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Leben - ein wissenschaftliches Rätsel (3/3) 
Die "kambrische Explosion" und die Unlogik der schrittweisen Anpassung

Wie die kambrische Explosion das Zufallsproblem verschärft und warum ein Schmetterling eigentlich gar nicht existieren dürfte

Inhaltsübersicht:

  1. Kambrische Explosion – Evolution im Zeitraffer
  2. Kam das Leben aus dem Weltall?
  3. Nicht reduzierbare Komplexität
  4. Ungerichtete „trial-and-error“-Prozesse oder Vorausschau?
  5. Weiterführende Informationen und Buchtipps

1) Kambrische Explosion – Evolution im Zeitraffer

Als „kambrische Explosion“ bezeichnen Evolutionsbiologen die fast gleichzeitige, plötzliche Herausbildung fast aller heutigen Tierstämme zu Beginn des Erdzeitalters des Kambriums vor rund 540 Millionen Jahren. Körperstrukturen wie beispielsweise die Bilateralsymmetrie, die heute für nahezu alle Tiere charakteristisch ist, traten hier zum ersten Mal auf. Bilateralsymmetrie bedeutet einfach, dass ein Tier eine linke und eine rechte Körperhälfte besitzt, wobei diese beiden Hälften spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Auch wir Menschen sind im biologischen Sinne Tiere mit Bilateralsymmetrie. Für die Bilateralsymmetrie sowie für jede weitere Neuerung, die mit der kambrischen Explosion in die Welt trat, bedurfte es entsprechend neuer „Baupläne“, also neuartiger Verkettungen von DNA.

Das Erstaunliche ist nun: Während die Entwicklung der ersten Grundbausteine des Lebens über die erste Zelle bis hin zu den vergleichsweise einfachen Mehrzellern Milliarden Jahre in Anspruch nahm, entwickelten sich die völlig neuartigen Körperbaupläne des beginnenden Kambriums in einem vergleichsweise winzigen Zeitraum von nur 5 bis 10 Millionen Jahren! Das entspricht in etwa dem Verhältnis von einem Marathon zu einem Sprint. Wie konnte es zu dieser unglaublichen Beschleunigung kommen?

Eine klare Antwort darauf weiß die Evolutionstheorie auch nicht. Es gibt nur Vermutungen. Eine davon lautet, dass sich die Lebensbedingungen auf der Erde zu dieser Zeit schlagartig verbesserten, weil geologische Vorgänge mehr Sauerstoff freisetzten (Tatzel et al. 2017). Die These vom „biologischen Wettrüsten“ mutmaßt indessen, dass die kambrische Explosion ein sich selbst verstärkender Prozess gewesen sein könnte, zurückzuführen auf das Auftreten der ersten komplexeren Vielzeller. Sollten darunter zum Beispiel schnelle, räuberische Tierformen gewesen sein, entstand ein hoher Druck auf andere Lebewesen, sich zu Verteidigungszwecken schnellstmöglich anzupassen. So könnten in einem recht kurzen Zeitraum Schalen und Skelette ausgebildet worden sein (Linnemann et al. 2019). 

Was hierbei auffällt: Beide Erklärungen kreisen um chemische (Sauerstoffgehalt) beziehungsweise biologische Fragestellungen (Überlebenskampf). Damit lässt sich aber noch nicht das Problem der Information lösen, das heißt die Frage, wie in so kurzer Zeit eine so vielfältige und zielgenaue Neucodierung in der DNA erfolgen konnte.

Wenn die neuartigen Baupläne gemäß der These vom „biologischen Wettrüsten“ eine Reaktion auf eine Bedrohung gewesen sein sollten, müsste man doch eigentlich eine bewusste Planung seitens der betroffenen Tiere voraussetzen. Diese Tiere müssten dann in der Lage gewesen sein, die Art der Bedrohung korrekt einzuschätzen, um darauf maßgeschneiderte Abwehrsysteme (zum Beispiel Panzerschalen) herauszubilden. Dann aber hätten die Tiere ihre anatomische Veränderung bewusst entwerfen und ihre DNA entsprechend modifizieren müssen. Das kann aber natürlich nach Meinung der Biologen unmöglich so geschehen sein, denn erstens verfügten die kleinen Tierchen des Kambriums über kein ausreichendes Bewusstsein, das ihnen eine strategische Denkfähigkeit erlaubt hätte. Zweitens bewegt sich die Annahme, dass Bewusstsein willentlich und gezielt auf die DNA einwirken kann, weit außerhalb des materialistisch-naturwissenschaftlichen Paradigmas. Doch wie ist es denn dann gemeint, wenn Evolutionsbiologen unter der Annahme eines „biologischen Wettrüstens“ behaupten, die kleinen Tierchen hätten Skelette und Schalen ausgebildet, um sich besser zu verteidigen?

