C -Die vielen Leben des Kohlenstoffs

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Dag Olav Hessen

C – DIE VIELEN LEBEN DES KOHLENSTOFFS

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Originaltitel: C – Karbon: En uautorisert biografi

© 2015 Cappelen Damm, Norwegen.

Die Veröffentlichung dieser Übersetzung wurde durch die finanzielle Unterstützung von NORLA, Norwegian Literature Abroad, ermöglicht.

Der Kommode Verlag wird vom Bundesamt für Kultur mit einer Förderprämie für die Jahre 2019–2020 unterstützt.

Alle Rechte an der deutschen Übersetzung vorbehalten.

© 2019 Kommode Verlag, Zürich

Text: Dag O. Hessen

Übersetzung: Günther Frauenlob, Karoline Hippe

Lektorat und Korrektorat: Margit Ritzka

Cover, Satz und Layout: Anneka Beatty

ISBN 978-3-9525014-0-5

Kommode Verlag GmbH, Zürich

www.kommode-verlag.ch

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Dag Olav Hessen

C – DIE VIELEN LEBEN DES KOHLENSTOFFS

Aus dem Norwegischen von Günther Frauenlob und Karoline Hippe

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Inhalt

Vorwort

TEIL 1 – Kohlenstoff in allem

Eine persönliche Verbindung zu Kohlenstoff

Kohlenstoff in allem

Das Feuer erklären

Ein Meister der Verkleidung: das Weiche, Harte, Runde

Die Nachkommen der Nylonstrümpfe

Kohlenstoff auf Rädern

Plastic fantastic

Synthia als Kohlenstofffabrik

Bauen und Verbrennen – Kohlenstoff im ewigen Kreislauf des Lebens

Von C₃ zu C₄ – und das wichtigste Protein der Welt

Die Lösung der Atomphysik für die Photosynthese

Photosynthese rückwärts

Gute Nachbarn

C und H₄ – ein heißer Flirt

Methan – und seine gute Seite

Archaeen

TEIL 2 – Kohlenstoffkreislauf

Die Keeling-Kurve

Ein Schwede, seiner Zeit voraus

Ein Kreislauf oder mehrere?

Pyramiden, Ketten und Netze

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Die Kohlenstoffkönigin Emiliania

Borealis

Paradise lost

Der langsame Kohlenstoffkreislauf

Anthropozän

Gaia und die Rückkopplungen

Saurer und Blauer

Methanbomben

Zwischen Schneeball und Hölle

Die Evolution des Sauerstoffs

Stickstoff und Phosphor – die großen Änderungen des Kreislaufs

TEIL 3 – Der Fußabdruck

Paradise lost II

Der Fußabdruck

How bad are bananas?

Die Abhängigkeit bekämpfen – weg vom Petroholismus

Schlussbemerkung

Über den Autor

Literatur

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Vorwort

Manchmal ist das, was uns am nächsten und wichtigsten ist, genau das, worüber wir am wenigsten wissen. Was hat Bedeutung für das Leben, wie wir es kennen? Wasser? – Ja, zweifelsohne. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff und deren lebenspendende Allianz im Wassermolekül H₂O sind da ernstzunehmende Kandidaten. Phosphor? – Ja, bestimmt auch Phosphor, ohne Phosphor keine DNA, keine Gene, kein Leben. Trotzdem ist es der Kohlenstoff, dem wir mit diesem Buch eine nicht autorisierte Biografie widmen wollen. Gute Gründe dafür gibt es genug. Der Kohlenstoff ist das zentrale Element des Lebens – die meisten Lebensprozesse in und um uns herum enthalten in irgendeiner Form Kohlenstoff. Bei Kohlenstoff in Reinform kann es sich ebenso gut um einen Bleistift wie um einen Diamanten handeln. Gleichzeitig ist Kohlenstoff auch der Ausgangspunkt für die meisten der aktuell so wichtigen Kunststoffe. Die Grenze zwischen Natur- und Kunststoffen ist dabei nicht so scharf, wie man meinen möchte.

