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Video online ab 6.9.2017, 6.00 UhrVideo online ab 6.9.2017, 6.00 Uhr
Ein Sauerstoffatom - symbolisch - entsprechend der Energieverteilung der Elektronen in der Atomhülle, als aktives "Energiebündel" dargestellt
Der Atem der Erde
Kaum etwas auf der Erde kann ohne Sauerstoff leben. Dieses unglaublich vielseitige Element hat den Planeten, wie wir ihn kennen, erst bewohnbar gemacht. "Universum" erzählt mit "Der Atem der Erde" die Geschichte der Erde aus der Perspektive jenes Elements, das hinter (fast) allen Lebensformen steckt - seien es Rieseninsekten, Dinosaurier im Miniaturformat oder Fische, die an Land gehen. Der Film visualisiert die faszinierende, Millionen Jahre lange Lebensgeschichte eines Sauerstoff-Atoms und seine unendliche Reise durch Zeit und Raum.
Diese Dokumentation zeigt in verblüffenden Bildern, wie die unsteten Sauerstoffteilchen zu treibenden Kräften des Lebens werden konnten. Und verrät, weshalb man beim Ansehen dieser Dokumentation wahrscheinlich dasselbe Sauerstoffatom einatmet wie Dschingis Khan mehr als tausend Jahre zuvor. Das österreichisch-britische Gestalterduo Alfred Vendl und John Capener beschritt für dieses Filmprojekt in vielerlei Hinsicht Neuland. "Jeder weiß natürlich, dass alles um uns aus Atomen aufgebaut ist", erklärt John Capener. "Aber für die meisten von uns besteht kein unmittelbarer Bezug zwischen unserer und der atomaren Welt. Wir haben mit diesem Film versucht, genau diesen Bezug herzustellen."

© ORF/AV Dokumenta Antoine Laurent Lavoisier, der Entdecker des Sauerstoffs, bei einem Experiment, um  Diamanten zu schmelzen (Museumsdarstellung)
Antoine Laurent Lavoisier, der Entdecker des Sauerstoffs, bei einem Experiment, um Diamanten zu schmelzen (Museumsdarstellung)
Der Film verfolgt die unglaubliche Geschichte eines Sauerstoffatoms über die Jahrmilliarden und die Schlüsselrolle, die er für die dramatischsten Wendepunkte der Erdgeschichte spielt. Die Dokumentation verbindet klassischen Naturfilm, innovative Erzähltechniken und imposante 3-D-Animationen, um anhand verblüffender Beispiele die überraschenden Zusammenhänge zwischen Sauerstoff und der Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten zu zeigen. Eine gestalterische Herausforderung war für Regisseur Alfred Vendl die Inszenierung des Hauptdarstellers, des Sauerstoffatoms: "Wie stellt man etwas dar, das keine für uns optisch wahrnehmbaren Eigenschaften hat? Wir mussten daher eine symbolhafte Darstellung entwickeln, die die wichtigsten Eigenschaften der Atombestandteile widerspiegeln sollte."

Im Gegensatz zu den berüchtigten Kalotten-Modellen, die man noch aus dem Chemieunterricht kennt, sollte das Sauerstoffatom bei seinen Abenteuern dem aktuellen Stand der Wissenschaft entsprechen. "Das Atom wird transparent dargestellt, um der Materielosigkeit der Atomhülle Rechnung zu tragen. Und die Elektronen bewegen sich nicht auf durchgehenden Bahnen, sondern blitzen immer nur ganz kurz an verschiedenen Stellen ihrer wahrscheinlichen Aufenthaltsräume auf", erläutert der habilitierte Chemiker Alfred Vendl das Konzept. "Das Sauerstoffatom erscheint dadurch wie ein lebendiges Energiebündel, was seinen chemischen Eigenschaften ja durchaus entspricht." Denn Sauerstoff ist ein äußerst reaktionsfreudiges Element. Aber erstaunlicherweise gab es während der ersten Jahrmilliarde nach Entstehung der Erde keinen Sauerstoff in der Luft. Doch dann lernte ein neuer Typ von Bakterien, mit Hilfe von Sonnenlicht Kohlendioxid und Wasser zu zerlegen. Als Abfallprodukt entstand dabei O2, der gasförmige Luftsauerstoff. Und das sollte die Spielregeln auf unserem Planeten für immer ändern. Die großen Schritte der Evolution erfolgten ab diesem Zeitpunkt immer im Gleichklang mit dem mächtigen Molekül. "Sauerstoff enthält eine große Menge Energie", erklärt Koregisseur John Capener. "Und vor zweieinhalb Milliarden Jahren hat eine unscheinbare Mikrobe einen Weg gefunden, diese Energie freizusetzen. Später haben sie diese Aufgabe im Rahmen von größeren Zellen übernommen, und heute leben die Nachfahren dieser Bakterien als Mitochondrien in jeder Zelle jedes Tieres und auch in jeder unserer Zellen.“