Laut Evolutionstheorie treten anatomische Veränderungen immer nur als Folge zufälliger Mutationen auf. Unter den vielen zufälligen Mutationen haben immer nur diejenigen eine Chance auf Fortbestand, die an die gegebenen Umweltbedingungen ausreichend angepasst sind. So will es das Prinzip der Selektion. Wenn sich also ein Tierchen einen neuen Panzer zulegt, stellt dieser Panzer nicht das Resultat einer bewussten Planung, sondern einer zufälligen Mutation dar, welche dem Selektionsdruck standgehalten hat. Andere Mutationen, die ebenso zufällig entstanden waren, brachten derweil keinen Überlebensvorteil und wurden darum durch die natürliche Auslese aussortiert.

Die Selektion entscheidet insofern nachträglich darüber, welche der vielen, rein zufällig aufgetretenen anatomischen Veränderungen (Mutationen) dauerhaft realisiert werden. Nur rückblickend wirkt es dann so, als habe ein Tier einen strategischen Anpassungsplan verfolgt. Tatsächlich aber war jede Mutation laut Evolutionstheorie rein zufällig entstanden. Und hier liegt der Hund begraben. Denn dass durch Zufall überhaupt ein strukturierter Gesamtzusammenhang wie eine biologische Bauanleitung entstehen kann, haben wir mithilfe von Plausibilitätsüberlegungen und Wahrscheinlichkeitsberechnungen bereits als quasi unmöglich ausgeschlossen. Wenn nun bei der kambrischen Explosion in so kurzer Zeit bei einem sich intensivierenden Überlebenswettbewerb so viele neuartige und deutlich komplexere Körperbaupläne entstanden sind, dann macht das den Zufall als treibende Kraft dahinter nicht gerade wahrscheinlicher.

2) Kam das Leben aus dem Weltall?

Einige wenige Wissenschaftler wagen angesichts solcher Ungereimtheiten eine gewagte Hypothese: Sie vermuten, dass bei der Entstehung des Lebens auf der Erde „nachgeholfen“ wurde. Diese Nachhilfe ist aber nicht im Sinne eines göttlichen Eingriffs gemeint, sondern als „Import“ von bereits anderenorts bestehendem Leben aus dem Weltall. Zum Beispiel könnten Meteoriten, die auf die Erde einschlugen, Bakterien mitgebracht haben. Kurz vor dem Kambrium könnte vielleicht ein wahrer Meteoritenschauer auf die Erde niedergegangen sein und somit die kambrische Explosion verursacht haben.

Die Hypothese der Übertragung von Leben aus dem Weltall ist unter dem Begriff „Panspermie“ bekannt und wurde am prominentesten durch den Astronomen Fred Hoyle und den Biologen und Nobelpreisträger Francis Crick vertreten. Letzterer ging sogar noch einen Schritt weiter. Er vermutete keine zufällige, sondern gerichtete Panspermie: Hoch entwickelte außerirdische Zivilisationen könnten ganz bewusst Leben auf unsere Erde gebracht haben – zum Beispiel als Terra-Forming-Experiment.

In den Mainstream-Wissenschaften wird die Panspermie-Hypothese für bloße Spekulation gehalten. Abgesehen von fehlenden Beweisen wird den Panspermie-Vertretern vorgeworfen, die lebensfeindlichen Bedingungen zu verkennen, die im All vorherrschen. Komplexere Lebensformen müssten die Lichtjahre dauernde Reise auf einem Meteoriten und den Einschlag auf der Erde erst einmal überleben.

So oder so hält die Panspermie-Hypothese aber auch keine Lösung für die Rätsel der Abiogenese und des Zufalls bereit: Selbst wenn das Leben ursprünglich von anderen Planeten kam, wissen wir immer noch nicht, wie denn dort aus toter Materie Leben entstehen konnte. Das Problem wird damit einfach nur auf einen anderen Planeten verschoben.

VIDEO: Was ist Panspermie?

1:58 Minuten, deutsch

Dieses kurze Erklärvideo liefert einen leicht verständlichen Einstieg in die Hypothese der Panspermie.



3) Nicht reduzierbare Komplexität

Schauen wir uns einen weiteren Einwand gegen die Evolutionstheorie an. Schon die kleinste Einheit biologischen Lebens, nämlich die Zelle, ist in ihrem Aufbau so komplex, dass ihre Bestandteile laut Kritikern nicht erst nacheinander in einem langen Zeitraum evolutionär entstehen konnten. Vielmehr müssten für ihre Funktionalität all ihre Bestandteile bereits von Anfang an vollständig und in genau dieser Anordnung vorhanden gewesen sein.

