Der Evolutionsbeweis in unserem Blut

Was der Lebenssaft über unsere evolutionäre Vergangenheit verrät

In: Neukamm, M. (Hg.) Darwin Heute. WBG, Darmstadt, 123-126

 

In meinem kürzlich erschienenen Buch (“Darwin Heute”) wird an diversen Beispielen immer wieder eines deutlich: Viele Erscheinungen ergeben ohne die Annahme einer (kosmischen, chemischen oder biologischen) Evolution nicht den geringsten Sinn; alternative Erklärungen sind nicht zur Hand. Im 4. Kapitel, welches sich unter anderem der chemischen Evolution widmet, stelle ich einen etwas ungewöhnlichen Evolutionsbeleg vor – genauer gesagt, einen Beleg dafür, dass unsere Vorfahren einst im Meer zuhause waren. Wie die Überschrift andeutet, liegt uns dieser Beweis buchstäblich im Blut.

Unser Blut – und was es mit dem Meerwasser verbindet

Blut, allgemeiner gesagt: extrazelluläre Gewebsflüssigkeit, ist eine Körperflüssigkeit, die nur vielzellige Tiere (Metazoen) besitzen. Einzeller und Wenigzeller haben kein Blut. Sie können sowohl Nährstoffe direkt dem sie umgebenden (Meer-)Wasser entnehmen als auch Abfallstoffe in dieses ausscheiden, ohne dass sich dadurch die Zusammensetzung ihrer Umgebung nennenswert ändern würde. Der Ozean ist die extrazelluläre Flüssigkeit, in der sie schwimmen, und aufgrund des verschwindend geringen Volumens des Zellinhalts im Verhältnis zum Volumen des Ozeans braucht sich ein Einzeller um die durch ihn verursachte Verunreinigung seines Milieus nicht zu kümmern.

Im Zuge der Evolution der Vielzelligkeit jedoch wurde den im Körperinneren liegenden Zellen des neuen Organismentyps mehr und mehr die Lebensgrundlage entzogen. Diese hatten plötzlich nicht mehr das praktisch unbegrenzte Volumen eines Ozeans zur Verfügung, um ihre Abfälle los zu werden und um sich mit Nahrung und Ionen zu versorgen, sondern nur noch den kleinen Flüssigkeitsspalt, der sie von den Nachbarzellen trennte. Die dadurch entstehenden Probleme waren gewaltig. Es stehen z. B. einem erwachsenen Menschen nur noch rund 10 Liter extrazelluläre Gewebsflüssigkeit (interstitielle Flüssigkeit, Blut und Lymphe) zur Verfügung, die ihn mit Nährstoffen versorgt und Abfallstoffe abtransportiert, wogegen das Flüssigkeitsvolumen in seinen Körperzellen etwa 30 Liter beträgt. Die Umgebung der im Körperinneren gelegenen Zellen wäre somit eine lebensfeindlichen Kloake, wenn es im Laufe der Evolution nicht gelungen wäre, die über Jahrmilliarden annähernd gleichbleibenden Bedingungen des äußeren Milieus auch dann noch aufrecht zu erhalten, als das Volumen der extrazellulären Flüssigkeit von den Dimensionen eines Weltmeeres auf weniger als die Hälfte des Zellinhalts schrumpfte.

Die Natur löste die Aufgabe im Laufe von wenigen hundert Millionen Jahren. Die besondere Zusammensetzung unseres Bluts sowie ein effizientes System spezialisierter Organe, wie etwa die Blutfilter und Konzentrierungsleistung unserer Nieren, sind Antworten auf die Probleme, die sich mit der Mehrzelligkeit ergaben. Doch die Natur kann in jedem Augenblick nur mit den Elementen operieren, die bereits vorher zur Verfügung standen. Keine einzige der Zellen, aus denen im Lauf der Evolution mehrzellige Organismen entstanden, war fähig, die Anforderungen einer weitgehend gleichbleibenden, ozeanischen Umgebung abzumildern, an die sich die Individuen seit dem Beginn des Lebens angepasst hatten. Metaphorisch ausgedrückt musste es die Evolution schaffen, das Meerwasser, in dem sich die letzten gemeinsamen, wenigzelligen Vorfahren der heutigen Vielzeller tummelten, gleichsam ins Körperinnere mitzunehmen.

