Eine mittelalterliche Urknall-Theorie.

aus Süddeutsche.de, 19. März 2014 10:43 

Naturphilosophie  
Urknall im Mittelalter

Ein englischer Kleriker entwarf im 13. Jahrhundert eine Urknalltheorie: Eine Explosion aus Licht habe das Universum erzeugt. 800 Jahre später fasziniert der Bischof Physiker der Universität Durham. Sie rechnen seine Ideen nach.

Von Christoph Behrens

Das Mittelalter, eine dunkle Zeit, in der Analphabeten herrschten, und die Kirche wissenschaftlichen Fortschritt bekämpfte? Streckenweise mag dieses Bild stimmen, doch gab es auch Blütephasen kritischen Denkens und neuer Ideen. Das frühe 13. Jahrhundert war eine solche Phase in Europa, und der englische Gelehrte Robert Grosseteste einer ihrer Vertreter. Der Kirchenmann hatte in Paris studiert und stieg später zum Bischof von Lincoln auf. Er beherrschte die aristotelische Logik und verfasste zahlreiche naturphilosophische Abhandlungen - über die Hitze der Sonne, den Ursprung der Klänge, über Regenbögen, Kometen und Sterne.

Doch das wohl bemerkenswerteste Werk nannte er 1225 De luce - über das Licht. Grosseteste entwickelt darin erstmals die Idee, eine Art Urknall könne am Anfang des Universums gestanden haben - 700 Jahre, bevor die Idee eines "Big Bang" auch in die moderne Physik einging.
 
Explosion aus Licht

Physiker, Linguisten und Historiker um Tom McLeish von der Universität Durham haben die Werke Grossetestes nun genauer untersucht. In der Studie, die demnächst im Fachblatt Proceedings of the Royal Society A veröffentlicht wird, schreibt das Team, De Luce sei ein früher Versuch, das Universum mit einem festen Satz physikalischer Regeln zu beschreiben. Grosseteste verwendet darin bereits eine relativ fortgeschrittene Mathematik, er räsoniert über die Natur der Atome, den Zusammenhang von Licht und Materie.

Eine Art Explosion aus Licht habe das Universum erzeugt, vermutete der englische Kleriker. Dieses Licht habe sich von einem zentralen Punkt ausgebreitet und dabei an Dichte und Kraft verloren, bis es an eine äußere Grenze gelangt sei - quasi das Ende des Universums. Von dort habe sich eine zweite Welle nach innen ausgebreitet, und so insgesamt zehn Sphären geschaffen, für Sterne, Planeten und zuletzt die Erde.
 
Parallelen zum Multiversum

Zwar sind aus heutiger Sicht viele Annahmen in Grossetestes Argumentation unsinnig, etwa die Idee, die Erde stünde im Zentrum des Universums. Doch mathematisch ist sein Modell schlüssig. Die Forscher um McLeish haben die mittelalterlichen Ideen in sechs physikalische Formeln übersetzt und durchgerechnet. Die Ergebnisse passen demnach genau zum Weltbild einer zentralen Erde und äußeren "Himmelssphären", wie sie auch Aristoteles erwähnt.

 
Simulation von Grossetestes Universum mit neun perfekten Sphären, und der Erde als "unperfekter Sphäre" im Mittelpunkt 

Doch eine Sache verblüffte die Wissenschaftler: Ob sich nach Grossetestes Modell ein stabiles Universum entwickelt, hängt von sorgfältig gewählten Anfangsbedingungen ab. Die Bindungsstärke zwischen Materie und Licht musste stimmen, ebenso die Masseverteilung. Andernfalls schaffen die Simulationen unsinnige Welten, wo die einzelnen Sphären überlappen oder gar keine entstehen. 

Dies erinnert die Forscher stark an die moderne Theorie eines Multiversums, in dem unzählige Universen parallel existieren sollen.Dass Grosseteste diese Möglichkeit vorhersah, darf bezweifelt werden. Jedoch ist es kein Zufall, dass er seine modern anmutenden Ideen zu jener Zeit entwickelte. "Die Naturphilosophie erlebte um 1200 einen Schub", sagt der Historiker Frank Rexroth von der Universität Göttingen. Viele Schriften etwa von Aristoteles seien aus Arabien nach Europa gekommen und dort begeistert aufgenommen worden. "Zugleich versuchte sich die Philosophie von der Theologie zu emanzipieren", sagt Rexroth. Deshalb habe Grosseteste wohl auch keinen Ärger mit kirchlichen Vorgesetzten bekommen: Er beging nicht den Fehler, seine Physik auf Fragen des Glaubens zu übertragen.

Pflanze und Tier zugleich.

aus scinexx

Seeanemone ist Pflanze und Tier zugleich
Forscher finden bei dem Nesseltier genetische Merkmale von Pflanzen

Pflanze oder Tier? Die Seeanemone sieht aus wie ein Gewächs, dennoch gehört sie zu den Nessel"tieren". Wissenschaftler aus Österreich haben in genetischen Untersuchungen festgestellt, dass die Seeanemone bei weitem nicht so ein einfacher Organismus ist, wie bislang angenommen: In zwei Publikationen im Fachjournal "Genome Research" erläutern sie, warum die Seeanemone sowohl Tieren als auch Pflanzen gleicht.

