anzahl ist ausserordentlich gross, sie schwankt zwischen 20 und über 800 pro mm2 Blattfläche (z. B. Apfel 250, Berg- 13 ahorn 860). (Int 20). Ungefähre Anzahl Zellen in einem Blattquerschnitt von 2 mm Länge bei Fagus sylvatica l. asplenifolia: Obere Epidermis ➞ 130 Palisadengewebe ➞ 250 Schwammgewebe (4 bis 5 Reihen) ➞ 450 Schwammgewebe (pro Reihe) ➞ 100 Untere Epidermis ➞ 160 Total ➞ 990 Zellenzahl einer durchschnittlichen Zellreihe von 2 mm Länge ➞ 130 Anzahl Zellen innerhalb von 4 mm2 Blattfläche (990 x 130) Anzahl Zellen innerhalb von 1 cm2 Blattfläche Ungefähre ø-Blattfläche in cm2 (Abb. 7), abgerundet ➞ 128 700 ➞ 3 200 000 Anzahl Zellen innerhalb der ganzen Blattfläche (ohne Blattstiel und ohne Berücksichtigung zusätzlicher Zellen in Blattnerven) ➞ 64 000 000 Anzahl Zellen bei 200 000 Blättern (Int 26) ➞ 1,3 x 1013 ➞ 3,8 x 1013 ø-Wert Anzahl Blattzellen pro ausgewachsene Rotbuche➞ 2,5 x 1013 3.2.3.4. Bäume allgemein a) Beispiel Lenzburg Am 24.09.2010 werden an verschiedenen Stellen des Lütisbuech-Waldes je auf 20 x 14 Wählt man exemplarisch als Parameter für diese Menge an Bäumen die relativ junge untersuchte Lärche und eine ausgewachsene Rotbuche, so ergeben sich folgende Zahlenwerte für die Zellen in Nadeln und Blattspreiten: Lärche und Rotbuche ➞ 6 x 1011 und 2,5 x 1013 ➞ 20 Anzahl Zellen = ø-Blattfläche in cm2 x Anzahl Zellen innerhalb von 1 cm2 Blattfläche Anzahl Zellen bei 1‘200 m2 Blattfläche (Int 26) 20 m2 die ungefähre Anzahl der Bäume ausgezählt. Dabei ergeben sich je nach Grösse und Alter 15–35 Bäume. Neben Laub- sind auch zahlreiche Nadelhölzer auszumachen. Nicht berücksichtigt werden Strauch-, Kraut- und Moosschicht. Diese 400 m2 ergäben Raum für rund vier ausgewachsene Rotbuchen. Gehen wir nun von einem Durchschnitt von 25 grösseren Bäumen pro 400 m2 (= 625 Bäume pro ha) aus, so ergibt sich für den Lenzburger Wald (562 ha) die stattliche Zahl von mindestens 350 000 Bäumen. ø für einen grösseren Baum ➞ rund 1,3 x 1013 für 350 000 grössere Bäume ➞ 4,5 x 1018 b) Beispiel Schweiz Waldfläche der Schweiz (Int 19): 1 255 141 ha (2009) ➞ rund 780 000 000 grössere Bäume Anzahl an entsprechenden Nadel/Blattzellen: für 7,8 x 10 8 Bäume ➞ rund 1022 c) Beispiel Erde Waldfläche der Erde (Int 36): 3 900 000 000 ha ➞ rund 2,4 x 1012 grössere Bäume Anzahl an entsprechenden Nadel/Blattzellen: für 2,4 x 1012 Bäume ➞ rund 3 x 1025 3.2.3.5. Süssgräser (Fam. Poaceae) In der Sportanlage Wilmatten Lenzburg weisen das Fussball-Hauptfeld (100x66 m2) und dessen Nebenplätze insgesamt rund 15 300 m2 Rasenfläche auf (Int 28). Gemäss folgender Berechnung kann die ungefähre Anzahl der dort vorkommenden Grasblätter festgelegt werden: Ausgewählte Untersuchungsfläche von 900 cm2 ➞ 3 600 Blätter Menge pro cm2 ➞ 4 Blätter Bezug auf 1 m2 ➞ 40 000 Blätter Aufrechnung auf 15 300 m2 ➞ 612 000 000 Blätter (= rund 6 x 10 8) 3.2.3.6. Mensch (Homo sapiens L.) Ein Erwachsener besteht aus 100 Billionen oder 100 000 000 000 000 einzelnen Zellen (Int 33): ➞ 1014 Weltweit geht man gegenwärtig von rund 7 x 10 9 Menschen aus, was insgesamt folgende Anzahl Zellen ergibt (Annahme: alle erwachsen): ➞ 7 x 1023 Legt man die durchschnittlich nur 40 Tausendstel Millimeter kleinen Zellen eines Menschen aneinander, reichen sie 4 000 000 km (rund 100-mal um die Erde) weit (Int 33): ➞ 4 x 10 9 m Ausgehend von rund 7 x 10 9 Menschen, ergibt sich insgesamt folgende Strecke: ➞ 2,8 x 1019 m Im Gehirn befinden sich wohl etwa 20 bis 100 Milliarden Nervenzellen (Int 2, Int 33): ➞ 2 x 1010 bis 1 x 1011 Ausgehend von rund 7 x 10 9 Menschen, ergibt sich insgesamt folgende Anzahl Gehirnzellen: ➞ 1,4 bis 7 x 1020 Abb. 9: Unterschiedliche Bereiche des Gehirns (Int 32). 