Der Evolutionsbeweis

Einige Daten über die Zusammensetzung unseres Blutes belegen, mit welcher schier unglaublichen Präzision dies gelang. Im Fokus unserer Betrachtung liegt das Stoffmengenverhältnis zwischen den biologisch wichtigen Ionen Natrium (Na+), Kalium (K+), Calcium (Ca2+) und Chlorid (Cl). Ein mehr oder weniger genau ausbalanciertes Verhältnis dieser vier Ionen ist für die Zellen wichtig, weil die Konzentration dieser Ionen die elektrischen Eigenschafen der Zellmembranen und damit deren Filterqualität maßgeblich beeinflussen. Im Meerwasser beträgt das Stoffmengenverhältnis zwischen diesen vier Ionen fast genau 94:2:2:100.[1] Das bedeutet, auf 94 Natrium-Ionen kommen jeweils 2 Kalium-Ionen, 2 Calcium-Ionen sowie 100 Chlorid-Ionen. Der „Überschuss“ an Natrium und Chlorid lässt sich chemisch dadurch erklären, dass Kalium und Calcium viel stärker im Gestein gebunden sind als Natrium und Chlor, daher wird anteilig mehr Natriumchlorid ausgewaschen und über die Flüsse in die Weltmeere transportiert.

Wie verhalten sich nun die Stoffmengen-Konzentrationen dieser vier Stoffe im Blutplasma (bzw. in unserer extrazellulären Körperflüssigkeit) zueinander? Dort lautet die Relation etwa 94:3:2:70, sie ist also fast identisch (Abb. 1)[2]. Auch die absoluten Ionen-Konzentrationen sind vergleichbar; die absoluten Werte liegen beim Meerwasser um den Faktor drei über der Ionenkonzentration im Blutserum. Anders gesagt: Bis in Details hinein entspricht die Zusammensetzung der extrazellulären Flüssigkeit unseres Körpers immer noch der Zusammensetzung des Meerwassers! [3]

Auf den ersten Blick ist diese Tatsache überraschend, denn die spezifische Verfügbarkeit von Natrium, Kalium, Calcium und Chlor in den Weltmeeren hat doch nichts mit den biologischen Erfordernissen einer Zelle zu tun. Die Verhältnisse im Ozeanwasser sind lediglich den Bindungsverhältnissen in Silikat-Gesteinen sowie dem pH-Wert des Meerwassers geschuldet. Die Zusammensetzung des Bluts lässt sich auch nicht durch die Beschaffenheit unserer Trinkwässer erklären, denn beide sind vollkommen anders zusammengesetzt: Im Trinkwasser dominiert Calcium gegenüber Natrium und Hydrogencarbonat gegenüber Chlorid.

 

meerwasser

Abb. 1: Stoffmengenverhältnisse der wichtigsten Ionen in Meerwasser und Blutserum.

 

Da die fast identischen Stoffmengen-Relationen in Blut und Meerwasser nicht auf Zufall beruhen können, lässt sich die Übereinstimmung nur damit erklären, dass die vielzelligen Lebewesen dem Meer im Kambrium (ca. vor 700 Millionen Jahren) entsprangen. Sie ist der schlagende Beleg dafür, dass wir das Meerwasser unser kambrischen Vorfahren [4] sprichwörtlich mit ins Zellinnere genommen haben, weil es anders nicht funktioniert hätte. Entsprechend findet man artübergreifend sehr ähnliche Elektrolytkonzentrationen im Blutserum (Abb. 2).

