Seit etwa 600 Millionen Jahren leben mehrzellige Tiere und Pflanzen auf der Erde. Das Antlitz unseres Planeten hat sich währenddessen immer wieder gewandelt: Ständig entwickelten sich aus bestehenden Arten neue. Andere Lebensformen verschwanden dagegen von der Bühne, ohne Nachkommen zu hinterlassen. Die biologische Vielfalt nahm kontinuierlich zu: Während des gesamten Erdaltertums bevölkerten vermutlich weniger als 2000 verschiedene Tierfamilien das Meer, heute sind es mehr als 4000. Die erste Zahl ist jedoch umstritten, da es von vielen der einstigen Organismen keine Fossilien gibt.

Immer wieder unterbrachen Rückschläge die Erfolgsgeschichte der Evolution und es kam zu Massenaussterben. Die fünf größten Katastrophen – von Geowissenschaftlern als „big five” bezeichnet – brachten das Leben in so heftige Krisen, dass auf der ganzen Welt die Ökosysteme zusammenbrachen. Mehr als zwei Drittel aller Tier- und Pflanzenarten gingen jedesmal zugrunde. Wenn sich die Erde wieder erholt hatte, schlug die Evolution meist eine völlig neue Richtung ein. Die Suche nach den Ursachen für die urzeitlichen Ökokatastrophen ist ein kompliziertes Detektivspiel. Praktisch alle irdischen und außerirdischen Katastrophenszenarien, die die Wissenschaft zu bieten hat, sind denkbar: von Sternexplosionen und radioaktiven kosmischen Strahlen über Meteoriteneinschläge, Vulkanausbrüche, Methanhydrat-Eruptionen bis hin zu extremen Klimaveränderungen. Jüngst brachten Kieler Forscher gar die Hypothese ins Spiel, dass sich unter der Erdkruste riesige Gasblasen gebildet hätten, die in gewaltigen Explosionen große Blöcke der Erdkruste in die Luft sprengten.

Die exotischeren dieser Hypothesen lassen sich freilich kaum überprüfen. Die Forschung konzentriert sich daher vor allem auf wohl bekannte Naturphänomene. Die können genug Verwüstung anrichten, um es auf der Erde ziemlich ungemütlich zu machen. Ein Vergleich der „großen Fünf” zeigt, dass jede Krise anders ablief – und dass einfache Erklärungen zu kurz greifen.

Zum ersten Mal geriet das Leben vor 445 Millionen Jahren in Bedrängnis, kurz vor dem Ende des Zeitalters Ordovizium. Die explosionsartige Ausbreitung der ersten mehrzelligen Tiere lag gut 100 Millionen Jahre zurück. Mittlerweile hatten sich im Meer stabile Ökosysteme etabliert, aber die Kontinente waren noch wüst und leer. Über Jahrmillionen hatte auf der Erde ein Treibhausklima geherrscht. Doch nun bildeten sich riesige Eiskappen im Süden des Großkontinents Gondwana. Die Vereisung hielt etwa eine Million Jahre an, dann war es wieder heiß und feucht.

Das Massensterben ereignete sich in zwei Schüben: Sowohl zu Beginn als auch am Ende der Eiszeit verschwanden zahlreiche Tiere – insgesamt vier Fünftel aller Arten. „Traditionell hat man die Eiszeit immer als direkte Ursache für das Massensterben angeführt, aber das reicht mir als Erklärung nicht”, sagt der Erlanger Paläontologe Axel Munnecke. Schließlich hätten die jüngsten Eiszeiten im Quartär keine vergleichbare Wirkung auf die Artenvielfalt gehabt. Außerdem seien die meisten Organismen am Beginn der Eiszeit ausgestorben, das heißt zu einer Zeit, als das Klima und der Meeresspiegel sich noch kaum verändert hatten.

Munnecke vermutet, dass sich mit dem Beginn der ordovizischen Eiszeit die Strömungen im Meer änderten. An Stelle von gut durchlüftetem Oberflächenwasser sei sauerstoffarmes Wasser aus der Tiefsee bis in die Schelfgebiete vorgedrungen und habe dort die Tierwelt vernichtet. So könne man erklären, warum viele Tiere verschwanden, als die Erde gerade erst begann, sich abzukühlen.

