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Massenaussterben: Die Ursachen der größten Katastrophen

Im Laufe der Evolution sind in den letzten 500 Millionen Jahren immer wieder Tier- und Pflanzenarten in großer Zahl ausgestorben. Kann bereits das Aussterben weniger oder einzelner Arten zu Kettenreaktionen mit solchen verheerenden Folgen führen? Göttinger Forscher am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und der ETH Zürich haben eine mathematische Theorie entwickelt, das unter Verwendung von Fossiliendaten eine Antwort geben kann. Die Theorie zeigt, dass Kettenreaktionen bei der unterschiedlichen Entwicklung der Artenvielfalt im Meer und an Land eine Rolle gespielt haben können. Sie kann dabei helfen, heutige und zukünftige Artensterben zu verstehen.

Bei den fünf größten Massenaussterben in der Erdgeschichte starben jeweils mehr als drei Viertel aller Arten aus, doch danach erholte sich die Artenvielfalt immer wieder. Als Ursachen werden Katastrophen von globaler Größenordnung vermutet, wie z.B. große Meteoriteneinschläge oder Vulkanausbrüche. Aber zum Glück führte nicht jede Naturkatastrophe im Laufe der Erdgeschichte zu einem Massenaussterben, und umgekehrt werden auch diese nicht nur durch globale Naturkatastrophen hervorgerufen.

Das mathematische Modell der Wissenschaftler geht davon aus, dass Arten entweder auf Grund von geänderten Umweltbedingungen aussterben oder durch das Aussterben bestimmter anderer Arten, die für sie unentbehrlich sind. Wenn sich beispielsweise das Klima erwärmt oder abkühlt oder wenn sich die durchschnittliche Niederschlagsmenge oder die Bodenbeschaffenheit ändert, sind dadurch Tiere und Pflanzen bedroht, die sich nicht schnell genug anpassen können oder keinen neuen Lebensraum finden. Wenn dadurch plötzlich einige wichtige Arten fehlen, können andere ebenfalls aussterben, die von ihnen abhängig waren: Das kann geschehen, wenn eine Tierart seine bevorzugte Beute oder Futterpflanze verliert, oder wenn einer Pflanze plötzlich das Insekt fehlt, das sie bestäubt oder der Vogel, der ihre Samen verbreitet.

„Wenn es viele Arten gibt, die von wenigen Arten abhängig sind, ist das Ökosystem instabil. Wenn dann wichtige „Schlüsselarten“ durch veränderte Umweltbedingungen aussterben, kann das eine Kettenreaktion auslösen und zu einem Massenaussterben vieler Arten führen“, erklärt Frank Stollmeier vom Göttinger Max-Planck-Institut. Wenn es dagegen wenige Arten gibt, die von vielen verschiedenen Arten abhängig sind, ist das Ökosystem stabil; veränderte Umweltbedingungen könnten dann zwar viele einzelne Arten auslöschen, aber nicht innerhalb einer großen Kettenreaktion.

 Artenvielfalt im Meer und an Land

Damit kann das Modell auch erklären, warum sich die Artenvielfalt im Meer in den letzten 600 Millionen Jahren anders entwickelt hat als auf dem Land: Nachdem die ersten größeren Lebensformen im Meer entstanden waren, stieg die Artenvielfalt dort zunächst stark an und erreichte vor etwa 450 Millionen Jahren einen Wert, den sie für lange Zeit nicht mehr überschritt. Erst vor etwa 200 Millionen Jahren stieg die Anzahl der Meeresarten nach einem Massenaussterben wieder stark an. An Land dagegen begann der erste Anstieg der Artenvielfalt erst viel später, vor etwa 450 Millionen Jahren. Seitdem ist die kontinentale Artenvielfalt rasant gewachsen und hat die Vielfalt im Meer sogar übertroffen.

