Zuweilen setzen sich in der Wissenschaft Wortschöpfungen fest, die den einschlägigen Experten später ein schlechtes Gewissen bereiten. So passierte es in den Neunzigerjahren dem australischen Geobiologen John Lindsay, als er Bohrkerne aus dem Norden seines Landes untersuchte. Sie stammten von Sedimenten, die sich vor 1,8 bis 0,8 Milliarden Jahren abgelagert hatten. Die angebohrten Gesteine deckten zwar nur Teile dieses Zeitraums ab, waren aber hinsichtlich einer bestimmten Messgröße, die Lindsay damals interessierte, ungewöhnlich einförmig. „Wenn die tatsächlich eine Milliarde Jahre repräsentieren“, soll er gesagt haben, „dann waren das wirklich langweilige Milliarden Jahre.“ Lindsay und sein britischer Kollege Martin Brasier verfassten 1998 einen Fachartikel darüber, und seither sind sie in der Welt, die „boring billion“ als Bezeichnung für jenen Zeitraum, zumal aus anderen Gegenden der Erde ähnliche Befunde gemeldet worden waren und Roger Buick, damals an der University of Western Australia tätig, mit zwei Fachkollegen bereits 1995 eine Arbeit über 1,62 bis 1,07 Milliarden Jahre alte Gesteine aus Nordwestaustralien veröffentlicht hatte, deren Ergebnisse er in Abwandlung eines Churchill-Zitats so zusammenfasste: „Nie im Verlauf der Erdgeschichte ist für so vieles während so langer Zeit so wenig passiert.“ Das Leben begann in der Hölle Was ist da nicht passiert? Eigentlich ist Langweiligkeit gerade keine Eigenschaft unseres Planeten. Anders als etwa Mond oder Merkur ist die Erde eine Welt in stetigem Wandel, auch wenn wir kurzlebige Geschöpfe davon nur wenig mitbekommen. Geowissenschaftler immerhin teilen die Erdgeschichte in eine Hierarchie aus Abschnitten ein, deren Grenzen zumeist in der fossilen Überlieferung erkennbare Umweltveränderungen markieren (siehe Zeichnung). Das weiteste Raster zerlegt den gesamten Zeitraum seit der Entstehung des Sonnensystems vor 4,567 Milliarden Jahren in vier „Äone“: Hadaikum, Archaikum, Proterozoikum und Phanerozoikum. Das Hadaikum ist nach Hades benannt, dem griechischen Gott der Unterwelt, denn diese Zeit stellte man sich lange einfach nur höllisch vor. Sie endete vor 4,03 Milliarden mit einem Asteroidenhagel sowie der Bildung der frühesten erhaltenen Gesteine. Es ist aber durchaus möglich, dass sich das Leben auf der Erde bereits im Hadaikum etabliert hat. Aus genetischen Analysen lässt sich nämlich ableiten, dass der letzte gemeinsame Vorfahr sämtlicher heute lebenden Organismen vor etwa 4,2 Milliarden Jahren gelebt haben muss. Und gerade haben Forscher unter anderem von der Universität Bayreuth in der aktuellen Ausgabe von „Nature communications“ in Computersimulationen der hadäischen Umwelt ermittelt, dass die Bedingungen für eine hypothetische Vorstufe biologischen Lebens, die sogenannten RNA-Welt, bereits vor 4,33 Milliarden Jahren gegeben waren. Das Archaikum („Zeit des Anfangs“) trüge demnach seinen Namen nicht ganz zu Recht. Aber spätestens in diesem zweiten Äon, das knapp anderthalb Milliarden Jahre währte, war die Erde von einzelligen Organismen ohne Zellkern besiedelt, den Prokaryoten. Einige davon dürften bereits dazu in der Lage gewesen sein, durch Photosynthese Sonnenenergie zu verwerten und dabei auch Sauerstoff freizusetzen. Doch die chemischen Gegebenheiten des Archaikums schnappten sich diesen meist umgehend und fixierten ihn wieder. So gab es damals