Von den anderen vier Massensterben unterscheidet sich die Katastrophe im Ordovizium auffällig: „Wenn man die Zahl der ausgestorbenen Gattungen betrachtet, ist es das zweitstärkste der fünf großen Massensterben. Aber der Langzeiteffekt war erstaunlich gering.” Die Ökosysteme im nachfolgenden Zeitalter Silur waren ganz ähnlich wie die im Oberen Ordovizium. Selbst die besonders empfindlichen Riffe hatten durch die Ordovizium-Krise praktisch nicht Schaden genommen.

Das änderte sich 68 Millionen Jahre später, an der Grenze zwischen den Epochen Frasnium und Fammenium am Ende des Zeitalters Devon. „Das ganze Riff-Ökosystem ging zugrunde, nicht nur die Riffbildner, sondern auch viele andere Tiere, die damit verbunden waren, starben”, sagt Christoph Hartkopf-Fröder vom Geologischen Dienst Nordrhein Westfalen.

Otto Walliser, emeritierter Professor von der Universität Göttingen, zeichnet folgendes Bild der Katastrophe: Im späten Devon herrschte ein ausgeprägtes Treibhausklima, ausgelöst durch vulkanische Kohlendioxid-Emissionen. Der Meeresspiegel stand hoch, die Riffe florierten. Lebensgemeinschaften aus Schnecken, Moostierchen, spiralförmigen Ammoniten und zarten Seelilien gediehen in der Nähe der riffbildenden Korallen und Schwämme. Panzerfische, kieferlose Fische und Haie bevölkerten das Meer. Allmählich wurde es auf dem Land grün: Einfache Bärlapp-Gewächse breiteten sich aus. Nur wenigen Tieren war schon der Schritt aus dem Wasser gelungen: Erste flügellose Insekten, Skorpione und primitive Amphibien fingen an, die Kontinente zu besiedeln.

Schon in der Epoche des Frasniums vor 377 Millionen Jahren gab es wahrscheinlich richtige Regenwälder. Die brachten die Stoffkreisläufe der Erde gründlich durcheinander, denn sie verbrauchten große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Luft, wodurch sich das Klima plötzlich abkühlte.

Der Meeresspiegel fiel um einige Meter. Das bedeutete den Untergang der Riffe: Sie saßen unvermittelt auf dem Trockenen. Mit den Riffbauern gingen auch die meisten Flachwasser-Organismen zugrunde. Den Lebewesen im tieferen Schelfbereich machte, ähnlich wie im Ordovizium, sauerstoffarmes Meerwasser zu schaffen, das mehrfach aus der Tiefe in höhere Meeresschichten aufstieg. Wegen des Sauerstoffmangels bildeten sich überall auf der Erde zwei Schichten aus schwarz gefärbtem, mit teerartigem Material durchsetztem Kalk, an denen die Devon-Krise gut zu identifizieren ist. Kalk ist normalerweise hell, weil er aus Kalziumkarbonat besteht, das im Devon vor allem von versteinerten Kopffüßern stammt. „Die schwarze Farbe wurde von organischem, kohlenstoffreichem Material – also toten Tieren und Pflanzen – erzeugt, die damals plötzlich in großen Mengen zum Meeresboden sanken”, erklärt sich das Christoph Hartkopf-Fröder. Die vielen Leichen verursachten Sauerstoffmangel, so dass die Kadaver nicht bakteriell abgebaut wurden. Bei solcher Fäulnis entstehen oft schwarze Sedimente, vor allem die „Schwarzschiefer”. Bei Bohrungen in der Eifel stellte der Geologe fest, dass das Leben an Land von der devonischen Katastrophe wahrscheinlich weniger beeinträchtigt war als das im Meer.

Gut 125 Millionen Jahre später, gegen Ende des Erdzeitalters Perm, verschlechterten sich die Lebensbedingungen erneut. Auf weiten Teilen des Superkontinents Pangäa gab es unwirtliche Wüsten und Gebirge. Im frühen Perm waren die Pole noch von ausgedehnten Eiskappen bedeckt. Nach dem Ende der Gebirgsbildung auf Pangäa verwitterte das Gestein viel weniger als zuvor. Dadurch stieg der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre – es wurde immer wärmer. Umgekehrt ist es, wenn ein Gebirge entsteht: Die Verwitterung ist dann stärker, was der Luft viel Kohlendioxid entzieht und das Klima abkühlt.

Gleichzeitig nahm der Anteil des lebenswichtigen Sauerstoffs in der Luft ab. Die Küstengewässer wurden weniger artenreich. Zahlreiche Lagunen mit extrem salzigem Wasser, in denen kein höheres Leben gedeihen konnte, säumten die Küsten in niedrigen und mittleren Breiten. Das Leben litt unter diesen harschen Bedingungen, die Artenvielfalt ging zurück – aber dramatisch war die Lage nicht. Doch dann, vor 251 Millionen Jahren, suchte eine nie da gewesene Umweltkatastrophe die Erde heim – eine Krise, die das Leben an den Rand der Vernichtung brachte.