15 Das Gehirn ist ein sehr aktives Organ mit einem besonders hohen Sauerstoff- und Energiebedarf. Es macht nur etwa 2 % der Körpermasse aus, verbraucht aber etwa 20 % des Sauerstoffs und mehr als 25 % der Glukose. (Int 2). schätzungsweise 30 000 Genen kommt der Mensch aus. (Int 38). Nucleinsäuren sind die Träger der Erbinformationen aller Organismen (Probst und Schuchardt 2005, 66). Neben der RNA ist vor allem die DNA von grösster Bedeutung. Dieser extrem komplexe Stoff kann somit als das eigentliche «Lebensmolekül» gelten. 3.2.3.7. Lebewesen allgemein Bezüglich Anzahl der weltweit existierenden Pflanzen- und Tierarten gehen die Schätzungen sehr weit auseinander, sie liegen zwischen 5 und 100 Millionen. Eine im Auftrag des UN-Umweltprogramms UNEP erstellte Studie hält eine Anzahl von 13 bis 14 Millionen unterschiedlichen Arten für am wahrscheinlichsten. Bis zum Jahr 2004 konnten erst 1,54 Millionen Arten wissenschaftlich erfasst und damit beschrieben werden. (Int 21). Der menschliche Körper besteht also aus etwa 100 Billionen Zellen. Abzüglich der 25 Billionen Erythrocyten, die keine Zellkerne aufweisen, würde die gesamte DNA eines Menschen – im entspiralisierten Zustand wohl gegen 2 m pro Zellkern (Abb. 13) – die unvorstellbare Länge von 150 Milliarden km oder 1,5 x 1014 m erreichen. Und um den Durchmesser unserer Milchstrasse zu überbrücken (1021 m), bräuchte man lediglich die DNA einer Grossstadt wie London mit rund 7 Millionen Einwohnern. (Int 38). Trotz seiner Länge finden sich nur verhältnismässig wenig Gene auf der DNA. Mit Ausgehend von rund 7 x 10 9 Menschen, ergibt sich insgesamt folgende DNA-Länge: ➞ 1021 km = 1024 m Interessant für diese Arbeit ist die Frage, wie viele Zellen weltweit überhaupt vorliegen. Diese ist jedoch ohne Zweifel nur in grober Annäherung zu beantworten. Bei Bäumen beinhalten Nadeln und Blattspreiten wohl höchstens 1/100 aller Zellen. In Bezug auf die zahlreichen toten Zellen im Pflanzenkörper wie Festigungs-, Kork- oder Holzzellen ist zu bedenken, dass jene zu Beginn ihrer Entwicklung noch lebend waren. Arten Einzelnes Individuum Sämtliche Individuen weltweit Merkmale Anzahl Zellen in Nadeln und Blattspreiten Gesamtzahl an Zellen Gesamtzahl DNA in Metern (entspiralisiert) Europäische Lärche (jung) 6 x 1011 1014 ? ? Rotbuche (alt) 2,5 x 1013 1016 ? ? Mensch (erwachsen) – 1014 7 x 10 9 1024 «grosse» Arten – > 1014 < 7 x 10 9 ? «kleine» Arten – < 1014 > 7 x 10 9 ? Tab. 5: Grob geschätzte Zahlenwerte in ausgewählten Organismen. 16 Geht man nun von 10 Millionen Pflanzenund Tierarten aus, wobei im Durchschnitt jede aus 10 Milliarden Individuen zu je 1014 Zellen besteht, führt dies weltweit zu insgesamt 1031 Zellen (ohne Einzeller und Pilze). Nimmt man an, dass durchschnittlich 1 m DNA pro Zellkern vorliegt, so ergibt sich die unvorstellbare Gesamtlänge all ihrer DNA von 1031 m. Gemäss Endosymbiontentheorie (Kap. 3.2.5., Int 30) gehen Organellen wie Chloroplasten oder Mitochondrien – selber höchst komplexe Strukturen mit unermess- lichem Stoffwechselvermögen und eigener DNA – auf extrem kleine urtümliche Einzeller zurück. Chloroplasten in grünen pflanzlichen Zellen dienen der Fotosynthese zum Aufbau von Kohlenhydraten; Mitochondrien in allen eukaryotischen Zellen ermöglichen die Zellatmung zur Energiegewinnung. Gewöhnlich finden wir 100–1000 Mitochondrien pro Zelle (Int 12). Berücksichtigt man auch solche Angaben, finden sich in sämtlichen Pflanzen und Tieren dieser Erde insgesamt wohl 1033 bis 1034 Mitochondrien. 