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43 Science DigestSauerstoffreiche Luft löstevor 300 Millionen Jahreneinen Innovationsschub ausVor 300 Millionen Jahren wuchsen Tausendfüsslerauf Meterlänge, die ersten Insektenerhoben sich in die Lüfte und die Lebewesenerfanden vermutlich viele Tricks gegen dasAltern. Diesen Innovationsschub der Natur imErdzeitalter Karbon ermöglichte die besonders"gute" Luft mit ihrem eineinhalb mal höherenSauerstoffgehalt als heute, wie Forscher inimmer neuen Untersuchungen zeigen. Libellenmit 70 Zentimetern Spannweite, meterlangeTausendfüssler und Spinnen mit armlangenBeinen: Was nach einem billigen Horrorfilmklingt, kreuchte und fleuchte vor 300 MillionenJahren tatsächlich durch Wälder von 50 Meterhohem Bärlapp. Forscher bezeichnen diese Auswüchseim Erdzeitalter Karbon schlicht alsGigantismus. Dessen Ursachen sind nochimmer ein Rätsel. Ein zentraler Faktor scheintjedoch die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäregewesen zu sein, wie sich seit einigenJahren in vielen Untersuchungen immer deutlicherabzeichnet. Über Jahrmillionen lag damalsder Sauerstoffgehalt der Luft bei bis zu 35 Prozent.Heute sind es demgegenüber nur noch 21Prozent. Die sauerstoffschwere Luft im Karbonentdeckte Robert Berner von der Yale-Universitätin New Haven bereits vor 15 Jahren. Vieleseiner Fachkollegen wollten das damals nichtglauben, da der Sauerstoffgehalt in der Luftnormalerweise von natürlichen Zyklen eng kontrolliertwird. Mittlerweile haben jedoch mehrereunabhängige Untersuchungen an Fossilien,Gesteinen und von eingeschlossener Urluftdie These erhärtet. Damit fällt die hohe Sauerstoffkonzentrationzeitlich genau mit dem Auftretendes Gigantismus zusammen. In den folgendenErdzeitaltern Perm und Trias ging derSauerstoffgehalt wieder zurück. Auch diegigantischen Insekten verschwanden damalsund erlebten erst in der Kreidezeit vor rund 100Millionen Jahren mit einem erneuten Anstiegdes Sauerstoffgehalts eine Renaissance, wieRobert Dudley von der Universität Texas in Austinin einem Übersichtsartikel schreibt. Dieserzeitliche Zusammenhang ist für Forscher bislangder stärkste Hinweis, dass der hohe Sauerstoffgehaltden Gigantismus gefördert hat.Von den zugrundeliegenden Mechanismenhaben Wissenschaftler jedoch nur eine vageVorstellung. Dudley richtet sein Augenmerk vorallem auf die Tracheen von Insekten: Über dieseAtmungsorgane gelangt bei einer Sauerstoffkonzentrationvon 35 Prozent rund zwei Drittelmehr Sauerstoff in den Körper als bei heutigerLuftzusammensetzung. Damit stand den Insektenim Karbon mehr Energie zur Verfügung.Insekten konnten so laut Dudley prinzipiellgrößere Körper entwickeln. Diese Evolutionzum Gigantismus möchte der Forscher nun imLabor nachvollziehen. Dazu hält er Fruchtfliegenin einer künstlichen Atmosphäre mit überhöhtenSauerstoffwerten. Bereits nach fünfGenerationen wurden die Tiere im Durchschnittum 15 Prozent schwerer. "Wir mussten die Sauerstoffkonzentrationlangsam anheben",berichtete Dudley in einem Interview mit demWissenschaftsmagazin "New Scientist". Setzeman Fruchtfliegen dagegen direkt in eineAtmosphäre mit 35 Prozent Sauerstoff, hinderedas deren Wachstum eher. Dass Insekten insauerstoffreicher Luft auch mehr leisten, konntendagegen die Biologen Jon Harrison von derStaatsuniversität Arizona und John Lighton vonder Universität Nevada zeigen. Gerade Libellenfliegen in stark sauerstoffhaltiger Luft besondersausdauernd, fanden die Forscher. DieResultate bringen auch Licht in ein weiteresRätsel