Charles Robert Darwin [tʃɑrlz ‘dɑː.wɪn] (* 12. Februar 1809 in Shrewsbury; † 19. April 1882 in Down House/Grafschaft Kent) war ein britischer Naturforscher. Er gilt wegen seiner Beiträge zur Evolutionstheorie als einer der bedeutendsten Naturwissenschaftler.

Die Ende 1831 begonnene und fast fünf Jahre andauernde zweite Reise mit der Beagle, die den jungen Darwin einmal um die Welt führte, war zugleich Schlüsselerlebnis und Grundlage für sein späteres Werk. Der breiten Öffentlichkeit wurde Darwin erstmals durch seinen 1839 herausgegebenen Reisebericht bekannt. Mit seiner Theorie über die Entstehung der Korallenriffe und weiteren geologischen Schriften erlangte er in wissenschaftlichen Kreisen die Anerkennung als Geologe. Seine Untersuchungen an den Rankenfußkrebsen (Cirripedia) verschafften ihm Mitte der 1850er Jahre zusätzlich einen Ruf als angesehener Zoologe und Taxonom.

Bereits 1838 entwarf Darwin seine Theorie der Anpassung an den Lebensraum durch Variation und natürliche Selektion und erklärte so die phylogenetische Entwicklung aller Organismen und ihre Aufspaltung in verschiedene Arten. Über 20 Jahre lang trug er Belege für diese Theorie zusammen. 1842 und 1844 verfasste Darwin kurze Abrisse seiner Theorie, die er jedoch nicht veröffentlichte. Ab 1856 arbeitete er an einem umfangreichen Manuskript mit dem Titel Natural Selection. Durch einen Brief von Alfred Russel Wallace, der dessen Ternate-Manuskript mit ähnlichen Gedanken zur Evolution enthielt, kam es im Sommer 1858 schließlich zu einer Veröffentlichung der Theorien über die Evolution durch beide. Ein Jahr später folgte Darwins Hauptwerk On the Origin of Species (Über die Entstehung der Arten), das als streng naturwissenschaftliche Erklärung für die Diversität des Lebens die Grundlage der modernen Evolutionsbiologie bildet und einen Wendepunkt in der Geschichte der modernen Biologie darstellt.

1871 diskutierte Darwin in The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (Die Abstammung des Menschen und die geschlechtliche Zuchtwahl) mit der sexuellen Selektion einen zweiten Selektionsmechanismus und nutzte seine Theorie, um die Abstammung des Menschen zu erklären. In seinem letzten Lebensjahrzehnt untersuchte Darwin Kletterpflanzen, Orchideen und fleischfressende Pflanzen und leistete wichtige Beiträge zur Botanik. Sein offizielles botanisches Autorenkürzel lautet „Darwin“.

Evolutionstheorie

Unter Evolutionstheorie (früher auch Evolutionslehre genannt) versteht man die wissenschaftliche und in sich stimmige Beschreibung der Entstehung und Veränderung biologischer Einheiten, speziell der Arten, als Ergebnis der organismischen Evolution, d. h. eines Entwicklungsprozesses im Laufe der Erdgeschichte, der mit der Entstehung des Lebens einsetzte und weiterhin andauert. Evolutionstheorien sind naturgemäß jeweils ein Produkt der Zeit ihrer Entstehung und spiegeln die jeweiligen Erkenntnisse, die Faktenlage und die wissenschaftlichen Herangehensweisen der Zeit wider. Da sich die moderne Evolutionsbiologie mit zahlreichen Ansätzen und Analysen beschäftigt, liegt mittlerweile ein Theoriengebäude vor, in welchem viele Erkenntnisstränge von der Paläontologie bis zur Molekularbiologie zusammenfließen und sich wechselseitig zu einer Gesamtsicht ergänzen. Der biologischen Evolutionstheorie – als Konzepte für deren Vorgeschichte – vorgelagert sind die Hypothesen und Theorien, welche die Entstehung des Lebens aus anorganischen und organischen Stoffen erklären, wie sie zum Beispiel im Rahmen der unterschiedlichen Konzepte der chemischen Evolution erforscht werden.