3.2.4. Grössenordnungen Objekte Merkmale Runde Werte Oberste 30 cm von einem Hektar Ackerland Anzahl Bakterien darin 4 x 1017 Oberste 30 cm des Bodens in den naturnahen Zonen von Lenzburg Anzahl Bakterien darin 4 x 1020 1 Gramm Bakterien Anzahl Zellen 1015 Bakterien und Archaeen Gesamtzahl weltweit 4 x 1033 Bakterien und Archaeen Gesamtlänge all ihrer DNA in m 4 x 1030 Europäische Lärche, 23-jährig Gesamtzahl an Nadeln 4,3 x 10 6 Europäische Lärche, 23-jährig Anzahl Zellen in sämtlichen Nadeln 6 x 1011 Rotbuche, ausgewachsen Gesamtzahl an Laubblättern 2 x 10 5 Rotbuche, ausgewachsen Anzahl Zellen in sämtlichen Blattspreiten 2,5 x 1013 Wälder von Lenzburg Anzahl Zellen in Nadeln und Blattspreiten von rund 350 000 grösseren Bäumen 4,5 x 1018 Wälder der Schweiz Anzahl Zellen in Nadeln und Blattspreiten von rund 780 000 000 grösseren Bäumen 1022 17 Wälder der Erde Anzahl Zellen in Nadeln und Blattspreiten von rund 2,4 x 1012 grösseren Bäumen 3 x 1025 Sportanlage Wilmatten Lenzburg Anzahl Grasblätter auf 15 300 m2 Rasenfläche 6 x 10 8 Mensch Anzahl Zellen 1014 7 x 10 9 Menschen weltweit Gesamtzahl an menschlichen Zellen 7 x 1023 Menschliches Gehirn Anzahl Nervenzellen 2 x 1010 bis 1 x 1011 7 x 10 9 Menschen weltweit Gesamtzahl an Nervenzellen aller Gehirne 1,4 bis 7 x 1020 DNA eines erwachsenen Menschen Totallänge in m 1,5 x 1014 7 x 10 9 Menschen weltweit Gesamtlänge aller menschlichen DNA in m 1024 Pflanzen und Tiere Artenzahl weltweit 1,3 bis 1,4 x 107 Pflanzen und Tiere Gesamtzahl an Zellen 1031 Pflanzen und Tiere Gesamtlänge all ihrer DNA in m 1031 Pflanzen und Tiere Gesamtzahl an Mitochondrien 1033 bis 1034 Tab. 6: Zusammenfassung obiger Daten. 3.2.5. Entstehung des Lebens nach der Evolutionslehre Vor gut 50 Jahren konnte Stanley Miller von einem aussergewöhnlichen Experiment berichten. Er hatte eine Glasapparatur mit einem «Urozean» aus Wasser und einer primitiven Atmosphäre aus Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf gefüllt. Mit elektrischen Entladungen hatte er anschliessend eine Woche lang die heftigen Gewitter der frühen Erde simuliert. In der trüben Brühe fand Miller schliesslich Bausteine des Lebens, unter anderem Aminosäuren. Seine Theorie von der «Ursuppe» des Lebens machte weltweit Furore. Sie ist inzwischen Geschichte. Das junge Leben hätte in den flachen Regionen der Ozeane, in denen Miller seine «Ursuppe» gedank- 18 lich köcheln liess, schon allein die ultraviolette Strahlung der Sonne nicht überstanden. Eine schützende Ozonschicht gab es nicht. (Int 34). Vor einigen Jahren fanden Geologen in Australien Spuren von festem Land aus der Frühzeit der Erde vor 4,4 Milliarden Jahren. War unser Planet kurz nach seiner Entstehung etwa doch keine Magmakugel mehr? Gab es damals bereits flüssiges Wasser auf der Erde? Könnte darin schon Leben gewesen sein? Und wie ist dieses überhaupt erst entstanden? (Int 34). Die Entstehung des Lebens (Biogenese) spielte sich wohl eher auf dem Grund der Meere ab, dort, wo aus Spalten in der Erd- kruste mehrere 100 Grad Celsius heisses Wasser schiesst, abgesacktes Meerwasser, das im Erdinneren eine Verwandlung durchmacht, seine chemische Neutralität verliert, als Säure emporsteigt und aus dem Gestein Mineralien herausfrisst: ein brodelnder Kosmos mit einem ungeheuren Potenzial an chemischer Reaktivität, zu Urzeiten wohl noch viel aggressiver als heute. Dass an derartigen hydrothermalen Quellen Leben existieren kann, steht fest. Archaeen etwa, die Extremisten in der belebten Natur, wachsen auch heute noch in unwirtlichen Lebensräumen, in kochenden Geysiren, heissen Schwefelquellen oder Säurepfützen. Diese Urbakterien werden im Stammbaum des Lebens an unterster Stelle dargestellt. (Int 34). aus den angesammelten Biomolekülen möglicherweise eine erste eigenständige biologische Zelle. (Int 34). Einen völlig anderen Ort der Entstehung des Lebens postuliert der Hamburger