In diesem Buch soll es aber in erster Linie aber um den Lebens- oder Kreislauf des Kohlenstoffs gehen, das große Gleichgewicht zwischen Photosynthese und Zellatmung, zwischen Aufbauen und Verbrennen. Kohlenstoff ist die erste Wahl unter den Atomen, wenn es um chemische Verbindungen geht, und eine der schicksalsträchtigsten Verbindungen, die Kohlenstoff eingeht, ist die Dreiecksverbindung mit zwei Sauerstoffatomen. CO₂ ist das Gas des Lebens und des Todes. Um die Entwicklung des Klimas in Vergangenheit und Zukunft ergründen zu können, müssen wir den Ringelreihen des Kohlenstoffs und unseren Einfluss darauf verstehen. Die Zukunft des Planeten hängt von unserem Umgang mit dem Kohlenstoff ab. Darum ist dieser Einblick in seine Welt mehr als gerechtfertigt.

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Wo beginnt und wo endet ein Kreis? Es ist nicht leicht zu sagen, wo man am natürlichsten in den Kreislauf des Kohlenstoffs einsteigen kann. Überdies finden sich in diesem Kreislauf endlose Reihen weiterer kleiner und großer Wechselspiele. Ich gestehe gerne ein, dass ich es nicht leicht fand, den richtigen Einstieg in die Welt des Kohlenstoffs zu finden, ohne denselben Spuren gleich mehrmals zu folgen. Aber für welchen Pfad man sich auch entscheidet, sie alle führen letzten Endes zu der großen Frage nach der Rolle des Kohlenstoffs für die Zukunft der Erde. Teile dieses Textes werden in erster Linie naturwissenschaftlich interessierte Leser ansprechen. Es ist aber mehr als statthaft, diese Passagen zu überspringen. Den großen Überblick verlieren Sie deshalb trotzdem nicht.

Ein großer Dank geht an Henrik Svensen für die Durchsicht des Manuskripts und die kritischen Kommentare, sowie an den Verlag und Erik Møller Solheim, der mich während des gesamten Schreibprozesses unterstützt und beraten und mir immer wieder zu guten Ideen verholfen hat. Ebenso an Helge Vold für die Redaktion und Korrektur. Das Buch kam mit Unterstützung des Norwegischen Fachverbands für Autoren und Übersetzer NFF zustande und profitierte von dem staatlichen Forschungsprojekt Effects of Climate change on boreal lake ecosystems.

Oslo im Mai 2015

Dag O. Hessen

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Ich widme dieses Buch meinem Vater, dem besten Vater, den ich hätte haben können, und der von uns ging, als ich das Schlusswort schrieb.

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TEIL 1
Kohlenstoff in allem

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Eine persönliche Verbindung zu Kohlenstoff

Um mich herum fallen schwere Tropfen von den Bäumen. Auf die Wasseroberfläche gleich nebenan prasselt der Regen, und auch auf der Plane, die zwischen den Bäumen aufgespannt ist, tanzt das Wasser. Unter der Plane sitzen drei Personen über ihre Mikroskope gebeugt, neben sich Pipetten, kleine Plastikbehälter, Filtrationsmaterialien und anderes Laborzubehör. Um uns herum ist es nebelig, es ist mitten in der Nacht, sodass wir unsere Arbeiten im Licht der Stirnlampen durchführen. Die Proben werden in kleinen Plastikflaschen gesammelt, die mit einer zähen, durchsichtigen Flüssigkeit aus einer Metallkanne aufgefüllt werden. Dann werden die Behälter verschlossen, beschriftet und in einer Halterung fixiert. Alle vier Stunden rudern zwei von uns in einem wackeligen, kleinen Boot auf den See hinaus und nehmen verschiedene Proben aus sechs an einem Rahmen verankerten Ballons. Jeder Ballon enthält ein paar Tausend Liter Wasser. Wir rudern zurück, treten unter die Plane und arbeiten weiter …