Seit den 1990er Jahren sind die vollständigen Gen-Sequenzen von einer immer größeren Zahl von Organismen bekannt. Anhand dieser Genome können Wissenschaftler mit zunehmender Genauigkeit die Verwandtschaftsverhältnisse einzelner Arten, aber auch ganzer Stämme von Lebewesen bestimmen. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die Größe des Erbguts nicht unbedingt anzeigt, wie komplex ein Organismus ist. Eine ebenso große Rolle spielt dafür die interaktion der Gene untereinander und ihre Regulation. Dieses genregulatorische Netzwerk haben Ulrich Technau von der Universität Wien und seine Kollegen nun bei der Seeanemone entschlüsselt – und dabei einiges Überraschendes gefunden.

Komplexe Genregulation in einfachem Organismus

Für ihre "Gen-Landkarte" identifizierten die Forscher bestimmte Elemente in der DNA-Sequenz, sogenannte "Enhancer" und "Promotoren". An diesen Elementen docken spezifische Proteine an, die wiederum beeinflussen, wie oft und wie stark ein Gen aktiviert und kopiert wird. Je komplexer das regulatorische Netzwerk eines Lebewesens ist, desto häufiger kommen diese Enhancer und Promotoren im Genom vor.

Bei der Seeanemone stellte sich heraus: Das eher primitive Tier verfügt über ein ähnlich komplexes Netzwerk wie der Mensch oder die Fruchtfliege. "Für uns liegt daher der Schluss nahe, dass dieses Prinzip von komplexer Genregulation auf gemeinsame Vorfahren von Mensch, Fliege und Seeanemone zurückgeht", erklärt die Mikrobiologin Michaela Schwaiger. Das gemeinsame System der Genregulation wäre demnach mindestens 600 Millionen Jahre alt.

Gemeinsamer Vorfahr auch mit Pflanzen?

Die Seenanemone erweist sich aber noch in einer anderen Hinsicht als überraschend. Denn auch in einem weiteren System der Genregulation zeigten sich unerwartete Besonderheiten. Bei diesem binden sogenannte mikro-RNAs an die RNA-Kopien eines aktivierten Gens. So verhindern sie, dass das Gen in ein funktionierendes Protein übersetzt wird. Dieses zweite System ist sehr verbreitet, bei vielen Tieren sind 100 bis 200 solcher mikro-RNAs bekannt, beim Menschen sogar über 1.000. Auch bei Pflanzen existiert diese Art der Regulation, allerdings gehen Wissenschaftler davon aus, dass sie sich völlig unabhängig entwickelt hat: Die pflanzlichen mikro-RNAs haben so gut wie nichts mit den tierischen gemeinsam, sie entstehen auf anderem Wege und wirken unterschiedlich.

In der Seeanemone fand das Team insgesamt 87 dieser mikro-RNAs. Überraschenderweise zeigten sie alle Eigenschaften pflanzlicher mikro-RNA. Außerdem wiesen die Forscher ein wichtiges Protein für die Produktion der mikro-RNA nach, das bislang ausschließlich in Pflanzen gefunden wurde. Dies deutet darauf hin, dass diese Eigenheiten der Seeanemone weit zurück gehen bis zum gemeinsamen Vorfahren der Tiere und Pflanzen.

Einerseits ist also die Genregulation bei der Seeanemone auf DNA-Ebene dem System der "höheren" Tiere erstaunlich ähnlich. Andererseits gleicht sie bei der RNA-Regulation den Pflanzen. Die Wissenschaftler sehen darin einen bedeutenden Nachweis, wie sich wichtige Ebenen der Genregulation unterschiedlich entwickeln können.
(Genome Research, 2014; doi:10.1101/gr.162529.113, 10.1101/gr.162503.113

(Universität Wien, 19.03.2014 - AKR)

Gravitationswellen aus dem Ursprung.

Maren Beßler, pixelio.de

aus NZZ, 18. 3. 2014

Zuckungen des Urknalls
Astronomen weisen urzeitliche Gravitationswellen nach

von Christian Speicher 

Eine internationale Arbeitsgruppe hat am Montag den Nachweis von Gravitationswellen bekanntgegeben, die direkt vom Urknall stammen sollen. Die Fachwelt ist davon elektrisiert. 

An einer mit Spannung erwarteten Pressekonferenz an der Harvard University haben Astronomen am Montag Spektakuläres bekanntgegeben. Mit einem am Südpol stationierten Radioteleskop wollen sie Gravitationswellen nachgewiesen haben, die direkt vom Urknall herrühren. Sollte sich das als richtig herausstellen, wäre damit bestätigt, dass das Universum unmittelbar nach dem Urknall eine Phase durchlaufen hat, in der es sich «inflationär» ausdehnte. Dafür gab es bisher zwar Anhaltspunkte, aber noch keinen schlagenden Beweis. 