Physik-Professor Hauke Trinks. Inspiriert durch eine Kajakfahrt in Spitzbergen, startete er ein Forschungsprogramm, das sich mit Kälte liebenden Organismen beschäftigt. Untersuchungen des hoch komplexen Mediums Meereis lassen ihn annehmen, dass hier die Bedingungen für die Entwicklung erster organischer Moleküle nahezu ideal waren. (Int 31). Die ältesten Fossilien, die man bislang gefunden hat, führen in die Urmeere des Archaikums und sind 3,5 Milliarden Jahre alt: fadenförmige Zellen aus Kieselgesteinen in Westaustralien, wahrscheinlich Blaualgen (Cyanobakterien), welche bereits Fotosynthese betrieben. Stellt man die Zeituhr der Erde auf einen einzigen Tag, so hätten diese morgens Viertel vor sechs Uhr gelebt. Zum Vergleich: Fische bevölkerten die Urmeere erst gegen halb zehn Uhr abends, der Mensch trat eine Sekunde vor Mitternacht auf. (Int 34). Bisher galt die Devise: erst die Biomoleküle, dann die Zelle. Inzwischen gibt es auch das umgekehrte Denkmodell. Das Leben könnte sich in mineralischen «Brutzellen» aus Eisen und Schwefel, die wohl zu Milliarden an den hydrothermalen Quellen der Urzeit vorkamen, entwickelt haben. Die Wände solcher winzigen Kammern sind chemisch dermassen aktiv, dass sie Reaktionen katalytisch vorantreiben. Diese «Zellen» vermögen Reaktionsprodukte am Ort ihrer Entstehung zurückzuhalten, was allenfalls zu Konzentrationen von Grundbausteinen des Lebens führt. Irgendwann bildete sich Die Endosymbiontentheorie geht davon aus, dass Mitochondrien und Plastiden wie Chloroplasten sich aus eigenständigen prokaryotischen Lebewesen entwickelt haben. Im Zuge des Evolutionsprozesses sind diese Einzeller eine Endosymbiose mit einer eukaryotischen Zelle eingegangen, das heisst, sie lebten in ihrer Wirtszelle zum gegenseitigen Vorteil. Diese Abhängigkeit ging schliesslich so weit, dass diese Organellen Teile ihres nicht mehr benötigten genetischen Materials verloren oder die entsprechenden Gene teilweise in das Kern-Genom integriert wurden. (Int 30). Die Entwicklung ist mit dem Menschen jedoch nicht abgeschlossen, sie geht stets weiter (Buser 2011). Gemäss Synthetischer Evolutionstheorie basiert die stammbaumartig zusammenhängende Höherentwicklung unter anderem auf Evolutionsfaktoren wie Mutation, Rekombination, Isolation und Selektion (Paul 2004, 409). 19 4. Diskussion 4.1. Vergleich von Universum und Leben Zunächst muss festgehalten werden, dass die ermittelten Zahlengrössen im Prinzip unvorstellbar sind. Dies soll hier am Beispiel des Zählens veranschaulicht werden. Nimmt man an, für jede Zahl 1 sec zu brauchen, sind folgende Zeitspannen nötig: Zählen auf 1 Million (10 6) ➞ 278 h ➞ 35 Tage zu 8 h Zählen auf 1 Milliarde (10 9) ➞ 278 000 h ➞ 11 583 Tage zu 24 h ➞ 31,7 Jahre (24 h pro Tag) ➞ 95 Jahre (8 h pro Tag) Wenn die gesamte Menschheit 95 Jahre lang während 8 h pro Tag zählen würde und könnte, käme sie zusammen auf eine Zahl von 7 x 1018 . 20 Wenn nur schon die 612 000 000 Grasblätter der rund 15 300 m2 Rasenfläche in der Sportanlage Wilmatten Lenzburg gezählt würden, bräuchte dazu ein Mensch etwa 59 Jahre, wobei er jeden Tag 8 h lang arbeiten müsste. Sowohl im Universum wie auch in der belebten Welt sind riesige, unvorstellbare Zahlenwerte auszumachen. Es mag zwar zutreffen, dass die Werte einzelner Angaben allenfalls etwas zu hoch oder zu niedrig eingeschätzt worden sind. Bezüglich der vorliegenden, immensen Grössenordnungen ist dies jedoch kaum von Belang. Merkmale Ungefähre Daten «Sichtbare» Masse des Universums in kg 10 53 Ausdehnung des Universums in m 7,4 x 1026 Total der Sterne 1022 Durchmesser der Milchstrasse in m 9,5 x 1020 Anzahl Bakterien und Archaeen weltweit 4 x 1033 Gesamtlänge aller DNA