Gegen Morgen hört der Regen auf. Ich setze mich müde ans Ufer und sehe die Sonnenstrahlen durch den Nebel brechen, der sich über dem Wasser lichtet. Zwei Libellen fliegen über die Seerosen am Ufer. Um den See herum steht der Wald dicht und grün. Mit einem Mal glaube ich, den Atem der Natur zu spüren. Ein und aus. Überall ist Leben. Überall ist Kohlenstoff. Alles außer dem Wasserspiegel und dem Himmel besteht aus Nuancen von Grün; Milliarden von Chloroplasten. Kohlenstoff in Form von CO₂ dringt in einem nicht enden wollenden Zyklus durch die Spaltöffnungen der Blätter und Nadeln, bevor es zu den Chloroplasten transportiert wird. Dort findet alsbald die wichtigste chemische Reaktion der Welt statt, bei der das Gas auf wundersame Weise in organischen Page 16Kohlenstoff in Form von Kohlenhydraten wie Zucker, Stärke oder Zellulose verwandelt wird, und bei der – quasi als Bonus – auch noch der Sauerstoff freigesetzt wird, von dem die andere Hälfte des Lebens abhängig ist. Der Kohlenstoff, den die Pflanzen binden, ist damit für alle Zeit Teil des Ökosystems.

Kohlenstoff ist so etwas wie die Kartoffel der Chemie, man findet ihn in fast allen Molekülen und Bestandteilen des Körpers, und dies in den unglaublichsten Varianten. In all seiner Gewöhnlichkeit ist Kohlenstoff trotzdem unentbehrlich. Ich unternehme meine Versuche in großen Ballons im Wasser, all meine Laborgeräte bestehen aus Kohlenstoffpolymeren: Pipetten, Behälter, Halterungen, die Plane über unseren Köpfen, ja sogar unsere Kleider. Gibt es irgendetwas um mich herum, das nicht aus Kohlenstoff besteht? Und dann der Kohlenstoff, der für das kurze Gastspiel meines Lebens in mir ist. Zuvor war er bereits für Milliarden von Jahren in Pflanzen, Bakterien, Tieren, Mineralien, und auch in den Milliarden von Jahren, die nach mir kommen, wird der Kohlenstoff weiter seinen Weg gehen. Ewiges Leben wird für uns immer eine Utopie bleiben, aber als Teil des immerwährenden Kohlenstoffkreislaufs haben wir wenigstens einen kleinen Anteil an der Ewigkeit.

Der Gedanke an den Kreislauf des Kohlenstoffs – und an mich als Bruchteil davon – gibt mir dort am Seeufer das Gefühl, dazuzugehören. Eine ganz neue Perspektive. Carl von Linné meinte, dass wir, also die Menschen, hier auf Erden platziert seien, um die göttliche Schöpfung zu deuten.¹ Ganz unbescheiden sah er sich selbst an erster Page 17Stelle, was die Deutung und das Verständnis der göttlich gestalteten Natur anging. Wir drei, die wir hier an diesem See arbeiten, haben weniger hohe Ziele, auch wenn sich die Fragestellung im Nachhinein als wichtiger herausstellen sollte, als wir es damals ahnten: Wir sind hier, um mehr über den endlosen Kreislauf des Kohlenstoffs zu verstehen.

Den sechs großen Ballons im Wasser sind winzige Mengen einer speziellen Form von Kohlenstoff hinzugefügt worden, und zwar das radioaktive Isotop ¹⁴C, das im Gegensatz zum normalen Kohlenstoff (¹²C) sechs Protonen und acht Neutronen enthält. Durch den Zusatz von ¹⁴CO₂ können wir verfolgen, wie der Kohlenstoff von den Algen, Bakterien und dem tierischem Plankton aufgenommen, umgesetzt und schließlich wieder ausgeschieden wird. Der radioaktive Kohlenstoff in unseren Proben gibt Elektronen ab, die ein winziges Lichtsignal senden, wenn sie von der zähflüssigen Lösung eingefangen werden. Diese Signale können über einen Szintillationszähler aufgefangen werden. Das Projekt ist Teil meiner Doktorarbeit, die dazu beitragen soll, unser Verständnis ein bisschen zu erweitern. Die Nacht unter der Plane, die Proben, Analysen und statistischen Auswertungen wurden zu einem zentralen Teil meiner Arbeit über die unergründlichen Wege des Kohlenstoffs. Der radioaktive Kohlenstoff war der Schlüssel zum Verständnis der Photosynthese und schlug so eine wichtige Brücke zwischen Atomphysik und Biologie.