Aufgeblähte Fluktuationen 

Den Fingerabdruck der Gravitationswellen fanden die Forscher der Bicep-Arbeitsgruppe in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Dabei handelt es sich um eine gleichmässig über den Himmel verschmierte Strahlung, die etwa 400 000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde. Wie in den letzten Jahren festgestellt wurde, weist diese Strahlung winzige Temperaturunterschiede auf. Man nimmt an, dass diese Unterschiede von Quantenfluktuationen herrühren, die durch die Inflation aufgeblasen wurden.

Das sollte aber nicht der einzige Fingerabdruck sein, den die Inflation in der kosmischen Hintergrundstrahlung hinterlassen hat. Als «Smoking Gun» gelten Gravitationswellen, die ebenfalls während der kurzen Inflationsphase erzeugt wurden. Direkt nachweisbar sind diese Gravitationswellen heute nicht mehr. In der kosmischen Hintergrundstrahlung sollten sie jedoch Spuren hinterlassen haben, und zwar in Form eines bestimmten Polarisationsmusters. Nach diesem Muster, den sogenannten B-Moden, wird seit längerem gesucht - bis jetzt jedoch ohne Erfolg. Ein anderes Experiment hatte zwar vor kurzem erstmals den Nachweis von B-Moden in der Hintergrundstrahlung verkündet. Diese rührten jedoch nachweislich von einem anderen Effekt her. 

Ein starkes Signal 

Den Forschern der Bicep-Arbeitsgruppe scheint nun gelungen zu sein, woran andere bisher gescheitert waren. Nach einer sorgfältigen Analyse ihrer Daten fanden sie ein Signal, das um einiges stärker war, als es viele Kosmologen für möglich gehalten hatten. Dass dieses Signal durch Staubpartikel in der Milchstrasse oder durch andere systematische Effekte vorgetäuscht wird, halten die Forscher nach einer statistischen Analyse für höchst unwahrscheinlich.

Und was sagen andere Forscher zu der Arbeit? Wenn sich die Analyse als richtig herausstelle, sei den Forschern der Nobelpreis sicher, sagt Ruth Durrer von der Universität Genf. Dafür führt sie mehrere Gründe an. Mit dem Nachweis von primordialen Gravitationswellen wäre zum einen erwiesen, dass auch das Gravitationsfeld ein Feld ist, das mit der Quantentheorie beschrieben werden muss. Zum anderen liefere die Messung erstmals einen Wert für die Energieskala, auf der sich die Inflation abgespielt habe. Diese Skala sei sehr gross und nicht annähernd mit den Energien zu vergleichen, die mit heutigen Teilchenbeschleunigern erreicht würden.

Die Grösse dieser Energieskala gibt Durrer allerdings auch zu denken. Das Ergebnis sei nicht ohne weiteres mit der Grenze zu vereinbaren, die kürzlich aus den Messungen des europäischen Planck-Satelliten abgeleitet worden sei. Von einem Widerspruch möchte Durrer nicht sprechen, es bestehe aber eine gewisse Spannung zwischen den beiden Experimenten. Durrer hofft, dass die Befunde der Bicep-Arbeitsgruppe bald durch andere Experimente bestätigt werden können. Die Aussichten dafür seien gut. Denn ein derart starkes Signal in der kosmischen Hintergrundstrahlung sollten auch andere Experimente sichtbar machen können.

Trennen und verbinden.

aus derStandard.at, 10. März 2014, 22:23                                                 Rainer Sturm  / pixelio.de

Wie das Gehirn kombiniert und trennt
Wiener Forscher fanden heraus, wie Informationen je nach Bedarf assoziiert oder getrennt verarbeitet werden

Wien - Auf das Gehirn strömen ständig unzählige Sinneseindrücke ein. Manche gehören inhaltlich zusammen. Einen Mechanismus, der für die Trennung oder Kombination von Eindrücken verantwortlich ist, konnten nun Wissenschafter vom Zentrum für Hirnforschung der MedUni Wien identifizieren. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie aktuell im Fachjournal "Neuron".

"Es gibt in den Neurowissenschaften eine wichtige Theorie, wie relevante Informationen verarbeitet werden. Es geht dabei um die sogenannten Gamma-Schwingungen", sagt Thomas Klausberger von der Abteilung für Kognitive Neurobiologie. "Man stellt sich vor, dass es sich um zwei Schwingungen handelt, die sich manchmal überlagern, dann wieder aus einander gehen." Der Forscher hat ein einleuchtendes Beispiel für die Fragestellung: "Man kann an den Ort 'Griechenland' denken und mit dem Begriff 'Urlaub' zusammenbringen. Man kann 'Griechenland' aber auch mit 'Finanzkrise' verbinden. Dann will man das aber separat von 'Urlaub' behandeln."