Im Nordosten von Pangäa, im heutigen Sibirien, strömten gigantische Mengen Lava aus Spalten im Erdboden – eine Million Jahre lang. Das glutflüssige Gestein überschwemmte eine Fläche so groß wie das heutige Europa. Ein bis zwei Kilometer hoch wuchs der Lavapanzer. Die vulkanischen Gase verpesteten die Luft, Kohlendioxid und Schwefeldioxid reicherten sich in der Atmosphäre an. Als Folge kletterten die Temperaturen weltweit um etwa sechs Grad. „Es ist unwahrscheinlich, dass diese Erwärmung das Massensterben direkt auslöste”, sagt Lee Kump von der US-amerikanischen Penn State University. „Aber sie könnte eine Kettenreaktion nach sich gezogen haben.”

Diese Kettenreaktion könnte so abgelaufen sein: Weil es an den Polen fast genauso warm war wie in den Tropen, kamen die Meeresströmungen zum Stillstand. Der Meeresspiegel stieg plötzlich an und die Küsten wurden überschwemmt. Das warme, salzige, sauerstoffarme Lagunenwasser sank in die Tiefe. Im Ozean gärte es. In der Tiefsee fehlte der Sauerstoff, deshalb holten sich anaerobe Mikroben ihn aus Schwefelverbindungen und produzierten giftigen Schwefelwasserstoff. Selbst in den obersten, lichtdurchfluteten Meeresschichten gediehen grüne Schwefelbakterien, die nur in sauerstofffreiem Wasser überleben können, fanden Forscher um Kliti Grice von der australischen Curtin University heraus. Womöglich lösten sich auch noch riesige Methanhydrat-Reservoirs im Meeresboden auf und heizten das Klima weiter an. Als der Vulkanismus am schlimmsten wütete, starben im Meer und an Land gleichzeitig Tiere und Pflanzen aus.

Noch debattieren die Forscher darüber, ob der ersten Welle des Massensterbens noch weitere folgten. Untersuchungen in Südchina zeigen, dass Blaualgen zweimal stark dezimiert wurden, gleichzeitig mit wirbellosen Meeresbewohnern. Die primitiven Blaualgen vermehrten sich nach diesen Episoden explosionsartig – wahrscheinlich, weil ihre Fressfeinde verschwunden waren, schrieben Forscher um Shuxeng Chie von der University of Bristol vor wenigen Monaten im Fachblatt „nature”.

Unter den Opfern waren die Trilobiten – in drei Körperabschnitte geteilte Krebse, die während des gesamten Erdaltertums in vielen Gegenden der Erde lebten. Riffbildende Korallen, Kalkalgen und Kalkschwämme verschwanden vorläufig. Insgesamt 96 Prozent aller im Meer lebenden Tierarten starben aus. Der giftige Schwefelwasserstoff aus dem Meer perlte in die Luft. Computersimulationen von Lee Kump zufolge könnte das Gas eine Konzentration von 100 ppm (parts per Million – Anteile pro Million) erreicht haben. Schon die Hälfte dieser Konzentration ist für die meisten Tiere über längere Zeit tödlich. Selbst die Pflanzen, denen die hohen Kohlendioxid-Werte allein nichts ausgemacht hätten, gingen ein. Die Nadelwälder starben, ihre Reste verschimmelten. Damit nicht genug: Der Schwefelwasserstoff zerstörte offenbar auch die Ozonschicht. Versteinerte Pollen aus der Zeit der Katastrophe zeigen Schäden, die typisch für erhöhte UV-Strahlung sind. „Das einzige Irritierende an diesem Szenario: Der Tötungsmechanismus ist fast zu effektiv”, sagt Lee Kump – schließlich starben nicht alle Organismen.

nur langsam gewann das Leben wieder an Boden. In der obersten Stufe der Trias blieb die Artenvielfalt stark reduziert, die Stoffkreisläufe waren instabil und gerieten immer wieder aus dem Gleichgewicht. „Als sich das Leben erholt hatte, wurden die Karten neu gemischt”, sagt Axel Munnecke. Die typischen Tiere des Erdaltertums waren verschwunden, neue Lebensgemeinschaften breiteten sich aus: Das Zeitalter der Dinosaurier begann.