Über die Entstehung der Arten ‘On the Origin of Species‘

Über die Entstehung der Arten (englisch On the Origin of Species) ist das Hauptwerk des britischen Naturforschers Charles Darwin. Es wurde am 24. November 1859 veröffentlicht und gilt als grundlegendes Werk der Evolutionsbiologie. Der vollständige Titel lautete: On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. Darwin bearbeitete insgesamt sechs Auflagen. Alle Auflagen erschienen im Verlag von John Murray. Darwin legte in diesem Werk zahlreiche Belege für seine Theorie vor, dass sich Tier- und Pflanzenarten durch natürliche Selektion im Laufe langer Zeiträume verändern und dass alle heute existierenden Lebewesen von gemeinsamen Vorfahren abstammen. Bereits auf seiner Weltreise mit der HMS Beagle (1831–1836) hatte Darwin Belege für seine später als Darwinismus bezeichnete Evolutionstheorie gesammelt. Später vermehrte er seine Erkenntnisse durch Experimente und wissenschaftliche Korrespondenz.

Reaktionen auf: Über die Entstehung der Arten ‘On the Origin of Species‘

Die unmittelbaren Reaktionen auf „Über die Entstehung der Arten“, das Buch, in dem Charles Darwin die Evolution durch natürliche Selektion beschrieb, von November 1859 bis April 1861 umfassten internationale Debatten, wenngleich die Kontroverse weniger heftig ausfiel als bei früheren Werken wie „Überreste der Schöpfung“. Darwin verfolgte die Debatte aufmerksam und unterstützte Thomas Henry Huxleys Auseinandersetzungen mit Richard Owen gegen die Dominanz der Kirche in der Wissenschaft. Obwohl Darwin aufgrund seiner Krankheit den öffentlichen Debatten fernblieb, las er eifrig darüber und mobilisierte Unterstützung durch Briefwechsel. Die religiösen Ansichten waren geteilt: Die wissenschaftliche Elite der anglikanischen Kirche lehnte das Buch ab, während liberale Anglikaner Darwins Theorie der natürlichen Selektion als Teil von Gottes Schöpfungsplan nachdrücklich befürworteten. Die religiösen Kontroversen wurden bald durch die Veröffentlichung von Essays und Rezensionen sowie die Debatte über die historisch-kritische Theologie abgelenkt. Die berühmteste Auseinandersetzung fand 1860 in Oxford während einer öffentlichen Debatte über die Evolutionstheorie im Rahmen einer Sitzung der British Association for the Advancement of Science statt. Bischof Samuel Wilberforce argumentierte gegen Darwins Erklärung. In der darauffolgenden Debatte setzte sich Joseph Hooker vehement für die Darwin’sche Evolutionstheorie ein. Thomas Huxleys Unterstützung der Evolutionstheorie war so vehement, dass er von Medien und Öffentlichkeit den Spitznamen „Darwins Bulldogge“ erhielt. Huxley wurde zum vehementesten Verteidiger der Evolutionstheorie im viktorianischen Zeitalter. Beide Seiten gingen als Sieger hervor, doch Huxley schilderte die Debatte als entscheidend im Kampf zwischen Religion und Wissenschaft und nutzte den Darwinismus, um gegen die Autorität des Klerus im Bildungswesen zu wettern und kühn die These vom „Ursprung des Menschen beim Affen“ zu vertreten.

Darwinismus

Als Darwinismus bezeichnet man die Erklärung der Artentransformation (Evolution) von Charles Darwin, wobei insbesondere die natürliche Auslese, d. h. das Selektionsprinzip, im Vordergrund steht. Daneben wird der Begriff auch in der Bedeutung des universellen Darwinismus verwendet, einer Generaltheorie der Evolutionsmechanismen, die besagt, dass in beliebigem Rahmen (d. h. auch außerhalb der Biologie) bei Vorhandensein von Variabilität und einem Selektionsdruck Evolution stattfinden kann.

Im 19. Jahrhundert war Darwinismus auch ein gebräuchlicher Oberbegriff für mehrere Theorien und Konzepte aus der Biologie, der Philosophie und den Gesellschaftswissenschaften. Die Bezeichnung Darwinismus wird oft abwertend von Gegnern, u. a. Kreationisten, gebraucht. Deshalb, aber vor allem weil es sich nicht um einen „-ismus“ im Sinne einer Ideologie, sondern um ein von Darwin und Alfred Russel Wallace erkanntes Naturprinzip handelt, wird diese Bezeichnung heute von vielen Evolutionsbiologen abgelehnt. Der Begriff Darwinismus wurde im April 1860 von Thomas Henry Huxley populär gemacht, als er im Westminster Journal Darwins On the Origin of Species besprach.