weder in der Luft noch in den Ozeanen nennenswerte Mengen freien Sauerstoffs. Die große Sauerstoff-Revolution bleibt stecken Das änderte sich im Proterozoikum („Zeit der frühen Lebewesen“). Sein Beginn markiert der „Great Oxidation Event“ (GOE). Da begann eine bestimmte Gruppe von Prokaryoten, die der Cyanobakterien, in so großem Stil Sauerstoff freizusetzen, dass die im Archaikum noch wirksamen Senken ihn bald nicht mehr aufnehmen konnten und die Cyanobakterien die Sauerstoffkonzentrationen in der Luft schließlich bis in die Nähe heutiger Werte trieben. Da die meisten anderen damaligen Einzeller keinen Sauerstoff vertrugen, kam es zum mutmaßlich ersten Massenaussterben der Erdgeschichte. Die überlebenden sauerstoffempfindlichen Prokaryoten wurden aus den obersten Schichten der Meere in tiefere verdrängt. Das Proterozoikum dauerte fast zwei Milliarden Jahre, und in seiner Spätphase begann vor etwa 850 Millionen Jahren eine zweite große und zuletzt nachhaltigere Sauerstofffreisetzung im „Neoproterozoic Oxidation Event“ (NOE). Sie setzte sich im nun folgenden Äon fort, das bis in unsere Gegenwart andauert. Es heißt Phanerozoikum („Zeit, in der das Leben sichtbar wird“), denn nun erscheinen all die uns vertrauten komplexeren Lebensformen: Pflanzen, Pilze, Tiere. Nun korrelieren die beiden Sauerstoffrevolutionen, der GOE und der NOE, mit heftigen Schwankungen ebenjener Messgröße, für die sich John Lindsay und Martin Brasier bei den Analysen ihrer Bohrkerne aus Nordaustralien interessierten: das Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope C-13 und C-12. Ersteres kommt viel seltener vor als Letzteres, reichert sich aber messbar in anorganischen Sedimenten wie Kalkstein an, wenn zugleich viel organisches Material gebildet und dem globalen Kohlenstoffkreislauf entzogen wird. Isotope spielen zweimal verrückt Der Grund dafür ist eine allgemeine Präferenz biochemischer Reaktionen für das leichtere Isotop C-12, das sie daher der Atmosphäre oder dem Meerwasser bevorzugt entziehen, wenn sie Kohlendioxid verstoffwechseln und mit dem Kohlenstoff daraus Biomoleküle aufbauen. Werden diese nach dem Absterben des Organismus nicht umgehend wieder oxidiert, was den leichten Kohlenstoff zurück in die Luft und das Wasser brächte, so steigt das Verhältnis von C-13 zu C-12 in den dann abgelagerten Gesteinen. Die erste große Sauerstoffanreicherung im GOE hat offenbar zu mehreren solcher Episoden starker biologischer Aktivität mit anschließender Einlagerung organischen Materials und zu entsprechenden Ausschlägen im Isotopenverhältnis geführt. Tatsächlich sind die ältesten gut belegten Erdölvorkommen etwa zwei Milliarden Jahre alt. Im finalen Proterozoikum gab es ähnliche Ausschläge im Verhältnis der Kohlenstoffisotope, schließlich allerdings auch einen sehr deutlichen nach unten. Aus Gründen, die nach wie vor nicht recht verstanden sind, muss damals also Kohlenstoff aus eingelagertem organischen Material in großem Umfang wieder freigesetzt worden sein. Was Lindsay und Brasier aber so verblüffte, war, dass zwischen den beiden Gruppen von Ausschlägen, genau vor 1,8 bis 0,8 Milliarden Jahren, offenbar nichts passierte: Die Isotopenkurve ist so flach, wie sie im Archaikum war. Warum die Kurve später im Phanerozoikum ebenfalls relativ flach verlief, ist leidlich verstanden: Die biologische Aktivität war dann zwar sehr