von Bakterien und Archaeen in m 4 x 1030 Anzahl Zellen von Pflanzen und Tieren weltweit 1031 Gesamtlänge aller DNA von Pflanzen und Tieren in m 1031 Tab. 7: Einige «unendliche» Daten. Interessant wäre ausserdem ein weiterer Vergleich, auf den aber wegen der Unsicherheit der verfügbaren Daten bloss hingewiesen wird. Ein Planetensystem könnte gut einer Zelle (Abb. 12) gegenübergestellt werden. Der Zellkern entspräche dann dem Stern und Planeten, Monde sowie kleinere Strukturen den Organellen. Zentren Menge Grosszügige Schätzung der Anzahl zugehöriger Elemente Total an Elementen Sterne 1022 103 Planeten, Monde und kleinere Strukturen pro Planetensystem 1025 Zellkerne bei Pflanzen und Tieren 1031 10 4 Organellen pro Zelle 1035 Tab. 8: Vergleich zwischen Planetensystem und Zelle. Wie in der Bilanz deutlich festgestellt werden kann, steht unsere Erde bezüglich Zahlenwerten dem Universum in keiner Weise nach, obwohl sie «unendlich» viel kleiner ist. 4.2. Die Erde als «Mittelpunkt des Universums»? – oder die Frage nach der Komplexität des Seins Das heliozentrische (kopernikanische) Weltbild basiert auf der Annahme, dass sich die Planeten um die Sonne bewegen. Es steht im Gegensatz zum älteren geozentrischen (ptolemäischen) Weltbild, in dem die Erde als Zentrum des Universums betrachtet wird. Im Laufe des 18. und 19. Jahrhunderts wurde der Status der Sonne als ein Stern unter vielen in zunehmendem Masse offensichtlich, im 20. Jahrhundert, noch vor der Entdeckung, dass es zahlreiche Galaxien gibt, war dies bereits einhellige Meinung. Die heutige Diskussion beschränkt sich oft auf das Solarsystem und zeigt auf, dass die Sonne nicht in der geometrischen Mitte der Planetenbahnen steht. (Int 3). 21 Selbstverständlich stellt die Erde nicht den geometrischen Mittelpunkt des Universums dar. Zu bedenken ist jedoch, dass lebende Strukturen extrem differenzierter als unbelebte sind. Berücksichtigt man die Befunde in Tab. 7, darf – solange kein ausserirdisches, hoch entwickeltes Leben gefunden wird – die Erde in jedem Fall als «Komplexitätszentrum» des Universums gelten. 4.3. Der Mensch als «Krone der Schöpfung»? – oder die Suche nach der menschlichen Bestimmung «Krone der Schöpfung» ist eine heute häufig nur ironisch verwendete Bezeichnung für den Menschen. Ihr Entstehen kann jedoch bis ins antike Griechenland zurückverfolgt werden. Eine der Formulierung «Krone der Schöpfung» ähnliche Bezeichnung des Menschen enthält auch das Alte Testament in Psalm 8,6, der als Lob des Menschen in Form einer Ansprache Davids an Jahwe überliefert ist: «Du machtest ihn wenig geringer als Engel, mit Ehre und Hoheit kröntest du ihn.» (Int 4). Heute wird das menschliche Gehirn als komplexeste Struktur des Universums angesehen. Henry Markram (Int 14) betont, dass es vielleicht noch Komplexeres wie etwa die menschliche Gesellschaft als Ganzes gibt, aber nichts so komplex in sich ist wie sein Gehirn als einheitliche Struktur. Betrachtet man Daten wie in Kap. 3.2.3.6. dargelegt, könnte der Mensch durchaus als «Höhepunkt des sichtbaren Seins» beurteilt werden. Die Aussagen von Buser (2011) zielen in eine ähnliche Richtung: Wenn der Mensch bewusst in den Himmel blickt, erkennt er, 22 dass er ein Teil von einem grossen Ganzen ist. Der Blick in diese Weite ermöglicht ihm erst, zu sich selber zu finden. Sein Denkvermögen bezüglich Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ist «Bewegung in der Zeit», die gegenwärtig höchste «Stufe der Freiheit». Dieses Denkvermögen, das wohlgemerkt nur einen sehr kleinen Teil seiner Gehirnkapazität beansprucht, sollte ihn dazu führen, bei der Betrachtung der Natur in Staunen und Ehrfurcht zu versinken. Leider verhält sich der Mensch