Während der Trias hatten die „schrecklichen Echsen” allerdings noch starke Konkurrenz: Große Amphibien und andere Reptiliengruppen, zum Beispiel die Archosaurier und die Therapsiden, machten den Dinosauriern die ökologischen Nischen streitig. In der Trias erreichten die späteren Riesen eine maximale Größe von drei Metern. Doch dann kam ihnen der Zufall zur Hilfe: 50 Jahrmillionen nach der großen Perm-Katastrophe – Korallenriffe und Wälder hatten sich gerade wieder ausgebreitet – folgte der nächste Schlag: Ein weiteres Massensterben raffte die Riesenlurche und viele andere Wirbeltiere dahin. Im Meer starben die Conodonten aus. Sie waren primitive Verwandte der Fische, deren charakteristische Zähnchen in älterem Gestein eine wichtige Datierungshilfe für die Paläontologen sind.

Welche Art von Desaster die Trias beendete, ist noch unklar. Zwei Erklärungen stehen zur Debatte. Zum einen gab es starken Vulkanismus, weil der Superkontinent Pangäa zerbrach, Nord- und Südamerika sich von Afrika und Europa entfernten und zwischen ihnen ein neues Meer entstand, der Atlantik. Womöglich hatte aber auch ein Meteorit die Erde getroffen: In der Grenzschicht zwischen Trias und Jura ist die Konzentration des seltenen Metalls Iridium erhöht, außerdem enthält sie viele Farnsporen. In Großbritannien, Nordamerika und Baden-Württemberg finden sich zum Teil mehrere Meter dicke Tsunami-Ablagerungen. Das deutet auf eine gewaltige Flutwelle hin, die nach einem Meteoriteneinschlag die Küsten verwüstet haben könnte.

Was immer auch geschah: Nun war der Weg frei für die Saurier. Schon wenige Jahrtausende nach dem Massenaussterben nahm ihre Größe sprunghaft zu. Eubrontes giganteus erreichte 50 000 Jahre nach dem Ende der Trias eine Größe von sechs Metern, wie Fußspuren in nordamerikanischen Ablagerungen belegen.

135 Millionen Jahre lang beherrschten die großen Reptilien das Land, die Meere und die Lüfte. Dann endete ihre spektakuläre Epoche vor 65 Millionen Jahren ganz ähnlich, wie sie begonnen hatte: mit einem gewaltigen Schlag.

Ein zehn Kilometer großer Meteorit prallte bei der Halbinsel Yucatán im heutigen Mexiko auf die Erde. Die heiß glühenden Trümmermassen verbrannten weltweit die Wälder. Schwefelsaurer und salpeterhaltiger Regen – die Folge von chemischen Reaktionen in der Atmosphäre – vergiftete die Erde. Der aufgewirbelte Staub verdunkelte die Sonne und löste einen globalen Winter aus. Weil vermutlich viel Kohlendioxid bei dem Einschlag freigesetzt wurde, folgte der Kälte wohl rasch eine Phase der Erwärmung. Bei dem fünften Massensterben am Ende der Kreidezeit verschwanden zwar weniger Arten als bei den vorigen vier. Die ökologischen Umwälzungen waren aber ähnlich revolutionär wie am Ende des Perm. Säugetiere und Vögel entwickelten vielfältige neue Arten und besetzten die ökologischen Nischen, in denen die Dinosaurier vorher zuhause waren.

Schlechte Nachrichten: Das sechste Massensterben ist womöglich schon in vollem Gang. Nach Schätzungen des Harvard-Professors Edward O. Wilson verschwinden zurzeit weltweit bis zu 30 000 Arten pro Jahr auf Nimmerwiedersehen. Das entspricht rund drei Artensterben pro Stunde. Während manche Forscher diesen Wert für übertrieben halten, gehen andere von einer noch verheerenderen Zahl aus. Fest steht: Nie zuvor in den letzten paar Dutzend Millionen Jahren war die Aussterberate höher als heute. In den meisten Zeiten der Erdgeschichte lag das normale „ Hintergrund-Aussterben” der fossil überlieferten Organismen bei zwei bis drei Arten pro Jahr. Fatal am heutigen Massensterben ist, dass die meisten Arten, die gegenwärtig von der irdischen Bühne gefegt werden, bislang wissenschaftlich überhaupt nicht erfasst wurden. Von den vielleicht 30 Millionen Arten sind nicht einmal zehn Prozent bekannt. ■

Ute Kehse