Entdecke die erstaunliche Wahrheit hinter der Schneeball Erde!

• Gletscher und Meereis umhüllten während der Schneeball Erde den Globus, selbst am Äquator.
• Dieses Ereignis führte zu schwerwiegenden Konsequenzen für das Leben, bereitete aber auch den Weg für mehrzellige Organismen.
• Experimente zeigen, dass kaltes und zähflüssiges Meerwasser mikroskopische Organismen zwang, sich zu größeren Gruppen zusammenzuschließen.
• Die Viskosität des Wassers könnte ein bedeutender Evolutionsdruck gewesen sein, der Mehrzelligkeit begünstigte.
• Neue Forschung und Experimente beleuchten, wie physikalische Eigenschaften der Umwelt evolutionäre Entwicklungen beeinflussen können.

Vor langer Zeit war die Welt von Eis bedeckt, so erzählt es der sedimentäre Fels in den Tropen, wo viele Geologen glauben, dass Gletscher und Meereis den Globus umhüllten. Dieses Ereignis, bekannt als Schneeball Erde, stellt die Extremvorstellung dar, dass selbst am Äquator Eis in mehreren Metern Dicke vorhanden war. Dies führte zu schwerwiegenden Konsequenzen für das Leben auf der Erde. Doch aus der Perspektive der geologischen Aufzeichnungen tauchten in wärmeren Perioden zwischen den Vereisungen die ersten Hinweise auf mehrzellige Tiere auf. Manche Interpretationen deuten darauf hin, dass das Leben einen bedeutenden Sprung machte. Wie konnte die scheinbare Ödnis einer Schneeball Erde mit diesem Schub an biologischer Innovation zusammenpassen?

Multizellulares Leben als Reaktion auf das Eis

Eine Serie wissenschaftlicher Arbeiten schlägt eine Antwort vor, die mit einer fundamentalen Eigenschaft des Wassers verknüpft ist: Wenn Meerwasser kälter wird, steigt seine Viskosität, was es für mikroskopisch kleine Organismen schwierig macht, sich fortzubewegen. Stellen Sie sich vor, durch Honig zu schwimmen anstatt durch Wasser. Wenn diese winzigen Organismen Schwierigkeiten hatten, in solchen Bedingungen Nahrung zu finden, wurden sie möglicherweise gezwungen, sich zu verändern – vielleicht indem sie sich zu größeren Gruppen zusammenschlossen und so durch das Wasser mit größerer Kraft navigierten.

Um diese Idee zu testen, führten ein Paläobiologe von der University of Colorado und sein Team ein Experiment durch. Sie beobachteten über einen Monat hinweg, wie Algen einer labornahen Art, die sich mit einem peitschenartigen Flagellum fortbewegt, größere, koordinierte Gruppen bildeten, als sie in dichteren Gelbecken ausgesetzt wurden. Diese Algen arbeiteten zusammen, um ihre Schwimmgeschwindigkeit auch in zähflüssigerem Medium aufrechtzuerhalten. Interessanterweise blieben die Zellgruppen auch 100 Generationen nach dem Experiment zusammen.

Physik und Evolution

Diese Forschung bietet einen neuen Blickwinkel auf das Entstehen mehrzelliger Lebensformen. Der Paläontologe des Williams College, der seit Jahren mit dem Forscher über dieses Thema spricht, meinte, es sei faszinierend zu sehen, wie solche Experimente ein tieferes Verständnis darüber vermitteln, wie frühe Organismen ihre Umwelt erlebten. Das Experiment hat jedoch auch seine Einschränkungen und wurde noch nicht von Fachkollegen begutachtet. Doch es deutet an, dass die Schneeball Erde durch die Physik des kalten Wassers die Evolution komplexen Lebens begünstigt haben könnte.

Im späten 20. Jahrhundert war ‚Schneeball Erde‘ ein weit verbreitetes Thema. Geochemische Modelle und sedimentäre Felsen in Namibia stützen die Theorie einer globalen Vereisung vor rund 700 Millionen Jahren. Schon damals war der Zeitrahmen für diese Eiszeit verwirrend für viele Forscher, da darin auch bedeutende evolutionäre Entwicklungen stattfanden. Vor Schneeball Erde sind Fossilien winzig, danach sind sie groß und komplex. Schätzungen deuten darauf hin, dass die letzten gemeinsamen Vorfahren mehrzelliger Tiere während der Sturtischen Schneeball Erde, vor 717 bis 660 Millionen Jahren, auftauchten.

Die Paradoxien der Evolution

Simpson fand es paradox, dass eine lebensfeindliche Zeitspanne anscheinend die Evolution vorantrieb. Grundlegende physikalische Prinzipien besagen, dass kälteres Meerwasser dickflüssiger wird. Unter den Bedingungen der Schneeball Erde wären die Ozeane doppelt bis viermal so viskos wie vor der Vereisung. Für winzige Organismen bedeutete dickflüssiges Wasser erhebliche Probleme bei der Nahrungsaufnahme. Diffusion, also die Bewegung von Nährstoffen durch Wasser von Bereichen hoher zu niedriger Konzentration, wäre bei niedrigen Temperaturen verlangsamt gewesen.

Größere Organismen hätten weniger Probleme, sich durch dickflüssiges Wasser zu bewegen. Ein Cluster von Zellen könnte aufgrund der Ruhemasseträgheit einfacher durch zähflüssiges Medium navigieren. 2021 publizierte Simpson die Studie, die nahelegte, dass die Viskosität von Schneeball Erde einen erheblichen Druck auf die Ernährungsweise von Organismen ausgeübt und zur Evolution der Mehrzelligkeit beigetragen haben könnte. Mathematische Modelle von kleinen Kreaturen in dickflüssigerem Wasser zeigten, dass diffusionsbasierte Fresser kleiner wurden, selbstbewegende Zellen jedoch größere mehrzellige Gruppen bildeten.

Experimente in der Neuzeit

Die spannenden Ergebnisse aus Computermodellen brachten Simpson auf die Idee, realistische Experimente mit lebenden Organismen durchzuführen. Ein Kollege bot eine Kolonie von Chlamydomonas reinhardtii an, einer Alge, die sich normalerweise einzellig fortbewegt, aber unter Stressbedingungen zu mehrzelligen Formen wechseln kann. In einem maßgefertigten Petrischalen-Experiment konnten Halling und Simpson zeigen, dass höhere Viskositäten multicellulares Verhalten auslösten. Nach 30 Tagen bildeten sich große Cluster, die ihre Flagellen koordinierten, um sich im zähflüssigen Gel zu bewegen.

Diese Forschung erweitert unser Verständnis der Evolutionsgeschichte komplexen Lebens. Während moderne Algen keine frühen Tiere sind, zeigt dieses Experiment, dass physikalische Druckbedingungen eine Umstellung auf mehrzelliges Leben erzwingen und schwer rückgängig zu machende Veränderungen hervorrufen können. Simson studiert derzeit Choanoflagellaten, die engere Verwandte der Tiere sind, und erkundet weiter, wie Lebensformen auf extreme Umweltbedingungen reagieren. Solche Experimente zeigen, dass wir die Finessen der Evolution noch längst nicht vollständig verstehen und immer neue faszinierende Einblicke gewinnen können.