Zwei Schwingungen, eine Nervenzelle

Die Forscher konnten nun zeigen, wie zwei unterschiedliche Schwingungen in der gleichen Nervenzelle entstehen. Dabei bewirken Informationskontakte (Synapsen) am Zellkörper die erste Schwingung, während andere Synapsen an den entferntesten Fortsätzen der gleichen Nervenzelle eine unabhängige Schwingung hervorrufen. Damit kommen Informationen getrennt an, können dann aber je nach Bedarf gemeinsam oder getrennt weiterverarbeitet werden.

Dies sei etwa mit der Koordination von Bewegungsabläufen vergleichbar. "Wir können ja auch Arme und Beine unabhängig voneinander bewegen oder gemeinsam. Die Armbewegung kann dominieren oder jene der Beine, oder wir können koordinierte Bewegungen mit Armen und Beinen gleichzeitig durchführen." Als nächstes wollen die Wissenschafter nun erforschen, wie das Gehirn entscheidet, ob und wann bestimmte Informationen kombiniert oder getrennt verarbeitet werden. (APA)

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Abstract
Neuron: "Layer-Specific GABAergic Control of Distinct Gamma Oscillations in the CA1 Hippocampus"


Nota.

Gehirnwellen:

• Gamma        100 - 38 Hertz (= Schwingungen pro Sekunde)
• Beta              38 - 15 Hz
• Alpha            14 - 8 Hz
• Theta            7 - 4 Hz
• Delta             3 - 0,5 Hz

Nicht nur dein Hirn ist plastisch; dein Gedächtnis ist es auch.

aus scinexx                                   berwis, pixelio.de

Falsche Erinnerungen durch Stromreize?
Elektrische Stimulation beeinflusst das Erinnerungsvermögen für Bilddetails

Unsere Erinnerungen sind manipulierbar: Schon leichte Stromreize eines Hirnareals genügen, damit wir uns an Dinge zu erinnern meinen, die wir nie zuvor gesehen haben. Das belegt ein Experiment deutscher Forscher. Wie sie herausfanden, lassen sich reale Erinnerungen auf diese Weise wenig beeinflussen, falsche Erinnerungen aber sehr wohl, wie sie im Fachmagazin "Journal of Neuroscience" berichten.
 
Erinnerung ist ein dynamischer und zuweilen geradezu kreativer Prozess: Was wir aus unserem Gedächtnis abrufen, kann sich deutlich von dem unterscheiden, was wir ursprünglich abzuspeichern meinten. Das sogenannte episodische Gedächtnis, die Erinnerungen an erlebte Dinge, gilt als besonders anfällig für Verzerrungen und Fehler. Allerdings betreffen die Ungenauigkeiten nicht so sehr die Hauptaussagen oder das Hauptmotiv des Erlebten, sondern die Details. „Dies ist kein krankhafter Prozess, denn das Gedächtnis muss eine Balance zwischen dem ökonomischen Umgang mit seiner Speicherkapazität und der benötigten Genauigkeit der Erinnerungen finden“, erklärt Christian Plewnia von der Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie in Tübingen.

Elektrische Reize mit unterschiedlicher Polarität

Ein bestimmter Bereich der Großhirnrinde im linken Stirnlappen ist an der Steuerung der Erinnerungsvorgänge beteiligt. Diesen Bereich untersuchte das Team von Plewnia zusammen mit Kollegen der Universität Bielefeld genauer. Die Nervenzellen im Gehirn verständigen sich untereinander über elektrische Reizleitung. Daher können Wissenschaftler durch schwache Stromreize, die von außen an der entsprechenden Stelle des Kopfes gegeben werden, die Erregbarkeit einzelner Hirnbereiche beeinflussen.

Die Tübinger Forscher teilten für ihre Experimente 96 Probanden in drei Gruppen ein: Alle wurden verkabelt, doch nur bei zwei der Gruppen stimulierten die Forscher das Gehirn der Probanden tatsächlich gezielt mit schwachen Stromreizen entweder anodaler oder kathodaler Polarität. Dies bedeutet eine identische Stärke der Stimulation, lediglich die Richtung des Stromflusses ist entgegengesetzt.

Erinnern oder vergessen

In zehn Minuten bekamen die Studienteilnehmer 90 Bilder von alltäglichen Situationen und Objekten vorgelegt, etwa von Bäumen, Häusern oder Bussen. Nach jedem Bild erhielten sie durch eins von drei verschiedenen Symbolen die Anweisung, sich an das vorherige Bild zu erinnern, es zu vergessen oder neutral zu bewerten. So erreichten die Forscher, dass die Probanden die Bilder unterschiedlich intensiv abspeicherten.

In der zweiten Phase des Experiments, der Wiedererkennungsphase, mischten die Wissenschaftler die bekannten Bilder mit neuen Bildern, die sich lediglich in kleinen Details von der ersten Serie unterschieden: der gleiche Baum zu anderer Jahreszeit, die Häuserzeile aus anderer Perspektive oder der vormals gelbe Bus in Rot. Die Probanden sollten aus den nun 180 Bildern alle identifizieren, die sie bereits kannten – unabhängig von den früheren Anweisungen.