Fossiler Abdruck einer "Marella", die über 3D-Animation "verlebendigt" wird.  © ORF/AV Dokumenta Fossiler Abdruck einer "Marella"
"Marella", ein Arthropode, von John Walcott als Fossil in Burgess Shale entdeckt, konnte in sauerstoffarmen Zeiten mehr Sauerstoff aufnehmen als andere Arten, da zusätzliche Segmente mit Kiemen dies ermöglichten.   © ORF/AV Dokumenta "Marella", ein Arthropode

Im Verlauf der Erdgeschichte schwankten die verfügbaren Sauerstoffmengen auf dem Planeten stark. Diese Schwankungen ermöglichten die wesentlichen Innovationsschritte in der Entwicklung der Lebewesen. Als der Sauerstoffgehalt in den Meeren vor rund 400 Millionen Jahren einen Tiefstand erreichte, begannen im Meer lebende Tiere, ihren Sauerstoffbedarf aus der Luft zu ergänzen und in weiterer Folge an Land zu gehen.

Als vor 300 Millionen Jahren der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre doppelt so hoch war wie heute, konnten Insekten riesenhafte Formen annehmen. Libellen etwa erreichten einen Meter Flügelspannweite. Die Dinosaurier entwickelten ein Atmungssystem, das um ein Drittel effizienter ist als jenes der Menschen. Es ist bis heute in den Körpern der Vögel im Einsatz nur dadurch sind sie fähig zu fliegen. Einen der Höhepunkte im Film bildet eine Szene, die veranschaulichen soll, wie Tyrannosaurus Rex vor 65 Millionen Jahren vom gesteigerten Sauerstoffangebot in der Atmosphäre profitierte.

Riesenlibelle, mit einer Flügelspannweite von bis zu einem Meter – vor 300 Millionen Jahren war der Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre etwa doppelt so hoch wie heute – eine große Zeit für Insekten, die in der Lage sind über kleine Röhren im Gewebe passiv zu atmen.    © ORF/AV Dokumenta Riesenlibelle
Dinosaurier – T-Rex, traten gegen Ende der Dinosaurierperiode auf. Waren imstande durch spezielle Fortbewegungsmethode und Lungentechnik auch bei niedrigem Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre genug Energie durch Atmung zu tanken.   © ORF/AV Dokumenta Dinosaurier

"Am Strand, wo wir die T-Rex-Szene drehten, ließen gerade Leute ihre Hunde laufen", berichtet John Capener. "In der Animation des fertigen Films wurden sie entfernt, aber eigentlich war es ein amüsantes Bild: Drei 13 Meter lange Tyrannosaurier machen sich gerade zähnefletschend über ihre Beute her während daneben ein Pärchen friedlich mit seinem Hund spazieren geht."

© ORF/AV Dokumenta Schlammspringer - lebt im Schlamm und ist in der Lage, Luft zu "schlucken" und über feuchte Partien im Maul Sauerstoff für die Atmung zu gewinnen, sodass er an Land überleben kann. Der Schlammspringer kann auch über seine - nasse - Haut atmen.
Schlammspringer - lebt im Schlamm und ist in der Lage, Luft zu "schlucken" und über feuchte Partien im Maul Sauerstoff für die Atmung zu gewinnen, sodass er an Land überleben kann. Der Schlammspringer kann auch über seine - nasse - Haut atmen.
Wie heute lebende Tiere das Sauerstoffangebot nutzen, ist ebenso vielfältig, faszinierend und noch vielfach unerforscht. So wurde erst kürzlich herausgefunden, wie Schlammspringer die wechselnden Sauerstoffkonzentrationen im Uferbereich der Ozeane nutzen. Diese kleinen Fische können nicht nur an Land gehen und Luftsauerstoff atmen, sie füllen auch selbst gebaute unterirdische Luftreservoirs, um sich vor Räubern zu retten. Manche im Wasser lebende Insekten wiederum nutzen die tollsten physikalischen Tricks, um ihr Leben lang unter Wasser zu bleiben und trotzdem Luftsauerstoff zu atmen. An kaum einem Stoff werden die globalen Zusammenhänge zwischen Sauerstoff und dem Leben auf der Erde so deutlich wie an dem dreiatomigen Sauerstoffmolekül Ozon. Die Ozonschicht existiert seit drei Milliarden Jahren. Und sie konnte nur entstehen, weil damals die ersten Pflanzen jene Sauerstoffmoleküle in die Atmosphäre pumpten, die UV-Strahlen abfangen konnten. Das Leben hat seine hochgiftige Schutzhülle rund um den Planeten erzeugt und damit die Voraussetzungen für seinen Weiterbestand selbst geschaffen.

Sendedaten
Mittwoch, 6. September 2017
um 14.00 Uhr
Dolby Digital 5.1, 16:9, Videotext-UTStereo, 16:9, Videotext-UT
Credits
Eine Dokumentation von Alfred Vendl und John Capener, BBC 2008
Glossar
Die Atmosphäre
Zehn Kilometer dünn ist die Schicht, in der sich das Wetter und unser Leben abspielen - dabei reicht die Atmosphäre hunderte Kilometer weit und geht dann ins Weltall über.