Die Sonne, der eigentliche Motor des ganzen Prozesses, nimmt jetzt Fahrt auf. Es wird warm und der Nebel löst sich auf. Bevor die Proben in den Szintillationszähler kommen, gönne ich mir ein paar Stunden Schlaf. Die Page 18Resultate aus den Messinstrumenten tickern zu sehen, ist eine der besonderen Freuden eines jeden Wissenschaftlers, auch wenn man diese Freuden den Menschen um sich herum kaum vermitteln kann. Manchmal braucht man nur einen Tag, um zu erkennen, ob die Punkte auf der Grafik den Erwartungen entsprechen. Andere Male dauert es Jahre und erfordert ungeheure Geduld, die Forscher in der heutigen Zeit nur noch selten haben oder sich leisten können. Charles David Keeling aber hatte die nötige Ruhe und Zeit. 1957 bestand er auf der absurden Idee, ein Messinstrument auf dem Gipfel des Mauna Loa auf Hawaii zu installieren.² Aus seiner Arbeit resultierte eine Grafik, die den Kohlenstoff in das Zentrum des öffentlichen Interesses gerückt hat.

Dank einer ungewöhnlichen Kombination aus Genauigkeit und Geduld konnte Keeling zu seiner Verblüffung nachweisen, dass die CO₂-Konzentration Jahr für Jahr zunahm. Dies konnte nur bedeuten, dass der Kohlenstoffkreislauf ins Ungleichgewicht geraten war und dass mehr CO₂ freigesetzt als aufgenommen wurde. Das lebenspendende CO₂ hatte offenbar auch eine dunkle Seite. Später wurde gezeigt, dass die Konzentration von Methan in der Atmosphäre ebenfalls ansteigt. Der Kohlenstoff, das Element des Lebens, ist zu unserer größten Bedrohung geworden. Wir werden später noch auf die verschiedenen Kohlenstoffzyklen zurückkommen, ebenso wie auf Keeling selbst und seine mittlerweile berühmte Kurve. Betrachten wir aber zuerst die Hauptakteure in dieser Geschichte und Page 19die zahlreichen, um nicht zu sagen zahllosen Varianten und Allianzen, in denen sie auftreten können.

Ich habe eine enge Verbindung zu meinem Projekt. Das haben wir alle, wenn uns das auch nicht allen bewusst ist. Mein Leben als Wissenschaftler dreht sich zu weiten Teilen um den Kohlenstoff – vom inneren Zellkern bis zu den großen Kreisläufen in unseren Ökosystemen. Ich kenne mein Forschungsobjekt aus der Welt der Chemie wie aus jener der Biologie und habe die vielen Partner des Kohlenstoffs, seine Lebensphasen und seine verschiedenen Rollen studiert. Mein größter Wunsch ist es aber, die Rolle des Kohlenstoffs für das Klima in Vergangenheit und Zukunft zu verstehen.

1Linné war vermutlich der entschiedenste Verfechter eines naturtheologischen Gesichtspunktes. Er ging davon aus, dass alles göttlichen Ursprungs und deshalb mit allem auch eine Absicht verbunden war. Die Natur war also nicht nur eine Quelle intensiver Gefühle, sondern auch Trägerin eines versteckten Musters, einer Botschaft und eines tieferen Sinns. Die Rolle des Menschen, insbesondere die Rolle von Linné selbst, musste innerhalb dieser versteckten Botschaft zu finden sein. Damit verbunden ist auch der Glaube, dass derjenige, der für die Schöpfung verantwortlich ist, auch wieder für Ordnung sorgen wird – zum Beispiel, was Klimaveränderungen angeht. Über Letzteres hatte Linné sich jedoch aus gutem Grund noch keine Gedanken gemacht. Mehr über Linné in: Hessen, D. O. (2000): Carl von Linné, Gyldendal, Oslo

2Charles David Keeling (1928–2005) war der erste Wissenschaftler, der die Zunahme atmosphärischen Kohlenstoffs registrierte und vor den damit möglicherweise verbundenen Konsequenzen warnte. Er ist direkt wie indirekt mitverantwortlich dafür, dass dieses wie auch andere Bücher über das Klima und den Kohlenstoffzyklus geschrieben wurden. Es gibt viele Biografien über Keeling; eine kurze, fachlich orientierte Übersicht findet sich in den Gedenkschriften: Harris, D.C. (2010): Charles David Keeling and the story of atmospheric CO₂ measurements. Analytical chemistry 82: 7865–7870. Heimann, M. (2005): Obituary: Charles David Keeling 1928–2005. Nature 437: 331.