Stromrichtung beeinflusst Fehlerrate

Bei der korrekten Wiedererkennung bereits bekannter Bilder unterschieden sich die Leistungen der drei Gruppen nicht. Nur ein Effekt der Symbol-Anweisungen aus der ersten Testphase ergab sich: Alle Teilnehmer erkannten die Bilder der ersten Serie besser, an die sie sich erinnern sollten. Bei den fälschlicherweise bekannt erscheinenden Bildern zeigten sich dagegen deutliche Unterschiede: Probanden, die Stromreize mit kathodaler Polarität erhielten, machten deutlich weniger Fehler als die Kontrollgruppe. Der umgekehrte Stromfluss in anodaler Richtung führte dagegen bei der zweiten Testgruppe zu einer deutlich höheren Fehlerrate.

Ob wir uns fälschlicherweise an Dinge erinnern, die wir nie gesehen oder erlebt haben, scheint demnach manipulierbar. „Die Muster der korrekten und falschen Bild-Wiedererkennung legen nahe, dass durch die Stromreize die Genauigkeit bei der falschen Wiedererkennung moduliert wird“, stellt Studienleiter Plewnia fest. „Wir wissen nun zum einen, dass die Stimulation polaritätsspezifisch wirkt und zum anderen, dass dieser Mechanismus vom Aktivitätszustand des Gehirns abhängig ist.“

Einfach sind die Zusammenhänge nicht. Mit den Ergebnissen der Studie können die Wissenschaftler jedoch eine genauere Vorstellung davon entwickeln, wie die Erinnerungsprozesse in dem entscheidenden Hirnbereich ablaufen. Auch bei neuropsychiatrischen Störungen könnte dieses elektrischen Stimulationsverfahren in Zukunft helfen.

(The Journal of Neuroscience, 2014; doi: 10.1523/JNEUROSCI.5407-13.2014)

(Eberhard Karls Universität Tübingen, 13.03.2014 - AKR)

Die kambrische Explosion.

aus NZZ, 5. 2. 2014

Der Beginn einer neuen Zeit, bewahrt in Stein
Fossilien geben Hinweise auf die Grundlagen und den Ablauf der sogenannten kambrischen Explosion

von Kurt de Swaaf 

Das Kambrium zeichnet sich durch eine neu entstehende Vielfalt von Arten und Ökosystemen aus. Die Erforschung von Fossilien aus dem Norden Grönlands bietet Einblick in diese sogenannte kambrische Explosion. 

82° 47,6' Nord, 42° 13,3' West: Wer zum Sirius Passet will, muss buchstäblich ans Ende der Welt reisen. Die Landenge zwischen zwei Fjorden im nördlichsten Grönland ist nur per Flugzeug oder Hundeschlitten erreichbar. «Oder mit einem Eisbrecher», sagt John Peel, Paläontologe von der Universität Uppsala. Peel hat den extrem entlegenen Ort mehrfach besucht. Aus gutem Grund: Am Sirius Passet befindet sich eine fast einzigartige Fossilien-Lagerstätte. Die dort anstehende Buen-Gesteinsformation enthält aussergewöhnlich gut konservierte Überreste von Tierarten, die vor etwa 518 Millionen Jahren den Ozean bevölkerten - just zu jener Zeit, als eines der grössten Mysterien der Evolution stattfand, die kambrische Explosion.

Enorme Vielfalt neuer Formen

Der Begriff steht für die Entstehung einer enormen Vielfalt neuer Tierformen im Erdzeitalter des Kambriums (vor etwa 541 bis 480 Millionen Jahren). Damals wurde praktisch die moderne Fauna begründet - mit Würmern, Mollusken, Gliederfüssern und den Vorläufern der Wirbeltiere. Das recht plötzliche Auftauchen solchen Getiers in Fossilien führenden Schichten bereitete schon Charles Darwin Kopfzerbrechen. Der Gelehrte sah darin ein potenzielles Argument gegen seine Evolutionstheorie: kein schrittweiser Entwicklungsprozess, sondern ein plötzliches, explosionsartiges Erscheinen zahlreicher neuer Spezies. Was war passiert?

In the image above, trilobites (1) live among many species that are not normally preserved. A typical Cambrian outcrop might produce only trilobites, brachiopods (2), mollusks (3), and crinoids (4). That is a tiny fraction of the full Cambrian biota, better r

Vor dem Beginn des Kambriums hatten Einzeller und seltsame Weichkreaturen, die sogenannte Ediacara-Fauna, die Ozeane bevölkert. Ihre Lebensgemeinschaften scheinen recht friedlicher Natur gewesen zu sein, es gibt keine Hinweise auf räuberische Arten. Stattdessen gediehen skurrile, fächerartige Kreaturen ohne festes Skelett.