 Selbst bei Kleinstlebewesen hat die Natur Mechanismen hervorgebracht, die so ausgeklügelt sind, dass sie winzigen Maschinen gleichen. Ein berühmtes Beispiel dafür ist das Flagellum. Dabei handelt es sich um eine Geißel, mit der sich gewisse Bakterien fortbewegen. Eine anschauliche Animation, aus der die enorme Komplexität dieses Fortbewegungsorgans sehr gut hervorgeht, finden Sie in der folgenden Videoquelle:

VIDEO: Eine biologische Nanomaschine: Das Flagellum

05:13 Minuten, englisch

Diese kurze Video illustriert den komlexen Aufbau des "Geißelmotors", mit dem sich einige Bakterien fortbewegen. Hier wird deutlich, dass es sich dabei um ausgeklügelte "Nanotechnologie" auf biologischer Ebene handelt.

Gegner der Evolutionstheorie argumentieren, dass ein derart komplexer Fortbewegungsmechanismus nicht Schritt für Schritt auf evolutionärem Wege entstanden sein könne, weil dessen einzelnen Bauteile für sich genommen nicht die Funktion des Antriebs ausfüllen könnten und insofern im Zuge von Selektionsprozessen wieder hätten aussortiert werden müssen, bevor sie mit anderen Teilen zum vollständigen Antrieb hätten „verbaut“ werden können. 

Zum Beispiel machen die Herausbildung von Filament und Spitze evolutorisch wenig Sinn, wenn sie mangels eines Motors nicht gedreht werden können. Umgekehrt wäre es aus Sicht eines Bakteriums nutzlos, in seinem Inneren einen Motor herauszubilden, wenn nicht zugleich eine „Außenbord“-Geißel vorhanden wäre, mit der es sich fortbewegen könnte. Kurzum: Die Komplexität eines solchen Mechanismus ist nicht reduzierbar auf dessen Einzelbestandteile. Alles muss zugleich und vollständig vorhanden gewesen sein, damit die entsprechende Funktion ausgeführt werden kann.

Prof. Michael Behe im Jahr 2008
Bidquelle: Wikimedia (Bryan Matluk)

Der Ausdruck „nicht reduzierbare Komplexität“ wurde von Prof. Michael Behe geprägt. Michael Behe ist Professor für Biochemie an der Lehigh University in Pennsylvania.

Er trat 1996 mit der Veröffentlichung seines Buches „Darwins Black Box“ eine öffentliche Debatte zwischen Evolutionstheoretikern und „Intelligent Design“-Anhängern los, die vor allem in den USA bis heute nachhallt.

„Intelligent Design“ bezeichnet die Hypothese, dass die Entstehung des Lebens nur durch einen intelligenten Urheber (Designer) möglich gewesen sein könne. Dabei muss diese „Intelligent Design“-Hypothese gar nicht religiös motiviert sein. Sie kann auch – so wie hier – als mögliche Schlussfolgerung aus einer rationalen Kritik resultieren, die sich allein auf wissenschaftliche Problemstellungen bezieht. Die große Frage lautet dann natürlich immer, wer oder was denn dieser Urheber sein soll. Will man hier eine Intelligenz annehmen, die aus einem metaphysischen Realitätsbereich heraus agiert, entzieht sich die Beantwortung dieser Frage leider jeder naturwissenschaftlichen Beweisführung, weil die Naturwissenschaft ihrer Methodik nach ja nur materielle Gegenstände und Prozesse erforscht.

Insofern ist es immer ein Totschlag-Argument, wenn seitens der Evolutionsbiologen vorgebracht wird, für die Hypothese des „Intelligent Design“ gäbe es keinen Beweis. 

Es kann für „Intelligent Design“ im naturwissenschaftlichen Sinne niemals einen anerkannten, empirischen Beweis geben, das heißt einen Beweis, der auf objektiv überprüfbarer Beobachtung der physischen Realität fußt. „Geistige“ Welten lassen sich halt nicht physisch erfassen (siehe hierzu unsere Artikelsammlung "Woher wissen wir, was wahr ist?"). Daraus folgt aber nicht logisch zwingend, dass es „geistige“ Welten nicht geben kann. Und erst recht folgt daraus nicht logisch zwingend, dass der Zufall die einzig mögliche Erklärung für die Entstehung und Entwicklung von Leben darstellt.


Ungeachtet dieser wissenschaftsphilosophischen Fragen halten Evolutionstheoretiker das Argument der „nicht reduzierbaren Komplexität“ ohnehin für irrelevant. Sie wenden ein, dass die Einzelbestandteile eines Organs zuvor vielleicht andere Funktionen gehabt haben könnten und erst bei ihrem Zusammenkommen diese neue, heute beobachtbare Funktionalität ermöglicht wurde. Beweisen können sie das allerdings nicht – genauso wenig, wie sie beweisen können, dass das Leben zufällig entstand und die Evolution zufällig zur Herausbildung der unglaublichen Vielfalt hochkomplexer pflanzlicher und tierischer Organismen führte, die heute unseren Planeten bevölkern.