hoch, aber der Sauerstoffgehalt war es auch und damit das Potential, abgestorbene organische Materie schnell zu oxidieren. Was aber war im mittleren Proterozoikum los? Die Sauerstoffniveaus waren gegenüber denen auf dem Höhepunkt des GOE wieder zurückgegangen – und man weiß nicht, auf welche Werte. Im Diagramm ist diese Unsicherheit durch die beiden waagrechten gestrichelten Linien symbolisiert. Sicher ist nur, dass sie nicht wesentlich geschwankt haben können. Von Superkontinent zu Superkontinent Hinzu kommt ein weiterer Befund: Sowohl im Umkreis des GOE als auch des NOE muss es zu ausgeprägten Eiszeiten gekommen sein, bis hin zu sogenannten „snowball-earth“-Ereignissen, in denen die Vergletscherungen bis an den Äquator reichten. Eine wichtige Komponente des Mechanismus dahinter ist uns heute – wenn auch in umgekehrter Richtung – nur zu gut bekannt: Wird der Atmosphäre Kohlendioxid entzogen, fehlt dieses dort als Treibhausgas, und es wird kalt. Im mittleren Proterozoikum aber blieb es – langweiligerweise – immer und überall warm. Die große Langeweile betrifft also zum einen Klima und Geochemie. Zum anderen gibt es auch in der Geologie jener Zeit einige Absonderlichkeiten. So finden sich vergleichsweise wenig sogenannte metamorphe Gesteine, wie sie bei großräumigen Gebirgsbildungen infolge kontinentaler Kollisionen im Zuge der Plattentektonik entstehen. Offenbar haben sich die damals schon vorhandenen Kernkontinente, die sogenannten Kratone, während jener Zeit wenig verändert und bewahrten in ihrem Inneren ausgedehnte Becken, die sich ungestört mit Sedimenten füllen konnten. Zu den größten Kratonen zählte damals Laurentia, der Kern des heutigen Nordamerika einschließlich Grönlands. Gerade zu Beginn der boring billion vor 1,8 Milliarden Jahren hatte sich Laurentia mit den meisten anderen Landmassen, darunter dem Amazonas-Kraton, dem Baltikum, Sibirien sowie mit Kontinentstücken, die heute in Afrika verbacken sind, zu einem Großkontinent zusammengelagert. Zu diesem kam bald darauf noch ein Konglomerat aus der späteren Ostantarktis und den Einzelteilen Australiens hinzu und ergab den fast alle damaligen Landflächen umfassenden Superkontinent Columbia, von manchen auch Nuna genannt. Dieses Ensemble scheint sich nun im Laufe der boring billion nicht wesentlich verändert zu haben. Vor etwas weniger als 1,4 Milliarden Jahren kam es zwar zu einem Bruch mit den heute antarktischen und australischen Landmassen. Zwischen diesen und Laurentia bildete sich eine sogenannte Riftzone: eine frische Plattengrenze, entlang der sich ein neues Ozeanbecken öffnete. Doch dieser Prozess kam nicht weit. Gegen Ende der boring billion war alles Land wieder in einem großen Superkontinent vereint, den die Geologen Rodinia nennen. Die kontinentale Zersplitterung dazwischen erreichte nie das Ausmaß späterer tektonischer Zyklen, etwa dem zwischen dem Zerbrechen Rodinias und der Entstehung des Superkontinents Pangäa im späten Erdaltertum. Manche Forscher vermuten daher, während der boring billion müsse die Plattentektonik sozusagen eine Pause eingelegt haben. Es habe demnach keine Beteiligung der Erdoberfläche an den von der Hitze des Erdinneren angetriebenen Umwälzbewegungen des Erdmantels mehr gegeben. Der extrem langlebige Superkontinent Columbia-Rodinia habe auf dem Mantel gelegen wie der Deckel auf einem Topf. Dagegen wenden die Autoren