Ohne Kosmische Strahlung und der ionisierenden (radioaktiven) Strahlung hätte sich kein Leben auf der Erde entwickeln können. Doch bevor wir uns in ein rein hypthetisches noch zu prüfendes Modell stürzen, ein paar Fakten zur Strahlung und ihre Auswirkung auf den Organismus.

Die Kosmische Strahlung (engl. Cosmic Rays) ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem Weltall. Sie besteht vorwiegend aus Protonen, daneben aus Elektronen und vollständig ionisierten Atomen. Auf die äußere Erdatmosphäre treffen zirka 1000 Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde. Durch Wechselwirkung mit den Gasmolekülen entstehen Teilchenschauer mit einer hohen Anzahl von Sekundärteilchen, von denen aber nur ein geringer Teil die Erdoberfläche erreicht.

Unter der natürlichen Strahlung versteht man die unvermeidbare Strahlenexposition, die wir im normalen Alltag pro Jahr ausgesetzt sind (Vgl. Figur 1). Da sie natürlich ist und so seit Jahrtausenden die Evolution begleitet, haben sich die Organismen dagegen entwickeln können und natürliche Verteidigungsmechanismen hervorgebracht. Doch was macht jetzt eigentlich die ionisierende Strahlung mit dem Organismus?

Die Einzelheiten sprengen den Rahmen, aber zusammenfassend zerstört radioaktive Strahlung die Struktur von Molekülen und kann ernsthafte Schäden in Körperzellen verursachen. Die Funktionsweise beschädigter Zellen kann sich ändern und im schlimmsten Fall in bösartigen Tumoren enden. Neben dieser drastischen Fehlfunktion von Zellen, können auch andere Symptome auftreten. Z.B. eine Beschädigung des Erbgutes.

Es lässt sich zeigen, dass durch Bestrahlung mit 1 Gray Röntgenstrahlung pro Zelle zu folgenden Modifikationen führt. Zum Vergleich eine normale Rötgenuntersuchung des Unterleibes verursacht eine Belastung von 0,0014 Gray. Eine Dosis über 5 Gray auf den gesamtn Körper führt innerhalb von 14 Tagen zum Tod.

• 1000 bis 2000 Basenveränderungen
• 500 - 1000 Einzelstrangbrüche
• 800 - 1600 Veränderungen an Zuckermolekülen
• 150 DNA-Protein-Quervernetzungen
• 50 Doppelstrangbrüche oder Bulky Lesions

Damit kommen wir zu dem zweiten Teil des Artikels. Während die radioaktive Strahlung in hoher Dosis zum Tod und Verderben führt, ist die niedrige natürliche Dosis ein Grundbaustein der Evolution. Diese minimalen Beschädigungen des Erbguts führen zu minimalen Mutationen in der nächsten Generation. Diese Mutation bedeutet Veränderung und wenn sie sich gegenüber dem bestehenden Erbgut durchsetzen kann, eine Bereicherung des Genpools und damit letztendlich auch die Weiterentwicklung des Lebens. Egal ob Einzeller wie Bakterien oder komplexe Organismen wie der Mensch. Mutation ist der Grund warum wir uns weiterentwickeln. Die zweigeschlechtliche Fortpflanzung ist nur eine neue Kombination von bereits bestehendem Erbgut. Es kombiniert verschiedene Mutationen und führt diese in einer DNA zusammen. Damit kann sich ein Organismus mehrere erfolgreiche, voneinander unabhängige, entstandene Mutationen zunutze machen. Bei der Kombination entsteht aber keine Weiterentwicklung im eigentlichen Sinn. Man kann also sagen, dass die kontrollierbare Mutation durch radioaktive Strahlung ein Motor ist, um neue Eigenschaften zu entwickeln. Kontrollierbare Mutation meint, dass der Mensch zur Reparatur entstandener DNA-Schäden ein komplexes Kontroll, Regulations- und Reparatursystem innerhalb der Zelle entwickelt hat (siehe Figur 2). Der Zweck ist der Erhalt der Integrität der DNA, das Verhindern von Mutationen und die Vermeidung von Kazerogenese. Dabei existiert eine schnelle Reparatur im Umfang von 10 - 20 Minuten und eine langsame Reparatur, die 2-8 Stunden in Anspruch nimmt. Ein verbleibender Restschaden ist kleiner als 5% und hängt von vielen Faktoren ab.

Wenn Mutation so gut ist, warum gibt es dann überhaupt Reparaturmechanismen? Mutation ist in den aller aller meisten Fällen negativ und mit etwasa Glück nur Neutral. Von daher ist Mutation und Beschädigung des Erbgutes nie ein wünschenswertes Ergebnis. Stellen Sie sich die DNA als ein Gemälde vor bestehend aus Millionen von unterschiedlichen Farbpigmenten, der Mensch ist ein höchstkomplexes Gemälde, ein wares Meisterwerk. Die Mutation entspricht dem wahllosen ändern dieser Farbpigmente. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dieses Gemälde zu verbessern, wenn sie wahllos Änderungen daran vornehmen? Je kleiner die Veränderung desto größer die Chance und auch beim Ändern von nur ein paar wenigen Farbpigmenten beträgt die Chance auf Verbesserung höchsten 1:1.000.000.

Wenn die Mutation für so schlecht ist, warum perfektioniert die Evolution die Reparaturmechanismen nicht und verringert den Restschaden auf 0%? Bleiben wir bei der Metapher und betrachten die DNA eines Einzellers. Ein einfaches Gemälde, dem einer Kinderzeichnung ähnlich. So viel noch zu verbessern, aber wie soll das geschehen? Der Organismus hat sich gegenüber Radioaktivität immunisiert. Es gibt keine Mutation und dieses Gemälde wird sich nie zu einem Meisterwerk wie dem Mensch weiterentwickeln. Wir hätten uns nie aus diesem Einzeller entwickeln können und so ist es noch heute. Wir brauchen diesen 1 Menschen aus einer Million, der eine positive neue Eigenschaft mit sich bringt und diese im Genpool verbreitet, damit wir uns den ständig ändernden Gebenheiten der Umwelt anpassen können. Man betrachte nur mal die Änderungen der Nahrungsmittel aus der Steinzeit (Fleisch, meistens Roh) zu heute (aufbereitetes, gekochtes Essen. Teilweise schon künstlich, genmanipuliertes Essen und Nahrungsergänzungsmittel).

In Zukunft können wir bei einer steigenden natürlichen Strahlung (Hiroshima, Tschernobyl, Fukuschima und andere Unfälle) auch bessere Schutzmechanismen benötigen, aber die Evolution braucht Hunderte von Jahren (also viele Generationen), damit sich seltene positive Mutationen durchsetzen können.

Die Hauptquelle für meinen Artikel ist eine Vorlesung aus der Freien Universität. Genauere Quellen zu den verwendeten Bildern sind mir leider nicht bekannt.