Dann änderte sich plötzlich alles. Zahllose mit mahlenden Mundwerkzeugen und Panzern ausgestattete Geschöpfe besiedelten die Meere. Auch die Ökosysteme änderten sich radikal. Das Ergebnis dieses Prozesses, eine neu entstandene Diversität, spiegelt sich im Fossilienreichtum der 505 Millionen Jahre alten sogenannten Burgess-Shale-Schichten (siehe Kasten). Die Sirius-Passet-Lagerstätte dagegen gebe Einblick in eine frühere Phase der kambrischen Explosion, sagt Peel. Sie zeige eine Momentaufnahme dieses Geschehens und enthalte zahlreiche Fossilien von Organismen mit weichen Körpern, wie zum Beispiel den ältesten bekannten Borstenwürmern. Das mache diesen Fundort so besonders.

Geologische Umwälzungen

Über die Ursachen der kambrischen Arten-Explosion streiten sich Experten. Laut einigen von ihnen dürften geologische Umwälzungen eine entscheidende Rolle gespielt haben. An vielen Orten rund um den Globus ruhen kambrische Sedimentablagerungen nämlich direkt auf Gestein, das zum Teil mehr als eine Milliarde Jahre alt ist. Zwischen der Entstehung dieser Schichten klafft also eine gewaltige Zeitlücke. Fachleute bezeichnen dieses rätselhafte Phänomen als die «Grosse Unkonformität». Wie kam sie zustande? Die urkontinentalen Landmassen, so vermutet man, lagen mehrere hundert Millionen Jahre nackt unter der Atmosphäre. Felsmassive verwitterten in dieser Zeit, es entstanden ausgedehnte Ebenen. Dann begann der Meeresspiegel zu steigen. Die Küstenlinie wanderte immer weiter landeinwärts, eine Art Sintflut in Zeitlupentempo. Während dieses Prozesses erodierte noch mehr Gestein. Ein Teil wurde aufgelöst, wodurch sich die chemische Zusammensetzung des Meerwassers änderte. Vor allem die Calciumkonzentration stieg stark an.

«Mehrere Beweislinien sprechen dafür, dass Calcium damals ein Zellgift war», erklärt der Paläobiologe Paul Smith von der Oxford University. Viele Organismen wussten sich allerdings zu helfen. Sie begannen, so vermutet man, den eindringenden Problemstoff in sicheren Depots zu lagern. Von hier aus war es dann kein weiter Weg zum Einsatz von Calciumverbindungen als Baumaterial. Ob Knochen, Panzer oder Zähne: Fast alle im Kambrium neu entstandenen Strukturen basierten auf Calcium, sagt Smith. Diese Innovationen hätten sowohl zum Angriff als auch zur Verteidigung gedient. Das habe einen regelrechten Rüstungswettlauf befeuert. Die Evolution nahm Fahrt auf. Mit dem Erscheinen unterschiedlichster Raubtiere entstanden ganze Nahrungsketten - der Beginn einer neuen Zeit. Smith betont gleichwohl, dass die kambrische Explosion nicht einen einzigen Auslöser gehabt habe, sondern von verschiedenen biotischen und abiotischen Prozessen begünstigt worden sei.

Wie komplex diese Zusammenhänge sind, zeigen die Arbeiten von Gabriele Mángano. Die an der University of Saskatchewan in Saskatoon in Kanada tätige Wissenschafterin ist auf die Erforschung von urzeitlichen Spuren spezialisiert. Wie eine Forensikerin sucht sie nach oft winzigen Anzeichen tierischer Aktivität, etwa Grabgängen, Kriechspuren oder Bohrlöchern. Solche Spurenfossilien würden mitunter kaum beachtet, sagt Mángano. Doch denjenigen, die genau hinschauen, bieten sie eine Fülle an Informationen - und viele aufschlussreiche Spurenfossilien stammen aus Sirius Passet.

Tierkadaver am Meeresgrund

In den Schichten der Lagerstätte finden sich unterschiedliche Typen solcher Hinweise. Sie sind nicht gleichmässig im versteinerten Schlamm verteilt, sondern konzentrieren sich überwiegend dort, wo Abdrücke schalenartiger Strukturen erkennbar sind. Letztere stammen von den Weichpanzern grösseren Getiers. Sie ähneln den Überresten von Tegopelte, einem Gliederfüsser aus der Burgess-Shale-Fauna. Die Schalen hätten vermutlich aus Chitin bestanden, sagt Mángano. Wenn einer ihrer Träger starb oder sich häutete, sank sein Panzer auf den Meeresboden und lockte dort andere, kleinere Lebewesen an. «Sie frassen, was immer übrig geblieben war.»