oft in einer Weise, die kaum seiner Bestimmung entspricht, was auf Selbstherrlichkeit und Egoismus zurückzuführen ist. Genesis 3 stellt dies bildlich im «Sündenfall» dar. Die menschliche Bestimmung kann aufgrund der enormen Dimensionen seines Grosshirns wohl am besten mit «Wahrnehmung von Verantwortung» umschrieben werden. So ist heute Verantwortung notwendiger denn je: • gegenüber sich selbst (gesundheitliche Aspekte) • gegenüber den Mitmenschen (soziales Bewusstsein) • gegenüber der natürlichen Umwelt (ökologisches Gewissen, Fey (1983)) Je intensiver der Mensch sich als integralen Bestandteil der gesamten Schöpfung begreift und damit zu seinen «Wurzeln» (Schöpfer / Natur und Umwelt) zurückfindet, desto mehr dürfte er sich seiner Bestimmung nähern (Fey 1983). 4.4. Entstehungstheorien Vereinfacht können in unserem Kulturkreis drei Theorieansätze festgestellt werden: a)Synthetische Evolutionstheorie und Systemtheorie der Evolution b)Theistische Evolutionstheorie c)Moderner Kreationismus und Intelligent Design Abb. 10: Beispiel einer Stammbaumrekonstruktion: Paarhuferfamilien (Junker und Scherer 2006, 296). Man beachte die gestrichelten, unbekannten, basalen Verbindungen. Die verschiedenen Gruppen treten nebeneinander unvermittelt in Erscheinung. Zu a) Die in sich schlüssige Gesamttheorie beruht weitgehend auf dem Zufallsprinzip und beinhaltet durchaus zahllose interessante und eindrückliche Erkenntnisse. In Fachliteratur und Lehrmitteln geniesst sie mehr oder weniger Alleinanspruch. Beschäftigt man sich jedoch intensiver mit der Entstehung des Universums und des Lebens auf dieser Denkbasis (Kap. 3.1.5. und 3.2.5.), kann unschwer festgestellt werden, dass zahlreiche Fragen selbst in Fachkreisen unbeantwortet bleiben und viele Aussagen bloss auf theoretische Möglichkeiten hinweisen. Zu bedenken ist ferner, dass sich Ähnlichkeiten zwischen Lebensformen sowohl evolutionistisch als auch kreationistisch erklären lassen. Zu b) Dieser Begriff bezeichnet eine Bandbreite von Sichtweisen über das Verhältnis zwischen religiösem Glauben und wissenschaftlichen Theorien zum Ursprung und zur Evolution des Seins. Viele Theisten sind der Überzeugung, dass ein Gott in irgendeiner Form die Entwicklung des Lebens plant oder steuert. Manche gehen dabei nur vom Einfluss eines Gottes auf psychische Phänomene aus, andere aber sprechen von einem direkten schöpferischen Eingreifen eines Gottes in diverse Naturvorgänge. (Int 10). Durch die Evolutionslehre nicht oder kaum lösbare Problemstellungen wie «Was hat den Urknall ausgelöst?», «Wie spielte sich die Biogenese wirklich ab?» oder «Wo 23 befinden sich die zahllosen Missing Links (fehlende Bindeglieder in den Stammbäumen)?» werden durch integrierte Schöpfungsakte erklärt. Binggeli (2006) versucht, in seinem ausführlichen Werk Genesis und moderne Kosmologie zu verbinden (224). Östliche Religionen glauben an eine alldurchdringende Gottheit; gemäss jüdisch-christlicher Tradition gibt es einen göttlichen Urgrund, aus dem die Welt erschaffen wurde und in den sie eingebettet ist (231). Mathematik und Physik gehen heute von höherdimensionalen Räumen aus, was Bilder einer transzendenten Ganzheit ermöglicht (232). Im modernen Quantenuniversum scheint alles mit allem unauflösbar zusammenzuhängen. Ob man allerdings je mit einer physikalischen Beschreibung an die letzten Dinge herankommt, ist ungewiss (245). Es darf aber durchaus ein höherdimensionaler Superraum postuliert werden, welcher azeitlich ist und alles umfasst, das dreidimensional und zeitlich ist (247). Zu c) Intelligent Design vertritt die Auffassung, dass sich bestimmte Eigenschaften des Universums und des Lebens auf der Erde am besten durch eine