Evolution

Unter Evolution (von lateinisch evolvere „herausrollen“, „auseinanderrollen“, „auswickeln“, „entwickeln“) versteht man im deutschsprachigen Raum in erster Linie die biologische Evolution. Darunter wird die von Generation zu Generation stattfindende allmähliche Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Population von Lebewesen und von anderen organischen Strukturen (z. B. Viren) verstanden. Das Lehr- und Forschungsgebiet der Evolution wird als Evolutionsbiologie bezeichnet und unterliegt, wie viele andere Wissenschaften, einem kontinuierlichen Erkenntnisfortschritt. Hierzu können insbesondere neue Einsichten durch die Entdeckung neuer Fossilien oder die Anwendung neuer Forschungsmethoden beitragen. Das Themenfeld der Evolution wurde zuweilen unterteilt in die Evolutionsgeschichte, in der die Veränderungen der Lebewesen im Laufe der Erdgeschichte beschrieben werden und bei dem es Überlappungen mit der Paläontologie gibt, sowie in die Evolutionstheorie, die naturwissenschaftliche Erklärungen (Hypothesen und Theorien) für das Gesamtphänomen der Evolution entwickelt. Die beiden Ansätze sind heutzutage in der Wissenschaft innig miteinander verwoben und befruchten sich wechselseitig. Wissenschaftler beschäftigen sich ebenfalls im Rahmen der theoretischen Biologie mit der biologischen Evolution. Die theoretische Biologie als interdisziplinäres Teilgebiet der Biologie entwickelt mathematische Modelle und führt statistische Hypothesentests und Laborexperimente durch, um den Erkenntnisgewinn zu fördern.

Insbesondere seit der Begründung der Evolutionstheorie hat der Begriff der Evolution eine erheblich Ausweitung in viele verschiedene Wissenschaftsbereiche erfahren, die zu einer großen Zahl recht unterschiedlicher Definitionen geführt hat.

Die Schöpfung

Auf eine Schöpfung durch einen Schöpfer wird in Kulten und Religionen die Ursache für den Anbeginn der Welt (Erste Ursache) zurückgeführt. In Anlehnung daran wird auch die erschaffene Welt (das Leben, die Erde, das Universum) als die Schöpfung bezeichnet.

Konzeptionen zur Erschaffung der Welt aus dem Nichts oder aus einem präexistenten Chaos gibt es in verschiedenen Religionen. Diese kosmogonischen Mythen setzen stets eine eigenständige personifizierte Macht (Gott) als Erklärungsgrund an, die aus eigenem Antrieb die Welt erschaffen habe. Ein Schöpfungsmythos ist somit eine zumeist theologische oder religiöse Erklärung zur Entstehung der Welt, des Universums oder des Ursprungs des Menschen.

Vor allem im Katholizismus, aber auch im Islam gibt es die Vorstellung, dass die Schöpfung nicht abgeschlossen sei, sondern sich als Creatio continua permanent fortsetze.

Die heutige naturwissenschaftliche Kosmologie erklärt die Existenz und Eigenschaften des Kosmos mit Hilfe physikalischer Prinzipien und Theorien. Der Begriff Schöpfung wird deshalb auch bewusst eingesetzt, um auf einen religiösen Hintergrund zu verweisen, etwa in der Rede von der Bewahrung der Schöpfung. Wenn zwischen der religiösen Rede von Schöpfung und der naturwissenschaftlichen Kosmologie ein Widerspruch gesehen und zugunsten der Schöpfungsidee entschieden wird, spricht man teilweise auch von Kreationismus. Schöpfungsgeschichte (Priesterschrift).

Ursprung des Lebens

Der Ursprung des Lebens auf der Erde ist ein noch ungelöstes wissenschaftliches Problem. Es gibt viele Theorien, aber wenige gesicherte Erkenntnisse. Die meisten Experten sind sich einig, dass alles heutige Leben von einer einzigen primitiven Lebensform abstammt. Wie diese frühe Lebensform entstand, ist unbekannt, Wissenschaftler gehen jedoch von einem natürlichen Prozess aus, der vor etwa 3,9 Milliarden Jahren stattfand. Dies steht im Einklang mit der Philosophie des Naturalismus: Nur natürliche Ursachen werden anerkannt. Es ist unklar, ob der Stoffwechsel oder die Genetik zuerst da war. Die wichtigste Hypothese, die die Genetik als Ursprung annimmt, ist die RNA-Welt-Hypothese, während die Protein-Welt-Hypothese den Stoffwechsel als Ursprung annimmt. Ein weiteres großes Problem ist die Entwicklung der Zellen. Melvin Calvin, Nobelpreisträger für Chemie, schrieb ein Buch zu diesem Thema, ebenso wie Alexander Oparin. Die meisten frühen Arbeiten zur Entstehung des Lebens basieren auf der Annahme, dass vor dem Entstehen des Lebens ein Prozess chemischer Veränderungen stattgefunden haben muss. Eine weitere Frage, die von J. D. Bernal und anderen diskutiert wurde, ist der Ursprung der Zellmembran. Durch die Konzentration chemischer Stoffe an einem Ort erfüllt die Zellmembran eine lebenswichtige Funktion. Was wir als Leben bezeichnen, konnte bisher nur anhand von RNA, Mechanismen zur Codierung und Decodierung von RNA sowie Mechanismen zum Aufbau von Proteinen aus Aminosäuren nachgewiesen werden.