Was heute für viele aasfressende Tierarten üblich ist, war vor mehr als 500 Millionen Jahren wohl eine biologische Revolution. Bis dahin, erklärt Mángano, dürfte das Leben am Meeresgrund eine eintönige Angelegenheit gewesen sein. Ausgedehnte Bakterienmatten bedeckten den Boden, und diese stellten die dominierende Nahrungsquelle dar. «Zu Beginn des Kambriums gab es jedoch entscheidende Veränderungen in der Struktur von Ökosystemen», sagt Mángano: Von der Monotonie der Bakterienmatten ging es hin zu einem von verschiedenen mehrzelligen Arten besiedelten Meeresboden mit einer ersten im Sediment lebenden «Infauna». Die Entstehung neuer Spezies ging Hand in Hand mit der Entstehung neuer ökologischer Nischen, beide Entwicklungen begünstigten sich gegenseitig. In der Tiefe waren vermutlich absinkende Tierkörper von entscheidender Bedeutung. Ähnlich wie heute Walkadaver bildeten sie die Siedlungsgrundlage für ganze Lebensgemeinschaften, wenn auch im Miniaturformat. Vor dem Kambrium gab es anscheinend keine Tierarten mit festen Strukturen, deren Körper lange genug überdauerten, um dies zu leisten.

Komplexes Verhalten

Wie Mángano feststellte, wurde ein Teil der Gänge am Sirius Passet anscheinend öfters besucht. Es handelte sich bei ihnen also offenbar um dauerhaft genutzte Konstruktionen und nicht um die Resultate einer zufälligen Fortbewegung durchs Substrat. Die Bewohner der Gänge, Würmer oder vielleicht auch kleine Gliederfüsser, dürften bei ihren Besuchen jeweils Bakterienkolonien abgegrast haben, die auf den Innenwänden der Tunnel gediehen. Zuvor abgelagerter Schleim diente diesen wohl als Nährboden. Die grabenden Organismen hätten demnach eine Art Bakterienanbau betrieben, so wie dies manche modernen Schneckenspezies tun. Ein solch komplexes Verhalten - das es zu Zeiten der Ediacara-Fauna nicht gegeben habe - sei eine weitere Signatur der kambrischen Explosion, sagt Mángano.

ebd.

DIE BURGESS-SHALE-FAUNA

KdS. · Die 1909 von Charles Walcott, einem amerikanischen Paläontologen, entdeckte Burgess-Shale-Lagerstätte in den kanadischen Rocky Mountains zählt zu den weltweit wichtigsten Fossilien-Fundorten. Seit Walcotts ersten Ausgrabungen wurden hier Zehntausende Überreste von rund 200 verschiedenen urzeitlichen Tierarten sowie einige Algenspezies geborgen. Ähnlich wie jene am Sirius-Passet sind auch die Burgess-Shale-Fossilien oft sehr gut erhalten. Der Schiefer, der sie enthält, bestand ursprünglich aus weichem Schlamm, der die Tiere vermutlich in lawinenartigen Ereignissen unter sich begrub. Die Fauna lebte im Umfeld eines Riffs am Rande einer Flachwasserzone. Damals, vor 505 Millionen Jahren, herrschten hier tropische Verhältnisse: Die heutige nordamerikanische Landmasse lag in Äquatornähe.

Die kambrische Artenvielfalt scheint damals schon fast in voller Blüte gestanden zu haben. Unter den Burgess-Shale-Funden sind zahlreiche Trilobiten und andere Gliederfüsser, aber auch Würmer sowie primitive Tintenfische. Einige von ihnen sind noch immer rätselhaft. Hallucigenia etwa sieht mit ihren stelzenartigen Beinchen und langen Rückenstacheln aus, als wäre sie einem Traum des Surrealisten Salvador Dali entsprungen. Bei Wiwaxia dürfte es sich um eine Art Schnecke mit Schuppenpanzer gehandelt haben. Opabinia war wohl ein agil schwimmendes Geschöpf, ausgestattet mit fünf Augen und einem zangenbewehrten Greiftentakel. Der bis zu zwei Meter lange Anomalocaris, der einer Art Garnele ähnelt, war der Riese im kambrischen Meer und wahrscheinlich ein Raubtier.

Weitere Überraschungen werden wohl bald folgen: Anfang Februar wurde in der Online-Fachzeitschrift «Nature Communications» die Entdeckung einer neuen Burgess-Shale-Lagerstätte, gut 40 Kilometer vom ursprünglichen Fundort entfernt, bekanntgegeben.

Das Große Sauerstoff-Ereignis.

aus Der Standard, Wien, 12.3. 2014                     

Gabonionta, die kleinen Revolutionäre der Evolution
Durch ihre Entdeckung musste die Geschichte des Lebens umgeschrieben werden: In Wien werden nun die ältesten mehrzelligen Pioniere erstmals präsentiert

von Michael Vosatka

Sie sind graubraun, klein, unscheinbar und auf den ersten Blick gar nicht attraktiv anzusehen, doch die Augen von Abderrazak El Albani leuchten, wenn er von seinen Schätzen, den Gabonionta, erzählt. Als der französisch-marokkanische Sedimentologe der Universität Poitiers im Jahr 2010 seine Entdeckung in der Zeitschrift Nature präsentierte, löste dies in der Fachwelt ein Erdbeben aus. Waren die ältesten bisher bekannten komplexen vielzelligen Organismen, die Lebewesen der Ediacara-Fauna, ans Ende des Proterozoikums vor ungefähr 580 Millionen Jahren datiert worden, verschob sich nun das Auftreten makroskopischer Mehrzeller um eineinhalb Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit der Erde.

