Mass der Zeit.

Eine der wirklich wichtigen Fragen in der Biologie ist die Frage nach den Masstäben von Raum und Zeit. Wir werden von Kind auf geschult, in euklidischen Räumen zu denken. Ich bin nicht sicher, ob dieses Denken natürlich ist. Wir sind daran gewöhnt, bauen den gesamten wissenschaftlichen Diskurs darauf auf. Ob aber in einer anderen kulturellen Umwelt sich Raum und Zeit anders enfalten täten als bei uns, das ist die Frage.

Für eine selbständige Semesterarbeit lese ich mich in die Frage hinein, inwiefern die Schwankungen von Umweltbedingungen fraktalen Dimensionen unterworfen sind, ihre Variabilität einem rosa oder gar roten Rauschen unterliegt. Will man Trends berechnen, nimmt in solchen Fällen die Varianz mit der Dauer der Zeitreihe zu, die Residuen sind nicht gleichverteilt, die Datenreihe ist nicht homoscedastisch.

Für die Gielen und Modi, die diesen Herbst im R-kurs aufgepasst haben: Das ist lauter Zeugs, was Euch der Gott aller erfolgreichen statistischen Berechnungen verboten hat! Wenn Ihr jetzt weiterlest, dann esst Ihr vom Baum der verbotenen Früchte. Ich warne Euch, sein Zorn wird Euch aus dem Paradies des traumwandlerischen Studentenlebens vertreiben! Ich habe Euch gewarnt.

Ich bringe ein paar von den Gedanken, die heute Abend wie Wolken über meinem Geisteshorizont dahinschwebten:
Es ist das Nachdenken zur Lektüre von „Evolution of Fossil Ecosystems“, 2nd ed. by Paul Selden & John Nudds. Das Buch kam letztes Jahr heraus und ist jetzt zu einem vernünftigen Preis als paperback bei Amazon zu haben. Die eigentliche Buchbesprechung hole ich in den nächsten Tagen nach.

Während das rote Rauschen – als eigentlicher „random walk“ oder brownsche Bewegung – als unbestimmtes Integral des weissen Rauschens berechnet werden kann, ist es beim rosa Rauschen anders. In dem Fall haben wir es mit Prozessen zu tun, wo die Wirkung des weissen Rauschens vom System selber gedämpft wird. Der Mechanismus, der zu dieser Dämpfung führt, bestimmt die fraktale Dimension der Veränderungen und er wird damit zu einem ersten, globalen Hinweis auf das Vorhandensein eines biologischen Vorganges. In die Richtung ungefähr sehe ich den theoretischen Ansatz, wenn wir die Massstäbe von biologischen Prozessen anders als an euklidischen Dimensionen messen wollen.

Heute gebe ich micht mit Zeitmassen ab. Unser Zeitmass wird zwar gerne als vierte Dimension in einem euklidischen Raum dargestellt und oft wird auch auf diese Art damit gerechnet. Dennoch, für jeden von uns sichtbar ist es ein Zeitmass aus der natürlichen Umwelt, bezogen auf Umweltfaktoren, die unseren Lebensrhythmus direkt gestalten, der Tag nach dem Sonnenumlauf, die Stunden als Teil davon. Das Jahr nach der Ekliptik, die Monate nach den Monden, aber prächtig vermurkst, damit sie in das Jahr passen.

Über Paläontologie aus den letzten 500 Millionen Jahren lese ich in meinem neuen Buch. Da geht es um Lagerstätten, dazu lebendige Rekonstruktionen ihrer Fossilien, deren ökologischer Umwelt und die Anpassung daran. Ich bin erstaunt, wieviel die Spezialisten zu wissen meinen über den Bau jener längst vergangenen Organismen, den Stoffwechsel, die Nahrungsnetze, den evolutiven Selektionsdruck in der damaligen Umwelt.

Einerseits ist sehr viel paläontologische Handarbeit dabei. Aus zehntausenden von Fossilien werden die paar herausgesucht, wo die morphologische Strukturen wirklich gut sichtbar abgebildet sind. Daraus werden dreidimensionale Rekonstruktionen der Lebewesen gezeichnet, wo immer das möglich ist. Hier ist das biologische Fachwissen gefordert.

Woher aber stammt das ureigentliche ökologische Wissen über jene Zeit? All das, was wir Ökologen an unserer Uni lernen, ist dort nicht möglich. Es gibt nichts zu zählen im Feld, keine noch so geschickten Anordnungen von Stichproben in der Fläche, keine Messreihen zu Umweltfaktoren, nichts. Man kann diese Lebewesen in keine Gewächshäuser einpflanzen für Experimente und Messungen.

Die Zeitmasstäbe werden von den Geologen geliefert. Klar, wir alle haben schon einmal die Schemen gesehen von der Abfolge der Perioden im Erdaltertum. Wörter wie Präkambrium oder Mesozoikum habe inzwischen sogar ich mir merken können und „Jurassic Park“ sagen die Kindergärteler auf Englisch und haben prächtige Dinosaurier vor Augen. Dennoch, die geoglogische Stratigraphie gibt keine Rekonstruktion von Ökosystemen.

Was also ist das Geheimnis? Wer liefert die Vorgaben, um die Dynamik von Umweltanpassung, Stoffwechsel, Nahrungsnetzen, teils sogar Stofflüssen in Ökologie und Evolution jener längst vergangenen Systeme durchzudenken?

Die Geologen verlassen sich darauf, dass heute wie vor 600 Millionen Jahren dieselben physikalischen und chemischen Prozesse bei der Bildung von Sedimentgesteinen ablaufen. (Man verzeihe meine laienhafte Einschränkung bei der Benennung der Spezialdisziplinen.)
Aus den Zeiten, als der Urkontinent freigegeben von mehren hundert Millionen Jahren vollständiger Vergletscherung, sich aufzuspalten begann, dem Ediacarium in dem zitierten Buch:

The Edicaria Member consists of a series of siltstones and sandstones which represent pelagic to intertidal conditions. The implication is that there was a continental edge delivering sediment into deep water, at times by means of turbidite flows and occasionally as a delta which shallowed the water to sub- and inter-tidal levels. Some storm horizons can be seen. It is at these shallow levels, around the storm wave base, that the fossils occur. Aiding preservation are the thin films of clay which represent gentle deposition from suspension and which occur between the sandstone layers, the latter representing more energetic flow and sediment deposition, possibly during storm events.

Es sind diese Geologen, die die Zeitmasse liefern. Das Zeitmass ist nicht eine lineare Achse aus Sekunden, Stunden, Monaten, Jahrtausenden. Das Zeitmass wird gegeben von träge schwebenden, langsam sinkenden, verwirbelten Ströme von Kleinstteilchen am Rand von Kontinenten (Jahrtausende oder so in der Art), wachsende und wieder schwindende Deltas mit ausgedehntem Flachwasser (Jahrhunderte oder ähnlich), darüber schwappende Gezeiten (immer von neuem, während Jahrzehnten), hereinbrechende Stürme (vielleicht nach Jahreszeiten).

Die Geologen sind es, die über die Erde verteilte Fundstücke aus dem weissen Rauschen herausfiltern und in eine rosa gefärbte, fraktale Ordnung einpressen. Das Wissen um die Geschwindigkeit, Abläufe, Umwege, Ungewissheiten in der Gesteinsbildung genügt, um Masse der Zeit zu liefern, die überhaupt die Dynamik jener biologischen Systeme erkennenswürdig machen. Dieses geologische Zeitmass ist alles andere als von einer euklidischen Dimension. Deswegen auch gebraucht man die Namen der erdgeschichtlichen Perioden.

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