Spontanzeugung

Spontanzeugung oder Urzeugung, auch Abiogenese oder Archigenese genannt, lateinisch Generatio spontanea, griechisch γένεσις αὐτόματος (génesis autómatos), bezeichnet die Vorstellung, dass Lebewesen aus zuvor unbelebter Materie entstehen können.

Abiogenese

Abiogenese oder die Entstehung des Lebens (manchmal auch Biopoese genannt) ist der natürliche Prozess, durch den Leben aus unbelebter Materie, wie beispielsweise einfachen organischen Verbindungen, entsteht. Die vorherrschende wissenschaftliche Hypothese besagt, dass der Übergang von unbelebten zu lebenden Einheiten auf der Erde kein einzelnes Ereignis war, sondern ein Prozess zunehmender Komplexität. Dieser umfasst die Entstehung eines bewohnbaren Planeten, die präbiotische Synthese organischer Moleküle, molekulare Selbstreplikation, Selbstorganisation, Autokatalyse und die Entwicklung von Zellmembranen. Der Übergang von unbelebter zu lebender Materie konnte experimentell noch nicht beobachtet werden, jedoch wurden zahlreiche Hypothesen zu verschiedenen Phasen dieses Prozesses aufgestellt. Die Abiogeneseforschung zielt darauf ab, zu ergründen, wie präbiotische chemische Reaktionen unter Bedingungen, die sich deutlich von den heutigen Bedingungen auf der Erde unterscheiden, Leben hervorgebracht haben. Sie nutzt Methoden aus Biologie und Chemie und versucht so, verschiedene Wissenschaften zu vereinen. Leben basiert auf der Chemie von Kohlenstoff und Wasser und fußt auf vier chemischen Stoffgruppen: Lipiden für Zellmembranen, Kohlenhydraten wie Zucker, Aminosäuren für den Proteinstoffwechsel und den Nukleinsäuren DNA und RNA für die Vererbung. Eine Theorie der Abiogenese muss die Ursprünge und Wechselwirkungen dieser Molekülklassen erklären. Viele Ansätze untersuchen die Entstehung selbstreplizierender Moleküle. Forscher gehen davon aus, dass das Leben von einer RNA-Welt abstammt, obwohl andere selbstreplizierende und selbstkatalysierende Moleküle der RNA vorausgegangen sein könnten. Andere Ansätze (die sogenannte „Stoffwechsel-zuerst“-Hypothese) konzentrieren sich darauf, wie Katalyse auf der frühen Erde die Vorläufermoleküle für die Selbstreplikation bereitgestellt haben könnte. Das Miller-Urey-Experiment von 1952 zeigte, dass Aminosäuren unter Bedingungen wie auf der frühen Erde aus anorganischen Verbindungen synthetisiert werden können. In der Folge wurden Aminosäuren in Meteoriten, Kometen, Asteroiden und Sternentstehungsgebieten im Weltraum gefunden. Obwohl der letzte gemeinsame Vorfahre aller modernen Organismen (LUCA) Millionen von Jahren nach dem Ursprung des Lebens existierte, kann seine Erforschung die Suche nach frühen universellen Merkmalen voranbringen. Ein genomischer Ansatz versucht, LUCA zu charakterisieren, indem die Gene identifiziert werden, die Archaeen und Bakterien, zwei Hauptzweige des Lebens, gemeinsam haben. Offenbar gibt es 60 Proteine, die allen Lebewesen gemeinsam sind, und 355 prokaryotische Gene, die auf LUCA zurückgehen. Ihre Funktionen deuten darauf hin, dass LUCA anaerob war und den Wood-Ljungdahl-Weg nutzte, Energie durch Chemiosmose gewann und DNA, den genetischen Code und Ribosomen verwendete. Frühere Zellen könnten eine durchlässige Membran besessen und durch einen natürlich vorkommenden Protonengradienten in der Nähe einer Tiefseequelle (einem sogenannten Weißen Raucher) mit Energie versorgt worden sein; alternativ könnte das Leben in der kontinentalen Kruste oder im Wasser an der Erdoberfläche entstanden sein. Obwohl die Erde der einzige bekannte Ort mit Leben ist, gehen Astrobiologen davon aus, dass Leben auch auf anderen Planeten existiert und durch ähnliche Prozesse entstanden ist. Geochemische und fossile Belege bilden die Grundlage der meisten Studien. Die Erde entstand vor 4,54 Milliarden Jahren, und die frühesten Lebensspuren auf der Erde stammen aus Westaustralien und sind 3,8 Milliarden Jahre alt. Fossile Mikroorganismen könnten in hydrothermalen Ausfällungen aus Quebec kurz nach der Ozeanbildung während des Hadaikums gelebt haben, sodass der Prozess im geologischen Zeitrahmen relativ schnell vonstatten gegangen sein muss.