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Kohlenstoff in allem

Kohlenstoff ist Sternenstaub, gebildet in Sternen bei der Fusion der leichteren Elemente. Er findet sich im gesamten Universum, allerdings nur in geringer Konzentration. Weniger als 5 Promille der im Universum vorhandenen Masse sind Kohlenstoff, und trotzdem ist Kohlenstoff das vierthäufigste Element. In der Atmosphäre der Erde beträgt der Gewichtsanteil knapp 0,4 Promille, also 400 ppm, während er in der Erdkruste mit nur 200 ppm noch seltener vertreten ist.³

Das Leben zeigt hingegen eine Vorliebe für den Kohlenstoff. Die zehn gewichtsmäßig wichtigsten Elemente im Menschen – und das ist von Mäusen bis Elefanten in fast allen Säugetieren gleich – sind: Sauerstoff (65%), Kohlenstoff (19%), Wasserstoff (10%), Stickstoff (3%), Calcium (1,5%), Phosphor (1%), Kalium (0,35%), Schwefel (0,25%), Natrium (0,15%) und Magnesium (0,05%).⁴ Lasse ich mal das Wasser weg, das 57 Prozent von uns ausmacht und in dem ein großer Teil des Sauerstoffs und Wasserstoffs Page 21gebunden ist, bestehen wir zu mehr als 40 Prozent aus Kohlenstoff. Kohlenstoff ist an allen Vorgängen im Körper beteiligt, sodass die Bilanz des Körpers im Grunde durch eine einfache Gleichung darstellbar ist: Aufgenommener Kohlenstoff minus abgegebener Kohlenstoff minus das CO₂ der Zellatmung ist gleich der Gewichts-Zu- oder -Abnahme.

Kohlenstoff ist das zentrale Element der Hauptgruppen der Moleküle (DNA, Proteine, Fette, Zuckerarten), die allen lebenden Organismen gemein sind. Infolgedessen bestehen Tiere zu etwa 40 Prozent aus Kohlenstoff. Die genaue Prozentzahl ist abhängig vom Verhältnis zwischen Fett, Kohlenhydraten und Proteinen. Pflanzen enthalten etwas mehr Kohlenstoff, vor allem Bäume mit ihrem hohen Anteil an Zellulose und Lignin. Die Pflanzen haben auch dafür gesorgt, dass der Kohlenstoff mit dem Karbon sein eigenes geologisches Zeitalter bekommen hat. Dieses erstreckte sich von 360 bis 300 Millionen Jahren vor unserer Zeit. In dem damals warmfeuchten Klima sind riesige Wälder gewachsen, die uns – akkumuliert über 60 Millionen Jahre – die Steinkohle hinterlassen haben. Die deutlich spätere Kreidezeit, die von 145 bis 65 Millionen Jahren vor heute dauerte, ist ebenfalls durch Kohlenstoffablagerungen gekennzeichnet, diesmal aber in Form von Calciumcarbonat CaCO₃.⁵ Hier hat sich der Kohlenstoff mit einem Calciumatom und drei Sauerstoffatomen verbunden, eine Allianz, geformt von vielen Milliarden mikroskopisch kleiner, kalkbildender Algen. Darüber werden wir im Laufe des Buches noch mehr erfahren.

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Ein paar Hundert Millionen Jahre sind aber kein Alter für die Kohlenstoffatome, die sich in Kohle oder Kreide befinden. Als unser Universum vor 14 Milliarden Jahren entstand, wurden dabei im ersten Schritt nur die drei leichtesten Elemente aus der Taufe gehoben: Wasserstoff, Helium und Lithium. Etwas vereinfacht können wir sagen, dass dies die Bausteine für die schwereren Elemente waren. Darunter war auch der Kohlenstoff, der vom Gewichtsanteil her an vierter Stelle der häufigsten Elemente des Universums steht (hinter Wasserstoff, Helium und Sauerstoff).