Eine zentrale Rolle bei dieser unterschiedlichen Entwicklung spielt in dem Modell das Verhältnis zwischen der Wahrscheinlichkeit, dass eine Art durch Umwelteinflüsse ausstirbt, und der Wahrscheinlichkeit, dass eine neue Art entsteht. Dieses Verhältnis sollte laut dem Modell im Meer höher sein. Eine Analyse von Fossilien-Datenbanken hat in der Tat ergeben, dass Arten im Meer tatsächlich eher aussterben als an Land. Ein Grund dafür könnte sein, dass es im Meer weniger verschiedene Lebensräume gibt als an Land: „Wenn im Meer eine neue Art entsteht, die nicht ideal an Umwelt angepasst ist, hat sie kaum eine Chance, einen neuen Lebensraum zu finden, in dem sie überleben könnte. An Land ist das eher möglich, da es dort sehr viele unterschiedliche Lebensräume gibt“, erklärt Jan Nagler, der die Studie leitete und jetzt an der ETH Zürich arbeitet. Wenn nun die Aussterbewahrscheinlichkeit deutlich kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit, dass neue Arten entstehen, bleibt das Ökosystem stabil und die Artenvielfalt wächst schnell. Im umgekehrten Fall wächst die Artenvielfalt langsamer und das Ökosystem wird häufiger instabil.

Dies erklärt, warum die Artenvielfalt im Meer über so lange Zeit stagnierte. Wahrscheinlich war das Ökosystem dort über eine lange Zeit instabil: Es hatten sich zu viele Arten entwickelt, die von wenigen Schlüsselarten abhängig waren, so dass schon das Aussterben von einigen Arten zu einer fatalen Kettenreaktion führte. Somit wurde die Flora und Fauna anfällig für Massenaussterben, die das Wachstum verhinderten. Erst als das Ökosystem einen stabilen Zustand erreicht hatte, in dem weniger Arten von vielen abhingen, konnte die Vielfalt weiter ansteigen.

Das mathematische Modell wurde zwar entwickelt, um die Entwicklung der Artenvielfalt in der Vergangenheit zu erklären, doch es kann auch dazu beitragen, das heutige oder zukünftige Artensterben besser zu verstehen. Es gibt Anzeichen dafür, dass ein neues Massenaussterben begonnen hat, für das der Mensch wahrscheinlich maßgeblich mit verantwortlich ist. Schon 20 bis 40 Prozent der heute bekannten Arten gelten als vom Aussterben bedroht. Leider weiß man empirisch nur wenig darüber, wie sie voneinander abhängen und welche Folgen das Aussterben einer bestimmten Art auf andere hat. Das mathematische Modell ist daher sehr nützlich, um die Prinzipien des Artensterbens zu verstehen, die auch in der aktuellen Situation wirksam sind. (Quelle: idw)

Massensterben durch Abkühlung der Erde

Künstlerische Darstellung des Chicxulub-Einschlages (Das Bild in printfähiger Auflösung finden Sie im Presseportal der Universität Wien unter www.univie.ac.at/175) Ölbild: D. Jalufka
Künstlerische Darstellung des Chicxulub-Einschlages
Ölbild: D. Jalufka

Am Übergang von der Kreidezeit zum Tertiär vor 65 Millionen Jahren vollzog sich eines der größten Massenaussterben der Erdgeschichte, das auch das Zeitalter der Dinosaurier beendete. Als Ursache gilt ein großer Meteoriteneinschlag in Mexiko, der Chicxulub-Impakt, der in der Wissenschaft sehr kontroversiell diskutiert wurde. Eine internationale Gruppe von WissenschafterInnen, darunter Christian Koeberl von der Universität Wien, veröffentlicht nun im renommierten Fachmagazin “Science” neue Forschungsergebnisse. Diese zeigen, dass das Aussterben der Dinosaurier genau mit dem Chicxulub-Impakt begann.

Lange Zeit war die Ursache für das Aussterben von mehr als zwei Drittel aller Arten – darunter allen Dinosauriern – am Ende der Kreidezeit eine der wichtigsten offenen Fragen in den Geowissenschaften. Seit 30 Jahren gibt es stichaltige Belege für einen Meteoriteneinschlag als Ursache, seit 20 Jahren ist auch der zugehörigen Krater bekannt: Der 200 km große Chicxulub-Krater in Mexiko.