intelligente Ursache erklären lassen und nicht durch zufällige Vorgänge ohne Zielrichtung (Int 10). Ein sehr fundiertes, aber kritisches Lehrbuch zu Evolutionsfragen entwickelte Junker und Scherer (2006). Es vertritt den Modernen Kreationismus, welcher zwischen Mikro- und Makroevolution unterscheidet. Die Erste ist die Evolution in die Breite (Veränderung innerhalb bereits vorhandener Strukturen), die Zweite ist jene in die Höhe (Entstehung neuer Strukturen). Während die Erste empirisch beweisbar ist, bleibt die Zweite aus diversen Gründen theoretischer Natur. So genannte Grundtypen – wohl 24 Abb. 11: Grundtypen, die sich aus genetisch polyvalenten Stammformen in zahlreiche Arten ausdifferenziert haben. Die Fragezeichen deuten an, dass mögliche Schöpfungsakte wohl nicht naturwissenschaftlich beschrieben werden können. (Junker und Scherer 2006, 296). meist auf der systematischen Ebene von Gattungen/Familien/Ordnungen – stellen danach «Schöpfungseinheiten» dar, welche Genesis 1 in verschiedenen Versen «Arten» nennt. Stammbäume, basierend auf Mikroevolution, lassen sich nur innerhalb solcher Grundtypen widerspruchsfrei rekonstruieren. Meine eigenen Untersuchungen zur Systematik der Familie der Buchengewächse (Fey 1981) zeitigten Ergebnisse, welche mit diesem Theorieansatz gut verträglich sind. Grundtypen sind hier auf der Ebene von Gattungen, bei artenreichen Gattungen vermutlich auf jener von Untergattungen, anzusiedeln. Die ungewisse Basis im Familienstammbaum – unbekannte Urformen und fehlende Verbindungen – könnte als transzendente, zeitlose «geistige Makroevolution» gedeutet werden. (Fey 1984). Da Raum und Zeit relative Grössen darstellen, sind solche Überlegungen durchaus möglich (Int 9). Zu b) und c) Einem System mit der Masse m lässt sich auch im unbewegten Zustand eine Energie E zuordnen, und zwar nach der Formel E = m x c2, wobei c die kons- tante Lichtgeschwindigkeit darstellt. Diese Formel ist eine der berühmtesten in der Physik und geht auf Albert Einstein zurück. Sie zeigt die Äquivalenz von Masse und Energie auf. (Int 8). Genesis 1 beinhaltet an diversen Stellen folgende Aussage: «Gott sprach und es geschah so.» Auch das Neue Testament weist in eine ähnliche Richtung: «Im Anfang war das Wort, und das Wort war bei Gott, und Gott war das Wort. Dieses war im Anfang bei Gott. Alle Dinge sind durch das Wort geworden, und ohne dasselbe ward nichts von allem, das geworden ist.» (Johannes 1, 1–3). Im übertragenen Sinne könnte dies etwa bedeuten: Ein «göttlicher Urgrund» im «höherdimensionalen Superraum» setzte Energie frei, welche gezielt in definierte Masse umgeformt wurde. Beide Theorieansätze ersetzen das umfassende Zufallsprinzip durch transzendente Zielrichtung. Begriffe wie Ereignishorizont, Höherdimensionalität oder Zeitlosigkeit (= «Ewigkeit») bekommen eine spezielle Bedeutung. Komplexität und Schönheit der Natur wie auch die in vorliegender Publikation dargelegten Befunde – auf «Unendlichkeit» und «Unfassbarkeit» hinweisend – werden als «Wunder der Schöpfung» deklariert. 25 5. Zusammenfassung Die klassische und heute weithin anerkannte Urknalltheorie geht davon aus, dass das Universum in einem bestimmten Augenblick, dem Urknall, vor rund 14 Milliarden Jahren entstand und sich seitdem ausdehnt. Allerdings bleibt in diesem Modell offen, was vor dem Urknall war und wodurch er verursacht wurde. Zeit, Raum und Materie sind gemäss dieser Theorie erst mit dem Urknall entstanden. Die Anzahl von Galaxien im Universum schätzt man heute auf etwa 100 Milliarden, was zu insgesamt 1022 Sternen führt. Daneben existieren wohl mehrere 100 Millionen Schwarzer Löcher. Die heutige Ausdehnung des Universums beträgt 7,4 x 1026 m, während der Durchmesser einer Galaxie 1021 m ausmacht. Geht man von 10 Millionen Pflanzen- und Tierarten aus, wobei im Durchschnitt jede aus 10 Milliarden Individuen zu je 1014 Zellen besteht, führt dies weltweit zu insgesamt 1031 Zellen (ohne Einzeller und Pilze). Nimmt man an, dass durchschnittlich 1 m DNA pro Zellkern vorliegt, so ergibt sich eine Gesamtlänge all ihrer DNA von 1031 m. Weltweit finden sich wohl über 1033 Bakterien und Archaeen. 