Der Kohlenstoff genießt ungeheure Popularität bei seinen zahllosen potenziellen Partnern im Periodensystem und hat kurze und längere Affären mit einer Vielzahl anderer Atome. Die Popularität des Kohlenstoffatoms bei den anderen Grundelementen hat mit seinem außergewöhnlichen Talent für chemische Bindungen zu tun. Fast jedes Atom fühlt sich zum Kohlenstoff hingezogen, in erster Linie wegen seiner sechs Elektronen und sechs Protonen. Dazu kommen noch sechs Neutronen, und diese sechs Neutronen und sechs Protonen geben dem Kohlenstoff die Atommasse 12. Das Gewicht der Elektronen ist in diesem Zusammenhang zu vernachlässigen, an anderer Stelle aber von umso größerer Bedeutung. Da zwei der Elektronen in der inneren Schale versteckt sind, sind es die vier auf der äußeren Schale, die Kontakt mit der Umwelt suchen. Und dies sehr effektiv.

In der Natur gibt es drei Hauptformen reinen Kohlenstoffs – Graphit, Diamant und Fulleren. In jeder davon hat der Kohlenstoff genug mit sich selbst zu tun und die Atome treten miteinander in Verbindung. Zugleich ist Kohlenstoff wenig wählerisch, was Verbindungen zu anderen Atomen angeht. Eine seiner Lieblingsbeziehungen ist die Dreiecksverbindung mit zwei Sauerstoffatomen. Das CO₂ macht den Kohlenstoff zum eigentlichen Atom des Lebens, da dieses Molekül die Grundlage für fast alles Page 23Leben ist. Das Problem ist aber, dass der Kohlenstoff an dieser Beziehung ungeheuer festhält. Feuer trägt mehr als alles andere dazu bei, die Verbindung zu festigen, während die avancierte Technologie der Photosynthese das Kleeblatt zu trennen vermag. Das Gleichgewicht zwischen diesen Prozessen ist heute so kräftig verschoben, dass sich das CO₂ in der Atmosphäre anreichert, weshalb die Liebe des Kohlenstoffs zum Sauerstoff eine Beziehung ist, die die ganze Welt angeht.

Abbildung 1: Die Beliebtheit des Kohlenstoffatoms geht in erster Linie auf seine sechs Elektronen zurück, während die Atommasse 12 durch sechs Neutronen und sechs Protonen begründet ist.

Der Kohlenstoff ist wesentlich älter als die Erde (die es erst seit 4,6 Milliarden Jahren gibt), aber jünger als das Universum. Er ist über Milliarden von Jahren in den unterschiedlichsten Sternen diverse chemische Verbindungen eingegangen und hat diese wieder verlassen, ehe er zu einem Bestandteil des Lebens wurde – von den ersten Bakterien über die Bäume und Dinosaurier bis zu dir und mir. Selbst ein paar Hundert Millionen Jahre Speicherung in Form von Kohle, Öl oder Gas haben für den Kreislauf des Kohlenstoffs von Ewigkeit zu Ewigkeit kaum Bedeutung. Aber seit wann ist uns der Kohlenstoff bekannt?

Was die Geschichte wissenschaftlicher Entdeckungen angeht, richten wir unseren Blick gern als erstes auf die Page 24alten Griechen. Was den Kohlenstoff angeht, müssen wir aber noch weiter zurück. Es dauerte zwar eine ganze Weile, bis wir die Verbrennung verstehen und chemisch oder physikalisch erklären konnten, aber seit wir die Magie des Feuers und seine zerstörerische Kraft kennen (also seit der Steinzeit), ist uns auch die Holzkohle bekannt und wurde zu gewissen Teilen auch genutzt. (Der Begriff Karbon stammt im Übrigen aus dem Lateinischen und bedeutet verbranntes Holz – carbo). Früher hat man die Natur eingeteilt in die Kategorien brennbar – wie Holz – oder nicht brennbar – wie Stein oder Sand. Das Gegenstück zum Feuer war das Wasser, des Feuers eingeschworener Feind. Damals wusste natürlich noch niemand, dass das, was das Feuer nährte und was das Feuer löschte, beides zu großen Teilen aus Sauerstoff bestand, oder dass das Endprodukt der Verbrennung CO₂ ist.