4) Ungerichtete „trial-and-error“-Prozesse oder Vorausschau?

Wo empirische Beweisbarkeit nicht gegeben ist, kann man nur die Plausibilität von Argumenten abwägen. Dabei lässt sich wohl kaum behaupten, die Evolutionstheorie habe die klar besseren Argumente auf ihrer Seite. Das Problem der Homochiralität, das Problem der Quasi-Unmöglichkeit zufälliger Strukturierung von Information, das Problem der nicht reduzierbaren Komplexität – das alles spricht doch eher für vorausschauende Planung als für blinden Zufall in Kombination mit natürlicher Auslese.

Abschließend können wir das Zufallsproblem noch einmal auf ein ganz konkretes Beispiel herunterbrechen. Wir alle kennen die wundersame Verwandlung der Raupe zum Schmetterling. Wie kann so ein Komplett-Umbau Resultat von zufälliger Mutation unter Selektionsdruck gewesen sein?

Biologen vermuten (!), dass solche Metamorphosen evolutorisch vorteilhaft waren, weil die Tiere dadurch ihr Nahrungsspektrum erweitern und folglich ihre Überlebens- und Verbreitungschancen erhöhen konnten (z.B. ten Brink et al. 2019):

 Als Raupe stehen nur Blätter in der Umgebung als Nahrungsquelle zur Verfügung. Als Schmetterling erschließen sich hingegen mehr und neue Möglichkeiten. Das würde erklären, warum die Selektion die Verwandlung zum Schmetterling bevorzugt hat. Es erklärt aber noch nicht, wie die Raupe den Umbau konkret in Gang gesetzt und ausgeführt hat.

Müsste die Raupe dazu nicht zunächst einmal auf die Idee kommen, einen Kokon zu bauen, um anschließend als fliegendes Tier wieder herauszuschlüpfen? Setzte das nicht ein hohes Maß an vorausschauender Planung voraus? Ja, natürlich täte es das! Und deshalb kann es laut Evolutionstheorie auch nicht so gewesen sein. Denn erstens kann die Raupe nicht bewusst planen, zweitens erfolgen anatomische Veränderungen durch zufällige Mutationen. Die Raupe muss laut Evolutionstheorie im Zuge allmählicher, kleinschrittiger und vor allem eben auch rein zufälliger Mutationen die Metamorphose zum Schmetterling bewerkstelligt haben. 

Nehmen wir für den Moment an, diese Vermutung sei so korrekt. Wie muss man sich konkret die allerersten Schritte der Verwandlung vorstellen? 

Baute die Raupe gleich den ganzen Kokon? Oder erst nur ein Stück? Wenn Evolution allmählich und kleinschrittig geschieht, kann es ja wohl zunächst nur ein Stück gewesen sein. Dann hätte die Raupe sich aber noch nicht verwandeln können. Sie hätte nur halbfertige Kokons gebaut, mit denen sie nichts anfangen konnte. Wieso wurde dieser unnütze Energieaufwand von der Selektion toleriert?

Nehmen wir dennoch an, der Kokon sei eines Tages (nach Jahrtausenden zufälligen Ausprobierens?) fertig geworden. Wann fing die Raupe dann damit an, sich in diesem Kokon selbst zu zersetzen, um völlig neue Organe auszubilden? Auch das kann ja laut Evolutionstheorie nur zufällig passiert sein. Vorher wusste die Raupe ja noch gar nicht, wozu sie diesen Kokon überhaupt baut. Zersetzte sich die Raupe nun versuchsweise erst nur ein Stückchen oder gleich ganz? Und während allmählich, im Laufe von Zehntausenden von Jahren (Zwischenbemerkung: Waren die Blätter inzwischen eigentlich immer noch knapp?) die Flügel größer wurden, was stellte das Insekt mit einem erst halbfertigen Flügel an? Wäre solch ein nicht funktionsfähiger Flügel nicht unnötiger Ballast gewesen, der unter dem Selektionsdruck des „survival of the fittest“ schnellstmöglich wieder hätte zurückgebildet werden müssen? Mit einem halben Flügel kann schließlich kein Schmetterling ordentlich fliegen. Ein Schmetterling mit halben Flügeln wäre auf den Boden gefallen und vom nächstbesten Vogel gefressen worden.

Das evolutionstheoretische Dogma von der zufälligen Variation im Laufe Jahrmillionen andauernder Anpassungsprozesse kann an konkreten Beispielen wie diesem offenbar überhaupt nicht überzeugend argumentiert werden. Vorgänge wie die Metamorphose setzen doch augenscheinlich viel eher eine zielorientierte Planung voraus, als dass sie durch allmähliche, graduelle und ungerichtete Anpassungsprozesse plausibel nachvollzogen werden könnten.

5) Weiterführende Informationen:

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