26 Wie damit festgestellt werden kann, steht die Erde bezüglich Zahlenwerten dem Universum in keiner Weise nach, obwohl sie «unendlich» viel kleiner ist. Selbstverständlich stellt sie nicht den geometrischen Mittelpunkt des Universums dar. Jedoch sind lebende Strukturen extrem differenzierter als unbelebte. Aufgrund der dargelegten Daten darf die Erde zu Recht als «Komplexitätszentrum» des Universums gelten. Heute wird das menschliche Gehirn als komplexeste Struktur des Universums angesehen. Der Mensch kann somit als «Höhepunkt des sichtbaren Seins» beurteilt werden, obwohl er seiner Bestimmung, der vielschichtigen Wahrnehmung von Verantwortung, kaum gerecht wird. Abschliessend werden drei Stossrichtungen bezüglich Entstehungstheorien dargelegt: 1) Synthetische Evolutionstheorie und Systemtheorie der Evolution, 2) Theistische Evolutionstheorie sowie 3) Moderner Kreationismus und Intelligent Design. Erstere beinhaltet Urknall, Ursuppe, stammbaumartig zusammenhängende Höherentwicklung und weitgehendes Zufallsprinzip. Die Zweite erklärt kaum lösbare Problemstel- lungen durch integrierte Schöpfungsakte. Die Dritte schliesslich postuliert eine «intelligente Ursache» des gesamten Seins. So genannte Grundtypen stellen «Schöpfungseinheiten» dar. Stammbäume lassen sich nur innerhalb solcher Grundtypen widerspruchsfrei rekonstruieren. Die Theorieansätze zwei und drei beinhalten eine transzendente Zielrichtung, was durch die in vorliegender Arbeit aufgezeigten Ergebnisse gestützt wird. Abb. 12: Schemen eukaryotischer Zellen auf der Basis von elektronenmikroskopischen Aufnahmen, in Realität prall gefüllt mit Organellen; links Pflanzenzelle, rechts Tierzelle; Vergrösserung etwa 1000 x (Bayrhuber und Kull 1998, 21). 27 28 Abb. 13: Entspiralisierter DNA-Faden aus einem von insgesamt 46 Chromosomen eines menschlichen Zellkerns, elektronenmikroskopische Aufnahme; Vergrösserung etwa 16 000 x (Zink et al. 1991,63). 6. Quellenverzeichnis 6.1. Literatur Amann, Gottfried: Bäume und Sträucher des Waldes. Melsungen: Neumann. 14. Aufl. 1984. Bayrhuber, Horst, und Kull, Ulrich (Hrsg.): Linder Biologie. Hannover: Schroedel. 21. Aufl. 1998. Binggeli, Bruno: Primum Mobile. Dantes Jenseitsreise und die moderne Kosmologie. Zürich: Ammann. 3. Aufl. 2006. Botzenhardt, Tilman, et al.: Die Masse der Meere, des Goldes. In: GEO. 10/2010:32. Buser, Roland: Wir sind der letzte Schrei des Kosmos. In: Der Sonntag. Nr. 52. 2. Januar 2011: 41-42. 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Susanne Ziegler, Theologin, danke ich herzlich für das kritische Durcharbeiten des Entwurfes und für wertvolle Anregungen bezüglich der Endfassung, Jacqueline Schneeberger Fey, meiner Ehefrau, für ihre Mithilfe bei einigen PC-Anwendungen und für ihre stets geduldige Unterstützung in stressigen Phasen der Arbeit. geboren am 13. Januar 1951, verheiratet und Vater zweier erwachsener Kinder Studium der Biologie an der Universität Zürich, 1981 Promotion in Systematischer Botanik, 1980 bis 2010 Gymnasial- und Seminarlehrer an Mittelschulen des Kantons Luzern, seit August 2010 im Ruhestand, überzeugt von zielgerichteter Schöpfung Verlag / Auflage © 2011 Eigenverlag Fey, Lenzburg / 1000 Exemplare Layout / Druck Kneuss Druck AG, Lenzburg 32