Dass die Reaktion, durch die uns das Feuer Wärme von außen schenkt, im Grunde dieselbe ist, durch die uns der Körper im Inneren Energie und Leben spendet, wäre wohl den meisten unbegreiflich gewesen. In beiden Fällen handelt es sich um in den Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie, die als CO₂ freigesetzt wird. Das Feuer selbst ist uralt, vermutlich kennen wir Menschen es so lange wie den aufrechten Gang. Am Lagerfeuer zu sitzen, am besten am Wasser, mit freier Sicht und einer schützenden Stütze für den Rücken, ist ein Ritual, das irgendwo tief in uns verwurzelt ist, vielleicht sogar in unseren Genen. Und wenn sich an solchen Orten dann ein steinerner, mit Asche gefüllter Ring findet, markiert dieser eine ungebrochene kulturelle Linie von der Entstehung unserer Art bis heute. Wir wissen nicht, ob unsere Ahnen am Feuer sich darüber gewundert haben, wie ein kaltes Stück Holz plötzlich eine solche Wärme von sich geben und sich schließlich in Asche verwandeln konnte. Vermutlich gingen aber einem im Kreis um das Lagerfeuer solche Gedanken durch den Kopf. Die Menschen waren schon Page 25immer erpicht darauf, die ursächlichen Zusammenhänge zu verstehen. Aber obwohl das Feuer eine wichtige Rolle in unserer Vorgeschichte eingenommen hat, blieb seine wohlige wie zerstörerische Kraft lange ein Mysterium.

Feuer und Verbrennung sind entscheidend, nicht nur, um Kohlenstoff und Sauerstoff miteinander zu verbinden, sondern auch für den gesamten Kohlenstoffkreislauf, ganz zu schweigen vom Wechsel zwischen den Haupt typen des Kohlenstoffs. Das Feuer ist überdies essenziell für unseren eigenen Stoffwechsel und unsere Evolution.⁶ Das menschliche Hirn hat eine bemerkenswert schnelle Entwicklung gemacht, sowohl was seine Größe als auch was seine Fähigkeiten angeht. Unsere nächsten noch lebenden Verwandten, die Schimpansen, haben ein Hirnvolumen von 300–500 cm³. Bei unseren größeren, wenn auch etwas entfernteren Verwandten, den Gorillas, beträgt es 400–700 cm³. Der Frühmensch Homo habilis hatte vor 1,7 Millionen Jahren noch ein Hirnvolumen vergleichbar mit dem der Gorillas. Schon 700.000 Jahre später näherte sich das Hirnvolumen des Homo erectus 1.500 cm³. Seither ist es etwa gleich geblieben oder sogar zurückgegangen, sodass der Neandertaler noch ein etwas höheres Hirnvolumen hatte als wir heute. Aber das Volumen ist nicht alles. Entscheidend sind auch die enorme Dichte der Neuronen und die gute Isolation der Nervenfasern. Dazu finden sich moderne Hirnabschnitte wie die Stirnlappen, in denen große Teile des Ich-Gefühls sowie die Fähigkeit zur abstrakten Reflexion und zum ethischen Urteilsvermögen beheimatet sind.

Die gewaltige Hirnkapazität fordert aber auch ihren Page 26Tribut in Form von Energie. Mehr als 20 Prozent unseres Energieverbrauchs werden für ein Organ benötigt, das alles in allem nur bescheidene 2 Prozent des Körpergewichts ausmacht. Heute und in unserem gut genährten Teil der Welt ist dieser Energiebedarf kein Problem mehr. In anderen Teilen der Welt sieht das jedoch anders aus, und historisch gesehen war es ein hoher Preis, den zu bezahlen sich trotzdem gelohnt hat.