einer im Jahr 2022 erschienenen Arbeit ein, es gebe durchaus Anzeichen für plattentektonische Aktivität während der boring billion. Auch Gebirgsbildungen fanden statt, ebenso wie zumindest einen Fall einer Kollision großer Kratone, nämlich Laurentias mit Amazonia und vermutlich der Kalahari. Dabei entstand ein enormes Gebirge, dessen heute tief erodierte und überformte Reste von Neufundland bis nach Texas nachweisbar sind. Allein, die nachhaltige Öffnung großer Ozeanbecken sei eben ausgeblieben. Zu diesen konnte es wohl überhaupt erst vor etwa 750 Millionen Jahren kommen, vermuten diese Autoren, als ein etwas kühlerer Erdmantel die bis heute bestimmende Art der Plattentektonik ermöglichte. Selbst die Erdrotation wird langweilig Kurioserweise gibt es nun noch etwas, das während der boring billon immer gleich blieb: die Tageslänge. Die sollte eigentlich im Laufe der Zeit langsam immer weiter zunehmen, da die Gezeitenreibung des Mondes die Erdrotation bremst. Wie nun aber Ross Mitchell von der chinesischen Akademie der Wissenschaften und Uwe Kirscher von der Universität Tübingen in einer 2023 veröffentlichten Studie anhand von Schwankungen in bestimmten Sedimentablagerungen feststellten, verharrte die Tageslänge von etwa der Zeit des GOE an bis kurz vor Ende der boring billion bei konstant etwa 19 Stunden. Die Möglichkeit eines solchen Effektes hatten andere Forscher bereits 1987 diskutiert. Tatsächlich wirkt sich neben der abbremsenden Kraft des Mondes noch eine andere Gezeitenkraft auf die Tageslänge aus. Sie wird von der Sonne verursacht, genauer von der von ihr erwärmten Seite der Erdatmosphäre – und diese wirkt der Bremsung durch den Mond entgegen, ist aber normalerweise kleiner. Der im GOE freigesetzte Sauerstoff könnte das aber geändert haben. Der bildet in der Hochatmosphäre nämlich Ozon, das UV-Strahlung absorbiert, wodurch sich die beschienene Atmosphäre stärker aufheizt. Dies könnte infolge einer komplizierten physikalischen Resonanz den Einfluss des Mondes gerade kompensiert haben – etwa eine Milliarde Jahre lang, bis die Schwankungen der Atmosphärenzusammensetzung im späten Proterozoikum diese Resonanz zerstörten und die Erdrotation wieder langsamer wurde. Bis dahin aber, so spekulieren Mitchell und Walker, könnte die konstant gehaltene Erdrotation unter Umständen auf die Mechanik der Plattentektonik eingewirkt und einen Beitrag zu der ungewöhnlichen Stabilität in der Verteilung der Kratone geleistet haben. Das Leben selbst, in Gestalt der sauerstoffemittierenden Cyanobakterien, wäre damit nicht nur Akteur auf einer tektonisch vorgegebenen Bühne gewesen, sondern hätte tatkräftig mitgeholfen, die Kulissen zu verschieben. In jedem Fall aber dürften die verringerte tektonische Aktivität einerseits und die geochemische und klimatische Langweiligkeit der boring billion andererseits miteinander zusammenhängen. Das vermuteten bereits Lindsay und Brasier. Denn infolge der kontinentalen Stabilität muss sich die Erosion der Landmassen in Grenzen gehalten haben und damit auch der Eintrag an Mineralstoffen in die Ozeane, vor allem der an Phosphor, aber etwa auch Molybdän, einem Element, das in Enzymen gebraucht wird, die Luftstickstoff bioverfügbar machen. Die Cyanobakterien hätten einen fortgesetzten Nachschub an solchen Stoffen benötigt, um die erste große Sauerstoffrevolution zu verstetigen. So aber