Einzeller und primitive Mehrzeller können sich zwar grundsätzlich an unterschiedliche Salzgehalte anpassen. – Beispielsweise sind Cyanobakterien in alkalischen Salzseen weit verbreitet. Auch bei Gliederfüßern findet man teils abweichende Konzentrationsverhältnisse in der Hämolymphe. Waren aber die Eigenschaften der Zellmembranen (Permeabilitäten, elektrisches Membranpotenzial etc.) vielzelliger Lebewesen erst einmal an die Salzverhältnisse im Meerwasser angepasst, war eine nachträgliche „Umjustierung“ der Normwerte nicht mehr ohne weiteres möglich. Zu kompliziert wurde das Netz vielfältiger, sich untereinander durch Rückkoppelung beeinflussender Regelmechanismen, die beispielsweise eine Zurückhaltung von Natriumionen und gleichzeitig eine leichtere Ausscheidung von Kaliumionen ermöglichen, daneben die Konzentrationsleistung unserer Nieren beeinflussen, auf die Funktion der Nervenzellen Einfluss nehmen usw. Kein Wunder also, dass wir bereits geringe Abweichungen in der Konzentration und im Stoffmengenverhältnis der Ionen als erhebliche Beeinträchtigung unseres Wohlbefindens registrieren. Beispielsweise gefährden größere Abweichungen des Kaliumspiegels vom Normwert die Herzfunktion und können zum Herzstillstand führen. Eine erhöhte Natriumkonzentration im Blutserum („Hypernatriämie“) führt zu neuronaler Übererregung, Kopfschmerz, Übelkeit, Zittern und epileptischen Anfällen bis hin zur Bewusstlosigkeit. Zu niedrige Konzentrationen von Natrium im Blutserum („Hyponatriämie“) bedingen Müdigkeit und Desorientierung, vermindern die Wasserausscheidung und führen bei rascher Entwicklung (etwa durch erhöhte Wasseraufnahme, Hyperhydration) zu Wasseransammlungen im Gewebe bis hin zu Lungen- und Hirnödemen. Diese sind tödlich, falls nicht rasch durch Gabe von Kochsalz Abhilfe geschaffen wird. Insbesondere bei Leistungssportlern kann es so zu lebensbedrohlichen Zuständen kommen, wenn diese den Flüssigkeitsverlust beim Schwitzen innerhalb kurzer Zeit durch Zufuhr großer Mengen Mineralwasser auszugleichen versuchen, anstatt nur mäßig zu trinken oder auf isotonische Getränke zurück zu greifen.

 

Elektrolyte

Abb.2: Durchschnittliche Elektrolytkonzentrationen im Blutserum bei verschiedenen Wirbeltierarten, nach Erler (2003), Erhardt et al. (2012) und Pund (1997).

 

Wieder ist nur eine Evolution die einzige vernünftige Erklärung für ein zunächst mysteriös erscheinendes Naturphänomen, in diesem Fall die einzig denkbare Brücke zwischen Geologie (Stoffmengenverhältnis der Elektrolyte im Meerwasser) und Biologie (Stoffmengenverhältnis der Elektrolyte im Blut). Eine andere auch nur halbwegs plausible Erklärung ist nicht in Sicht.

Fußnoten

[1] Zusammensetzung des Meerwassers nach Pinnecker (2010, 35).

[2] Klinische Referenzwerte für Erwachsene, berechnet nach Dörner (2009).

[3] Beim Chlorid ist die Abweichung etwas größer als bei den übrigen Ionen, weil die meisten Lebewesen einen pH-Puffer besitzen, der die Säurekonzentration im Blut reguliert. Das Puffersystem besteht aus dem im Blut gelösten Kohlenstoffdioxid sowie aus Hydrogencarbonat (HCO3), welches einen Teil des Chlorids (Cl) ersetzt.

[4] Nach heutiger Erkenntnis änderte sich die Zusammensetzung der Weltmeere in den letzten 700 Millionen Jahren nicht mehr wesentlich, nachdem sich der Übergang vom Soda-Ozean zum Natrium-Chlorid-Ozean (vgl. Kempe/Kazmierczak 2011) vollzogen hatte. Wahrscheinlich sind unter anderem auch der gesunkene pH-Wert und die geringere Salinität der Weltmeere Gründe für das Einsetzen der „kambrischen Explosion“, denn gleichzeitig stieg die Konzentration von Calcium im Meerwasser deutlich an. Dies erleichterte die Entstehung der Mehrzelligkeit und ermöglichte den im Wasser lebenden Organismen die Bildung von Schalen und Skeletten.

 

 

4 Gedanken zu “Der Evolutionsbeweis in unserem Blut

    • Martin Neukamm
      30. November 2014 um 22:55
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      Das freut mich. Ich denke, man muss den Menschen immer wieder verdeutlichen, dass die Spuren der Evolution einfach überall zu finden sind. (Aber ich muss gelegentlich die Literatur nachtragen, fällt mir da gerade auf…)

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  • 6. November 2015 um 23:48
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    Was bitte ist an diesem Ergebnis neu?
    Jacques Loeb unterrichtete uns schon davon.

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  • 6. Dezember 2016 um 12:59
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    Bin heute per Zufall auf diesen spannenden Artikel gestossen. Ich verstehe den eindeutig vorhandenen Zusammenhang der Elektrolytkonzentrationen in Meerwasser und Blutserum. Doch etwas verstehe ich leider noch nicht. Die Regulation der Elektrolytkonzentration ist ja in unserer DNA “aufgeschrieben”. Wie wurde aber damals dieses Verhältnis in die DNA “geschrieben”?
    Freue mich auf eure hilfreichen Antworten!

    Lg Nate

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