der Erdgeschichte: Während der hohenSauerstoffkonzentrationen im Karbon begannendie ersten Insekten zu fliegen. In der Kreidezeit,der zweiten Sauerstoff-Hochphase,erhoben sich dagegen Vögel und Fledermäusein die Lüfte. Ein hoher Sauerstoffgehalt scheintdemnach die Entwicklung des Fluges erleichtertzu haben. Für die Evolution des Fliegens mindestensso wichtig dürfte jedoch die Luftdichtegewesen sein. Diese schwankt mit dem Sauerstoffgehaltund war also im Karbon und in derKreidezeit besonders hoch. Bei den damalshohen Luftdichten war das Fliegen energetischgünstiger als in dünner Luft. Das fand Dudleybei Untersuchungen von fliegenden Tieren ineiner künstlichen Luft mit geringem Druck heraus,in der er den Luftstickstoff gegen Heliumvertauscht hatte. Das Studium der sauerstoffreichenEpochen könnte neben der Ursache fürden Gigantismus und das Fliegen auch Einsichtenin das Altern bringen. Heute gelten sogenannte Sauerstoff-Radikale, die beim Atmenin Körperzellen entstehen können, als eine derwichtigsten Triebkräfte für das Altern. Beieinem Sauerstoffgehalt von 35 Prozent müsstendiese aggressiven Moleküle besondershäufig aufgetreten sein. Die biochemischenTricks, mit denen Tiere und Pflanzen in den Erdzeitalterndas Sauerstoff-Bombardement ausgehaltenhatten, könnten in Zukunft Jungbrunnenermöglichen.Quelle: BdW (Online) 27.06.2003Neue Art durchSex-Verzicht?Weibchen, die den Verführungen liebeshungrigerMännchen widerstehen, lösenvielleicht die Entwicklung neuer Spezies aus.Bei Schwingfliegen, zumindest. Der Geschlechterkonfliktist in der Natur weit verbreitet.Männchen möchten ihre Gene verbreiten,indem sie sich mit möglichst vielen Weibchenpaaren. Weibchen ihrerseits können jedoch nureinen begrenzte Anzahl an Nachkommenerzeugen und wählen deshalb ihre Paarungspartnersorgfältig aus. Oliver Y. Martin undDavid J. Hosken von der Universität Zürich legtennun Beweise vor, nach denen der Geschlechterkonflikteine schnelle Evolutionweiblicher Paarungsresistenz vorantreibt. DasTeam entdeckte, dass weibliche Schwingfliegen(Sepsis cynipsea) weniger Eier legen, wenn siegedrängt in großen Gruppen beiderlei Geschlechtsleben. Der Grund hierfür liegt möglicherweisedarin, dass sie viel Zeit mit der Abwehrliebestoller Männchen verbringen. Nach35 Generationen waren die Weibchen auffälligunwillig, sich mit den männlichen Fliegen ihrerGruppe zu paaren – noch weniger häufig aberließen sie sich auf Männchen aus einer anderenPopulation ein. "Diese Art der Paarungsreduktionzwischen Populationen könnte schließlichzu einem völligen Erliegen von Kreuzungenführen. An diesem Punkt wären die beidenGruppen zu voneinander getrennten Artengeworden," meint dazu Tom Tregenza von derUniversity of Leeds in einem News-and-Views-Artikel.Quelle: Nature 26.06.2003 S. 979-982Tomatenpflanzen alsBiofabrikenTomatenpflanzen könnten künftig zuBiofabriken für einen roten Naturfarbstoff werden.Die Pflanze Bixa orellana ist bislang dieeinzige natürliche Quelle für den häufig verwendetenFarbzusatz Bixin. Nun fand ein internationalesForscherteam einen Weg, den Farbstoffkünstlich herzustellen. Sie identifiziertendrei Gene, die in anderen Organismen für dieProduktion des Naturstoffes sorgen könnten.Zunächst untersuchten die Forscher um FlorenceBouvier von der Universität Louis Pasteur inStrassburg den natürlichen Syntheseweg desBixin. Der Farbstoff geht aus dem Pigment Lycopenhervor, das beispielsweise Tomaten ihrerote Farbe verleiht. Drei Gene sind für die enzymatischeUmwandlung von Lycopen in Bixin