blieb während der boring billion wahrscheinlich nur das Oberflächenwasser oxidiert. Am Meeresboden stand Sauerstoff nur in schmalen Streifen entlang der Küsten zur Verfügung. Der Rest der enormen Ozeane war anoxisch und euxinisch, das bedeutet: reich an Schwefelwasserstoff, ähnlich wie heute am Grund des Schwarzen Meeres. Anoxische und euxinische Gewässer sind die Domäne vieler Prokaryoten, aber keine Umwelt, die der Entwicklung höherer Lebewesen förderlich ist. Denn deren Zellen benötigen komplexere Strukturen, nicht zuletzt einen Zellkern, griechisch káryon, der die DNA verwahrt und damit eine sehr genaue Genregulation sowie Zellspezialisierungen ermöglicht, zu der Prokaryoten niemals fähig wären. Höhere Lebewesen, von der Alge bis zum Menschen, haben daher Zellkerne. Sie sind Eukaryoten. Pilze, Zähne, Sex Die Eukaryoten aber sind Kinder der boring billion. Das klingt bereits im Titel der Arbeit von Lindsay und Brasier an, die den Begriff der boring billion populär gemacht hatte. Dabei weiß man heute viel mehr als 1998. Tatsächlich sind die frühesten unumstrittenen Fossilien eukaryotischer Einzeller zwischen 1,6 bis 1,8 Milliarden Jahre alt. Bereits vor 1,635 Milliarden Jahren brachten die Eukaryoten den bislang frühesten bekannten vielzelligen Organismus hervor, Quingshania Magnifica, dessen Entdeckung 2024 in „Science Advances“ gemeldet wurde. Und vor etwa einer Milliarde Jahre beginnt sich in der fossilen Überlieferung eine Zunahme der Diversität der Eukaryoten abzuzeichnen. Nun erscheinen auch die ersten Formen, die sich noch heute existierenden Gruppen wie Rotalgen und Grünalgen zuordnen lassen, und mit Ourasphaira giraldae gibt es einen Eukaryot, den seine Entdecker 2019 in „Nature“ als frühen Pilz deuteten. Vor rund 810 Millionen Jahren schließlich, also ganz am Ende der boring billion, lebte ein 2017 entdeckter einzelliger Eukaryot, der als erster bekannter Organismus dazu in der Lage war, kontrolliert mineralische Strukturen aufzubauen – aus Hydroxylapatit, dem Material, aus dem unsere Zähne und Knochen bestehen. Dies alles geschah, lange bevor mit der sogenannten Ediacara-Fauna die frühesten Lebewesen auftraten, die wir mit bloßen Augen als solche hätten identifizieren können, und noch länger vor der „Kambrischen Explosion“. Dies ist auch so eine inhaltlich schiefe Wortschöpfung, welche die Wissenschaftler gerne wieder loswürden. Denn das vermeintlich explosionsartige Auftreten praktisch aller bekannten Tiergruppen im frühen Kambrium erfolgte in Wahrheit über Jahrmillionen hinweg. Vor allem aber setzte es viel von dem heraus, was bereits von den ersten Eukaryoten während jener langweiligen Milliarde Jahre entwickelt worden war – vielleicht gerade, weil für diese Lebewesen in ihren möglicherweise immer nur zeitweise stabilen Sauerstoffoasen inmitten einer planetaren anoxisch-euxinischen Wüste der evolutionäre Druck zu neuen biologischen Erfindungen so groß und die Zeit so unendlich lang war. Eine dieser Erfindungen war besonders folgenreich, für den Aufstieg der Tiere im Kambrium und alles, was bis heute daraus folgte. Am frühesten nachgewiesen ist sie bei Bangiomorpha pubescens, einer höchstens zwei Millimeter langen Rotalge. Sie ist das früheste bislang bekannte Lebewesen, das sich geschlechtlich fortpflanzte, vor 1,05 Milliarden Jahren. Mitten in der großen Langeweile erfand das Leben den Sex.