Chemische Evolution

Als chemische Evolution oder Abiogenese bezeichnet man die Entstehung von Lebewesen aus anorganischen und organischen Stoffen. Unbekannte Mischungen anorganischer Substanzen, welche die Entstehung von Leben ermöglicht haben mögen, werden häufig als Ursuppe (englisch primordial soup), Urschleim oder auch Urschlamm bezeichnet. Für die Zeit, seit etwa Mitte des Paläoarchaikums hingegen (vor 3465 Millionen Jahren) gelten Prokaryoten als nachgewiesen. Seit dieser Zeit entsteht Leben aus Leben (Biogenese).

Kennzeichen chemischer Evolution ist die spontane Strukturbildung durch Autokatalyse, einschließlich der Entstehung der Homochiralität. Voraussetzung sind Fließgleichgewichte fernab des thermodynamischen Gleichgewichts. Als wahrscheinlicher Antrieb gelten thermische und chemische Gradienten heißer Quellen im Meeresboden. Die darwinschen Mechanismen der biologischen Evolutionstheorie (Variation, Selektion und Reproduktion) liegen den meisten Hypothesen hingegen nicht zugrunde.

Zum Ablauf der chemischen Evolution existieren diverse Hypothesen. Sie werden hauptsächlich durch Experimente gestützt, die auf geologischen Erkenntnissen über die damalige chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre, der Hydrosphäre und der Lithosphäre sowie klimatische Bedingungen beruhen. So konnte zwar bereits die chemische Entstehung komplexer Moleküle beobachtet werden, die für biologische Abläufe notwendig sind, jedoch noch keine Bildung eines lebenden Systems. Die Experimente reichen momentan nicht zur Formulierung einer geschlossenen Theorie aus, die erklären kann, wie das Leben entstand.

Sicher scheint zu sein, dass sich nur eine Form von Leben, nämlich die auf Nukleinsäuren (RNA und DNA) beruhende, durchgesetzt hat (falls weitere existiert haben sollten bzw. überhaupt möglich sind). Wesentliche Indizien für diese Theorie sind die Gleichheit der Bausteine der zwei wesentlichsten lebenstypischen Makromoleküle in allen bekannten Lebensformen (die fünf Nukleotide als Bausteine der Nukleinsäuren und die 21 Aminosäuren als Bausteine der Proteine) und der universell gültige genetische Code.

Ökologie

Die Ökologie (von altgriechisch οἶκος oikos ‚Haus‘, ‚Haushalt‘ und λόγος logos ‚Lehre‘; also „Lehre vom Haushalt“) ist gemäß ihrer ursprünglichen Definition eine wissenschaftliche Teildisziplin der Biologie, welche die Beziehungen von Lebewesen (Organismen) untereinander und zu ihrer unbelebten Umwelt erforscht. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde der Begriff zunehmend auch zur Bezeichnung der Gesamtumweltsituation verwendet, wurde dadurch aber auch insgesamt diffuser. Das Adjektiv „ökologisch“ wird umgangssprachlich als Ausdruck für eine Haltung oder ein Agieren verwendet, das schonend mit Umweltressourcen umgeht.