Trotzdem wurde die Impakttheorie von Anfang an auch angezweifelt und alternative Ursachen wie z.B. Vulkanismus für das Aussterben diskutiert. Der größte Widerspruch kam vor einigen Jahren aus Princeton: Anhand von Untersuchungen im und um den Chicxulub-Krater postulierten die WissenschafterInnen, dass der Impakt 300.000 Jahre zu früh aufgetreten wäre, um für das Artensterben verantwortlich zu sein.

Millionenfach größere Energie als Atombombe

Um diese Zweifel auszuräumen, hat nun ein Team aus mehr als 40 WissenschafterInnen aus Europa, den USA, Mexiko, Kanada, und Japan unter Leitung des Geologen Peter Schulte von der Universität Erlangen-Nürnberg die neuesten Daten analysiert und relevante Studien ausgewertet. Von der Universität Wien sind Christian Koeberl, Professor für Impaktforschung und Planetare Geologie und Leiter des Departments für Lithosphärenforschung (sowie designierter Generaldirektor des Naturhistorischen Museums in Wien) und seine Mitarbeiterin Tamara Goldin (FWF-Postdoc) an der Studie beteiligt. In einer Veröffentlichung im Wissenschaftsmagazin “Science” legen sie dar, dass nur der Chicxulub-Impakt das Massensterben vollständig erklären kann.

Die Studie widerlegt die von Princeton postulierte zeitliche Lücke von 300.000 Jahren. Modelle des Chicxulub-Impakts zeigen, dass die bei diesem Ereignis freigesetzte Energie jene der größten jemals getesteten Atombombe millionenfach übertrifft. Ein Einschlag dieser Größe löste gewaltige Erdbeben aus, die riesige Rutschungen und Tsunamis im heutigen Golf von Mexiko zur Folge hatten und dort zu chaotischen Gesteinsabfolgen führten. “Somit sind die Gesteinsschichten direkt im Bereich von Chicxulub sicherlich am wenigsten geeignet, um die genaue Reihenfolge der Ereignisse vor 65 Millionen Jahren aufzuklären”, so Christian Koeberl.

Abkühlung und Dunkelheit führten zum Massensterben

Der Chicxulub-Impakt hatte damit globale ökologische Konsequenzen. Mehrjährige Abkühlung und Dunkelheit führten zum selektiven Artensterben. Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit beeinträchtigte Land und Meer gleichermaßen, war aber besonders für Organismen mit einem hohem Nahrungsbedarf, wie zum Beispiel für Dinosaurier, katastrophal. (Quelle: idw)

Meteoriteneinschlag Schuld am Sauriersterben?

“DAS WISSEN” ( toppx.newzs.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.


Video: Meteoriteneinschlag, interessante Computernanimation und Experteninterviews (englisch)

(DailyNet) Warum die Dinosaurier ausgestorben sind, ist nach wie vor nicht geklärt. Es gibt mehrere Theorien dazu. Eine Möglichkeit für das große Artensterben könnte ein Meteoriteneinschlag gewesen sein.Und tatsächlich entdeckten Geologen im Jahr 1990 bei der Suche nach Erdöl auf der mexikanischen Halbinsel Yucatan einen Meteoritenkrater von riesigem Ausmaß. Der Durchmesser dieses Kraters beträgt etwa 180 Kilometer. Ein zehn Kilometer großer Brocken schlug ein mehrere Kilometer tiefes Loch in die mexikanische Halbinsel. Riesige Mengen an Staub und Gas wurden freigesetzt. Es war plötzlich stockfinster auf der Erde. Zudem ist eine Flutwelle wie ein riesiger Tsunami um die Erde gerast, deren Spuren heute noch zu finden sind. Die Katastrophe war so gewaltig, dass es das Ende der Dinosaurier bedeutete, sagen Wissenschaftler. Nachdem die Saurier ausgestorben waren, übernahmen die Säugetiere das Erbe.