Wachstumsmotor Sauerstoff

Damals, zu Beginn des Proterozoikums, war die Welt im Umbruch: Ausgelöst durch Cyanobakterien sammelten sich erstmals relevante Mengen freien Sauerstoffs in der Atmosphäre und auch in den Meeren. Dieses "Great Oxidation Event", das zeitlich mit dem Ende einer langen globalen Vereisung, der Huronischen Eiszeit, zusammenfiel, sorgte offenbar für die Grundlage eines Evolutionsschubs: Die Gabonionta konnten den Planeten erobern.

Im Jahr 2008 hatte El Albani mit einem Team aus Geologen seinen Fund im Franceville-Becken im zentralafrikanischen Gabun gemacht. Das schwarze Tongestein wurde vor mehr als zwei Milliarden Jahren in einem Flachmeer in etwa vierzig Meter Wassertiefe abgelagert. Die nach dem Land ihrer Entdeckung benannten Gabonionta müssen den Meeresboden in großen Kolonien bevölkert haben: Teilweise bis zu vierzig Individuen pro Quadratmeter wurden auf den Gesteinsplatten gefunden.

Die bis zu 17 Zentimeter großen Wesen lassen sich anhand des Äußeren in mindestens drei verschiedene Typen einteilen, in der Regel bestehen sie aus einem runden oder ovalen Zentrum, das von einem strahlenförmigen Saum umgeben ist. Eine Unterteilung in verschiedene Arten oder gar Gattungen und Familien ist noch ausständig, weitere Forschungsarbeiten und sicherlich auch Grabungskampagnen sind dafür nötig.

Weltpremiere im Museum

Dass das Naturhistorische Museum (NHM) in Wien als erste Institution weltweit die Gabonionta zeigen kann, ist gutem Networking und persönlichen Beziehungen zu verdanken, wie NHM-Direktor Christian Köberl erzählt: El Albani war zu einem Vortrag eingeladen worden, dabei entstand die Idee, die Funde einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Der Entdecker zögerte, zu empfindlich erschienen ihm die Fossilien für einen Transport. Doch nach der dritten Anfrage durch das Museum gab er schließlich nach und ermöglichte dem NHM eine Weltpremiere.

Mehrere Exemplare werden nun bis zum Sommer gezeigt, die Besucher können sich mithilfe einer multimedialen Präsentation über die fremde Welt der Gabonionta informieren. In Videos erwachen die Organismen zu neuem Leben in 3-D. Basierend auf Mikro-CT-Aufnahmen wird ein Einblick in das Innenleben der Wesen möglich. Extra für die Ausstellung wurde auch ein vierzigminütiger Film der Universität Poitiers in Zusammenarbeit mit Studierenden der Universität Innsbruck ins Deutsche übersetzt.

Dass es andernorts auf der Erde ebenfalls Vertreter dieser rätselhaften Lebewesen gegeben haben muss, ist für Mathias Harzhauser, den Leiter der geologisch-paläontologischen Abteilung des NHM, keine Frage. Das Auffinden geeigneter Fundorte sei zwar nicht völlig unmöglich, aber sehr schwierig. Zunächst müssten an einem potenziellen Fundort die entsprechenden Lebensbedingungen und auch die für die Überlieferung der filigranen Körper nötigen Einbettungsvoraussetzungen geherrscht haben. Doch so alte Sedimente sind selten: Im Regelfall finden sich nur, teilweise mehrfach umgewandelte, metamorphe Gesteine, in denen keine Fossilien erhalten sein können. Theoretisch könnte laut Harzhauser auch das Waldviertel voll mit Verwandten der Gabonionta gewesen sein, doch dort ist leider alles Gestein aus umgewandeltem Gneis.

Rasches Ende

Den Gabonionta war jedenfalls nur eine relativ kurze Herrschaft über die Erde beschieden: Bald nach ihrem Auftauchen sank der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre wieder drastisch ab. Es begann eine Phase, die aufgrund der geologischen Eintönigkeit als "Boring Billion", die langweilige Milliarde, bekannt ist. Am Schluss dieser Epoche stand wiederum ein massiver Anstieg von Sauerstoff am Ende einer globalen Eiszeit.

Dem Leben auf der Erde bot sich nun erneut die Möglichkeit für einen gewaltigen Sprung der Evolution: Auf die Lebewesen der Ediacara-Fauna folgte rasch die sogenannte kambrische Explosion, eine sprunghafte Zunahme der Artenvielfalt. Innerhalb weniger Millionen Jahre entwickelten sich damals die Grundlagen aller heute noch auf der Erde existierenden Tierstämme. 
 

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Die Ausstellung "Experiment Leben - Die Gabonionta" ist im Naturhistorischen Museum Wien von 12. 3. bis 30. 6. 2014 zu sehen.

AnsichtssacheZeugen der ersten Experimente des Lebens


Nota.

Erinnern Sie sich noch, dass es gestern hieß, die Natur - "die Evolution" - mache keine Sprünge?
JE