Photosynthese

Die Photosynthese (altgriechisch φῶς phō̂s, deutsch ‚Licht‘ und σύνθεσις sýnthesis, deutsch ‚Zusammensetzung‘, auch Fotosynthese geschrieben) ist ein physiologischer Prozess zur Erzeugung energiereicher Biomoleküle aus energieärmeren Stoffen mit Hilfe von Lichtenergie. Sie wird von Pflanzen, Algen und manchen Bakterien betrieben. Bei diesem biochemischen Vorgang wird Lichtenergie mit Hilfe von lichtabsorbierenden Farbstoffen wie Chlorophyll in chemische Energie umgewandelt.

Diese wird dann genutzt, um aus energiearmen anorganischen Stoffen (vor allem Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O)) energiereiche organische Verbindungen (vor allem Kohlenhydrate) aufzubauen.

Der genutzte Anteil der eingestrahlten Energie, nämlich der zum Aufbau der Assimilate verwendete Anteil, wird photosynthetische Effizienz genannt. Soweit die energiereichen organischen Stoffe zu Bestandteilen des Lebewesens werden, bezeichnet man deren Synthese als Assimilation.

Man unterscheidet zwischen oxygener und anoxygener Photosynthese. Bei der oxygenen Photosynthese wird molekularer Sauerstoff (O₂) freigesetzt. Bei der anoxygenen Photosynthese, die nur von Bakterien betrieben wird, entstehen statt Sauerstoff andere anorganische Stoffe, beispielsweise elementarer Schwefel (S).

Die Photosynthese ist der wichtigste biochemische Prozess, bei dem Lichtenergie, meistens Sonnenlicht, in chemisch gebundene Energie umgewandelt wird (Phototrophie). Indirekt sind auch fast alle heterotrophen (nicht zur Photosynthese fähigen) Lebewesen von ihr abhängig, da sie der Photosynthese letztlich ihre Nahrung und auch den zur Energiegewinnung mittels aerober Atmung benötigten Sauerstoff verdanken. Aus dem Sauerstoff entsteht außerdem die schützende Ozonschicht der Erdatmosphäre.

Kosmogonie

Kosmogonie (griechisch κοσμογονία kosmogonía „Weltzeugung“; auch κοσμογένεια kosmogéneia Kosmogenie) bezeichnet spekulative Vorstellungen zur Entstehung der Welt bzw. des Kosmos (altgriechisch für „Ordnung“). Sie legen die Weltentstehung entweder auf mythische Weise dar oder unternehmen Versuche, diesen Vorgang rational zu erklären. Kosmogonische Mythen sind in der Regel uralter Herkunft und werden nicht selten bis heute geglaubt. Sie geben durch göttliches Wirken eine religiöse Erklärung der Welt und ihrer vermeintlichen Ordnung. Kosmogonische Theorien hingegen beruhen auf Ergebnissen der Philosophie und der Kosmologie.

Unter Kosmologie versteht man heute vorwiegend jene Naturwissenschaft, die im Rahmen der Physik und der Astronomie die Struktur des Weltalls und deren Entwicklung erforscht, insbesondere auch die Entstehung der Materie. Die Kosmogonie als Teildisziplin behandelt speziell den Anfang des Weltalls aus einer energetischen Singularität. Die Kosmologie untersucht zudem die weitere Entwicklung des raumzeitlichen Gefüges bis hin zu dessen Stillstand oder Rückkehr zu einer Singularität (Steady-State-, Urknall– und Zykel-Theorien).

Kosmogonie und Kosmologie sind jedoch im Allgemeinen keine klar voneinander abgegrenzten Begriffe; sie werden sowohl in mythischen als auch in philosophischen Zusammenhängen oft anders verwendet.

In diesem Artikel geht es hauptsächlich um Mythologie. Religiöse Mythen vom Ursprung der Welt behandelt auch der Artikel Schöpfung.

Astrobiologie

Astrobiologie ist eine interdisziplinäre Naturwissenschaft, die Astronomie, Biologie, Chemie und Geologie miteinander verbindet. Ziel dies Forschung ist es, Aussagen und Schlussfolgerungen über den Ursprung, über die Evolution und die Zukunft des Lebens auf der Erde und – parallel dazu – im Universum zu machen und herauszufinden, ob und auf welche Weise Leben außerhalb der Erde existiert oder existieren könnte, einschließlich seiner Anpassungsfähigkeit an extreme Bedingungen.

