Dag Olav Hessen - C -Die vielen Leben des Kohlenstoffs

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 . 7Vermutlich 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.

Die Höhlenmalereien in Indonesien sind schon lange bekannt, aber erst 2014 konnte man feststellen, dass diese Werke nicht 10.000 Jahre alt sind, wie zuvor angenommen, sondern volle 40.000 Jahre. In diesem Fall war allerdings nicht mehr genug organischer Kohlenstoff für eine Radiokarbondatierung vorhanden. Trotzdem wurde der Kohlenstoff genutzt: In einer Karsthöhle hatten sich auf Teilen der Malereien Calcit- oder Calciumcarbonatknollen gebildet. Es handelt sich dabei um eine Verbindung von Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff (CaCO 3). Calcit Page 29lagert Uran ein, das seinerseits eine bekannte Halbwertszeit hat (mehrere Millionen Jahre). Mit Hilfe einer Spezialsäge mit Diamantzähnen konnte man die Knollen mit chirurgischer Präzision in schmale Schnitte zerlegen. Aus den Änderungen im Verhältnis radioaktiver Uranisotope konnte man das Alter der ersten Ablagerungen auf der Kunst bestimmen. Diese entpuppte sich als älter als die meisten europäischen Höhlenmalereien, die zwischen 20.000 und 32.000 Jahre alt sind. 9Die Chauvet-Höhle in Südfrankreich hielt mit 35.000 Jahren, datiert über die 14C-Analyse, den früheren Rekord. Mittlerweile wurden noch ältere Bilder in Form von Handabrücken in einer Höhle in Malaga in Spanien gefunden. Das Alter wird auch dort mit 40.000 Jahren angesetzt. Kann es sich um eine Zeichnung von Neandertalern handeln? Alter und Ursprung der Zeichnungen werden noch untersucht. Dabei ermöglicht es uns der Kohlenstoff selbst, sein Alter genau zu bestimmen.

3Eine gute Übersicht dazu findet sich in: Roston, E. (2008): The CarbonAge. How life’s core element has become civilizations greatest threat . Walker & Co. Eine gelungen Synthese der Zeitreise des Kohlenstoffs durch das Universum und seiner unterschiedlichen Formen und Verbindungen. Es endet, wie so viele Bücher über Kohlenstoff, mit CO 2und Klima. Es gibt auch viele Bücher über das Periodensystem, die weitere Basisinformationen über Kohlenstoff geben. Darunter: Aldersey-Williams, H. (2011): Periodic tales. A cultural history of the elements from arsenic to zinc . Harper Collins Publishers.

4Kohlenstoff kommt sowohl in der Chemie als auch in der Biologie so gut wie nie allein, sondern immer in Kombination mit anderen Stoffen vor. Das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und anderen Schlüsselelementen ist dabei kein Zufall, und besonders die Elemente Stickstoff und Phosphor sind in vielerlei Hinsicht wegweisend für Kohlenstoff. Mehr dazu in: Elser, J., Sterner, R. (2002): Ecological Stoichiometry . Princeton University Press. Ein aktueller Übersichtsartikel findet sich in: Hessen, D. O., Elser, J. J., Sterner, R. W., Urabe, J. (2013): Ecological stoichiometry : An elementary approach using basic principles. Limnology & Oceanography 58: 2219–2236.