Aber wo kommen das Lagerfeuer und der Kohlenstoff ins Spiel? Die Antwort, behauptet Richard Wrangham, liegt im Titel seines Buches Catching Fire. How cooking made us human.⁷ Vermutlich zogen wir bereits vor mehr als 100.000 Jahren Nutzen aus dem Feuer, und schon davor beobachteten unsere Vorfahren, dass es nach einem Savannenbrand leicht war, verendetes Wild zu finden, und dass dieses Wild wesentlich leichter zu essen war. Diese Tatsache muss sie auf die Idee gebracht haben, das Feuer strategisch zu nutzen, um das Wild zu jagen oder zu verbrennen, und da alle Tiere das Feuer fürchteten, konnte ein brennender Zweig einen ansonsten so furchteinflößenden Löwen auf Abstand halten. Das Feuer wurde vom Feind zum Freund. Das Braten über dem Feuer und schließlich das Kochen waren überdies eine ausgezeichnete Art, um Parasiten und Bakterien in und auf dem Essen zu töten. Das Feuer veränderte nicht nur die Chemie des Essens, sondern auch seine – und unsere – Biologie. Gebratenes oder gekochtes Essen ist leichter zu kauen und macht damit einen Teil der Kiefermuskulatur und der massiven Kieferpartien überflüssig. Überdies ist es leichter zu verdauen. Es ist harte Arbeit, über rohes Essen genug Energie aufzunehmen, und während andere Primaten rund 20–30 Prozent ihres eigenen Körpergewichts aufnehmen müssen, um ihren Energiebedarf zu decken, und dafür einen ganzen Tag brauchen, kommen wir mit Page 27nur 5 Prozent und viel weniger Zeit aus. Nahrungsmittel wie Weizen, Reis und Kartoffeln, die in rohem Zustand beinahe unverdaulich sind, konnten so zu einem zentralen Bestandteil unserer Ernährung werden. Das Feuer war damit ein entscheidender Schritt auf dem Weg zum modernen Menschen und unserer Vorherrschaft über die Natur – auf jeden Fall gewisser Teile davon. Wir konnten auf diese Weise genug Energie aufnehmen, um uns ein größeres Hirn und ein einfacheres Verdauungssystem zu leisten, und hatten mehr Zeit, um soziale Verbindungen zu pflegen (eine weitere Ursache für mehr Hirnmasse), praktische Probleme zu lösen und uns zu fragen, wie Dinge brennen können.

Vielleicht saß schon vor 50.000 Jahren ein Jugendlicher an einem ausgebrannten Feuer, nachdem der Rest der Gruppe satt eingeschlafen war, und fragte sich, wohin das Holz verschwunden war. Schließlich waren nur noch ein paar schwarze Brocken und etwas Asche da. Vielleicht fragte er sich, warum seine Finger schwarz wurden, wenn er in die Asche griff. Vielleicht strich er sich verwundert über den Arm oder zeichnete ein paar Striche auf einen Stein. Vielleicht war es genau eine solche nachdenkliche Stunde, die dann jemanden bewog, vom Lagerfeuer aufzustehen und das erste stilisierte Mammut aus Dankbarkeit für das Feuer und das Leben an die Höhlenwand zu zeichnen.

Die Holzkohle ist also ein alter Bekannter. Diese Form von Kohlenstoff ist uns seit der Zeit des Homo sapiens bekannt und wird seit rund 40.000 Jahren auch für künstlerische Zwecke genutzt. Eine Vielzahl von teilweise sehr naturalistischen Tier- und Handzeichnungen (die Signatur des Künstlers?) wurde allein mit Holzkohle oder einer Mischung mit anderen Farben erstellt. Die Tatsache, dass dieselbe Art von Kunst aus der derselben Epoche sowohl in Europa als auch in Indonesien zu finden ist, kann darauf hindeuten, dass sie schon vor dieser Zeit existiert Page 28hat. Vielleicht wurde sie aus Afrika mitgebracht. Aber wie kann man wissen, dass die ersten Felszeichnungen vor 40.000 Jahren entstanden? An dieser Stelle treten die radioaktiven Isotope des Kohlenstoffs auf den Plan. Diese kann man für die sogenannte Radiokarbondatierung heranziehen.

Das Ganze basiert auf der Tatsache, dass alle lebenden Organismen eine kleine Menge des radioaktiven Isotops ¹⁴C in sich tragen. Solange der Organismus am Leben ist, bleibt das Verhältnis zum »normalen« Kohlenstoff (¹²C) konstant. Stirbt der Organismus aber und nimmt damit keine Radioaktivität mehr aktiv auf, sinkt die Konzentration des ¹⁴C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Misst man die Radioaktivität im Vergleich zum lebenden Organismus, kann man zum Beispiel berechnen, wann ein Baum, der schließlich zur Holzkohle wurde, gewachsen ist. 40.000 Jahre sind im Übrigen in etwa das Maximalalter, das mit dieser Methode ermittelt werden kann. Willard F. Libbey, der diese Art der Kohlenstoffdatierung 1949 erstmals beschrieben hat, erhielt 1960 für seine Entdeckung den Nobelpreis.⁸Archäologen und andere, die alte Funde datieren mussten, hatten nun endlich eine verlässliche Methode. Vorausgesetzt, ihre Fundstücke enthielten Kohlenstoff – was die meisten aber taten.