Dies beinhaltet:

die Suche und Erforschung extrasolarer bewohnbarer Planeten und Monde
die Suche nach Spuren der chemischen Evolution sowie ehemaliges oder noch immer vorhandenes außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem (z. B. Leben auf dem Mars, Leben auf der Venus)
Labor- und Feldstudien über den Ursprung des Lebens sowie frühe Evolution auf der Erde
Studien über die mögliche Adaptierung von Leben an sehr unwirtlichen Orten (Extremophile) auf der Erde und im Weltall

Gaia-Hypothese

Die Gaia-Hypothese wurde Anfang der 1970er-Jahre von der Mikrobiologin Lynn Margulis und dem Chemiker, Biophysiker und Mediziner James Lovelock entwickelt. Sie besagt, dass man die Erde und ihre drei obersten Sphären gemeinsam mit der Biosphäre wie ein Lebewesen betrachten könne, da die Biosphäre – die Gesamtheit aller Organismen – Bedingungen schaffe und erhalte, die nicht nur Leben, sondern auch eine Evolution komplexerer Organismen ermögliche. Die Erdoberfläche bilde demnach ein dynamisches System, das die gesamte Biosphäre stabilisiere, und Leben zeichne sich insbesondere durch die Fähigkeit von Lebewesen zur Selbstorganisation aus.

Der Name leitet sich von Gaia, der Großen Mutter in der griechischen Mythologie, ab. Die Gaia-Hypothese motivierte ihrerseits Beschäftigungsfelder wie Geophysiologie, die Landschaftsökologie in einen holistischen Kontext stellt.

Als älteste gedankliche Vorläufer der Hypothese nennt Lovelock Charles Darwins Evolutionstheorie und Alexander von Humboldts Werk Kosmos – Entwurf einer physischen Weltbeschreibung.

Rare-Earth-Hypothese

Die Rare-Earth-Hypothese (englisch für ‚seltene Erde‘) ist die Annahme, dass das komplexe vielzellige Leben der Erde auf eine unwahrscheinliche Kombination vor allem astrophysikalischer und geologischer Voraussetzungen zurückzuführen ist. Der Begriff Rare Earth stammt aus dem im Jahr 2000 erschienenen Buch Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe von Peter Ward, einem Geologen und Paläontologen, und Donald Brownlee, einem Astronomen und Astrobiologen. Der Titel der deutschen Ausgabe lautet Unsere einsame Erde: Warum komplexes Leben im Universum unwahrscheinlich ist.

Die Rare-Earth-Hypothese ist eine Einschränkung des kopernikanischen Prinzips, zu dessen Befürwortern im Zusammenhang mit außerirdischem Leben unter anderem Carl Sagan und Frank Drake zählten. Demnach ist die Erde ein typischer Gesteinsplanet in einem typischen Planetensystem in einem nicht ungewöhnlichen Bereich einer häufig vorkommenden Balkenspiralgalaxie. Deshalb sei es wahrscheinlich, dass komplexes Leben im Universum häufig vorkomme. Die Rare-Earth-Hypothese behauptet das Gegenteil: Die Kombination von Planeten, Planetensystemen und galaktischen Regionen (die Lage des Sonnensystems innerhalb des Milchstraßensystems), welche so günstig für komplexes Leben wie das auf der Erde ist, sei sehr selten.

Geht man von der Annahme aus, komplexes Leben trete sehr selten auf, dann ist die Rare-Earth-Hypothese eine Möglichkeit zur Vermeidung des Fermi-Paradoxons: „Wenn außerirdische Lebensformen häufiger vorkommen sollten, warum sind sie dann nicht evident?“

Kosmischer Staub

Kosmischer Staub ist Staub im Weltraum. Je nach seinem Ort bzw. Ursprung unterscheidet man

intergalaktischen Staub
interstellaren Staub
interplanetaren Staub (der auf der Erde als Zodiakallicht sichtbar sein kann)
zirkumplanetaren Staub, etwa in Planetenringen.

Zum kosmischen Staub zählen auch die Wasservorkommen im Universum in Form von fein verteiltem Wassereis (siehe auch Wassersynthese im Weltraum).

Die Erde fängt pro Jahr etwa 30.000 Tonnen kosmischen Staubs ein, der überwiegend interplanetarer Staub ist. Die insgesamt eingefangene kosmische Materie (mit Gasen) variiert zwischen etwa 150.000 und 1.000.000 Tonnen pro Jahr.

CHON

CHON ist ein Akronym für Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, die vier häufigsten chemischen Elemente in der organischen Chemie.

Ribonukleinsäure

Führenden Theorien zur Entstehung des Lebens besagen, dass RNA (Ribonukleinsäure) die erste selbstreplizierende Molekülform ist.

Ribonukleinsäure (Ribo|nukle-in|säure, kurz RNS; englisch RNA für ribonucleic acid; lateinisch-französisch-griechisches Kunstwort) ist eine Nukleinsäure, die sich als Polynukleotid aus einer Kette von vielen Nukleotiden zusammensetzt. Das Biomolekül ist bei bestimmten Virentypen (RNA-Viren, Retroviren) sowie den hypothetischen urzeitlichen Ribozyten Träger der Erbinformation, also die materielle Basis der Gene. Das Wort setzt sich zusammen aus Ribose und Nukleinsäure.

Eine wesentliche Funktion der RNA in der biologischen Zelle ist die Umsetzung von genetischer Information in Proteine (siehe Proteinbiosynthese, Transkription und Translation), in Form der mRNA fungiert sie hierbei als Informationsüberträger. Daneben erfüllen spezielle RNA-Typen weitere Aufgaben; bei RNA-Viren macht sie sogar das Genom selbst aus. Weiterhin bestehen auch Teile der für die Umsetzung dieser Information verantwortlichen Zellbestandteile aus RNA: Bei der Reifung der mRNA sind snRNA und snoRNA beteiligt, die katalytischen Bestandteile der Ribosomen bildet die rRNA, und die tRNA transportiert die Bausteine für die Proteine. Ferner sind spezielle RNAs an der Genregulation beteiligt.

RNA kann auch Aufgaben von Enzymen übernehmen (Ribozym) oder ähnlich Antikörpern wirken (Aptamer).

Die Bausteine des Lebens und die Suche nach unserem Ursprung im Universum

Die chemische Signatur des Lebens

Wenn wir nach den Grundlagen des Lebens im Universum suchen, stoßen wir unweigerlich auf vier chemische Elemente: Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) – kurz CHON. Diese Elemente sind nicht nur auf der Erde allgegenwärtig, sondern bilden auch die Grundlage aller bekannten organischen Verbindungen. Doch wie kam es, dass aus diesen einfachen Bausteinen komplexes Leben entstand? Und was sagt uns das über die Möglichkeit von Leben jenseits unseres Planeten?

Diese Elemente sind nicht nur auf der Erde reichlich vorhanden, sondern auch im gesamten Universum: Sie entstehen in Sternen und werden durch Supernovae ins All geschleudert. CHON ist somit die chemische Signatur des Lebens – nicht nur auf der Erde, sondern möglicherweise im gesamten Kosmos.

Viele Wissenschaftler vermuten, dass das Leben in den heißen, mineralreichen Quellen am Grund der Ozeane entstand. Diese „Schwarzen Raucher“ bieten nicht nur Energie und Nährstoffe, sondern auch eine geschützte Umgebung, in der komplexe Moleküle stabil bleiben konnten. Die ersten Zellen könnten hier entstanden sein, geschützt vor der unwirtlichen Oberfläche der jungen Erde.

Die Entdeckung von CHON-Verbindungen im All – in Kometen, Meteoriten und sogar in interstellaren Wolken – nährt die Hoffnung, dass Leben nicht nur auf der Erde möglich ist. Die Astrobiologie, eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Astronomie, Biologie und Chemie vereint, sucht nach Antworten auf die Frage: Gibt es Leben jenseits der Erde?

Auf der Erde gibt es Organismen, die unter extremen Bedingungen gedeihen – in säurehaltigen Seen, in der Tiefsee oder sogar in nuklearen Abfallbecken. Diese Extremophilen zeigen, dass Leben viel widerstandsfähiger ist, als wir denken. Wenn Leben auf der Erde unter solchen Bedingungen existieren kann, warum nicht auch auf dem Mars, dem Jupiter-Mond Europa oder den Eismonden des Saturn?

Doch die Entdeckung von CHON-Verbindungen im All und die Vielfalt extremophiler Lebensformen auf der Erde sprechen gegen diese Annahme. Vielleicht ist Leben nicht so selten, wie wir denken – wir müssen nur die richtigen Orte suchen.

Fazit

Die Elemente CHON sind mehr als nur chemische Bausteine – sie sind die Verbindung zwischen der Erde und dem Rest des Universums. Die Erforschung ihrer Rolle bei der Entstehung des Lebens hilft uns nicht nur, unsere eigenen Ursprünge zu verstehen, sondern auch die Möglichkeit von Leben anderswo im Kosmos. Solange es CHON gibt, gibt es Hoffnung auf Leben – hier und im unendlichen Weiten des Universums.

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Charles Darwin