Unter dem rotbraunen Sand der Djurab-Wüste im Norden Tschads machten Forschende vor über zwei Jahrzehnten einen spektakulären Fund: ein sieben Millionen Jahre alter, deformierter Schädel, einzelne Zähne und wenige Knochen. Es sind die Überreste des Sahelanthropus tchadensis.
Zu Lebzeiten dieses längst ausgestorbenen Menschenaffen – und vermutlich frühesten bekannten Vorfahren des Menschen nach Abspaltung von der Schimpansenlinie – erstreckte sich eine feuchte Savannenlandschaft in Zentralafrika.
Es sollten noch einige Millionen Jahre vergehen, bis die Gattung Homo die Bühne der prähistorischen Erde betrat. Vor etwa 300.000 Jahren begann schließlich die Geschichte unserer Spezies, des Homo sapiens.
Nicht nur trocknete in dieser Zeit die Savanne aus und wandelte sich zu einer Wüste, die gesamte Erde hat sich während der menschlichen Evolutionsgeschichte immer wieder dramatisch verändert. Mehrere Eis- und Warmzeiten sind über den Planeten hinweggegangen.
Ein Zahnrädchen im Erdsystem aber blieb über die Jahrmillionen erstaunlich stabil – die CO2-Konzentration der Atmosphäre.
Über die gesamte Evolutionsgeschichte von Sahelanthropus tchadensis bis heute überstieg die Konzentration – so vermuten Paläontolog:innen – selten bis nie das heutige Level. Mit großer Sicherheit lässt sich das für die jüngsten 800.000 Jahre sagen. Analysen von im Antarktiseis eingeschlossenen Luftblasen belegen einen CO2-Spiegel, der zwischen 180 und 280 ppm schwankte.
Erst im Jahr 1900 überschritt das Treibhausgas schließlich die 300-ppm-Marke. 2015 waren bereits 400 ppm erreicht, und heute, zehn Jahre später, sind es 430 ppm.
Kohorte von 7.000 Personen zeigt veränderte Blutwerte
Dieser rapide Anstieg der letzten Jahrzehnte könnte nicht nur unserem Erdsystem zusetzen. Wie zwei australische Wissenschaftler argumentieren, könnte er auch zu einem Problem für unsere Gesundheit werden. Der menschliche Organismus habe sich, schreiben sie in einer neuen Studie, möglicherweise an ein relativ schmales CO2-Fenster angepasst und toleriere daher keine deutlich höheren Werte.
Hinweise auf diese These wollen der Lungenmediziner Alexander Larcombe und der Geowissenschaftler Phil Bierwirth bei ihrer Analyse von Blutwerten von 7.000 Personen zwischen 1999 und 2020 gefunden haben. Die Zahlen stammen aus den zweijährlich erhobenen US-Gesundheitsdaten, dem National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES).
Auffällig sei vor allem ein Anstieg der durchschnittlichen Bikarbonatwerte um etwa sieben Prozent, schreiben sie. Die durchschnittlichen Kalzium- und Phosphatwerte sanken in dem Zeitraum um zwei beziehungsweise sieben Prozent.
Eine CO2-reichere Umgebung sei eine schlüssige Erklärung für die beobachteten Veränderungen, erklären die Forscher im Fachjournal Air Quality, Atmosphere & Health. In den 20 Jahren ist die Konzentration um etwa zwölf Prozent gestiegen. Dass die Veränderungen der Blutwerte den CO2-Anstieg nicht eins zu eins widerspiegeln, sei aufgrund der komplexen physiologischen Prozesse im Körper nicht anders zu erwarten, so Larcombe auf Nachfrage.
"Es gibt keine Studien zu den gesundheitlichen Auswirkungen permanenter CO2-Konzentrationen, die für die nahe Zukunft relevant sind – etwa 500 bis 800 ppm", kritisiert er. CO2 gelte als Klimaproblem und nicht als mögliche direkte Gefahr für die menschliche Gesundheit.
Diese enorme Wissenslücke sei angesichts dieser nachgewiesenen Veränderungen von Blutwerten in einer repräsentativen Kohorte besorgniserregend.
Setzt sich der gegenwärtige Trend fort, wird das obere Limit eines gesunden Bikarbonatwerts laut Studie schon in 50 Jahren überschritten. Phosphat und Kalzium verlassen 2085 beziehungsweise 2099 den Normbereich.
Ist CO2 eine Gesundheitsgefahr?
Ob von höheren CO2-Konzentrationen eine Gesundheitsgefahr ausgeht, ist wissenschaftlich umstritten. Lange galt CO2 erst ab extremen Werten, mehrere zehntausend ppm, als potenziell gefährlich. Neuere Erkenntnisse zeigen ein anderes Bild.
Schon kurzzeitige CO2-Konzentrationen über 1.000 ppm – ein Wert, der heute in vielen Innenräumen überschritten wird – hätte zum Beispiel kognitive Leistungseinbußen wie Konzentrationsprobleme zur Folge, sagt Susanne Koch, Fachärztin mit Spezialisierung in klinischer Neurophysiologie an der Charité. Das sei mittlerweile gut belegt.
Laut einer Übersichtsstudie aus dem Jahr 2018 gibt es zudem "vorläufige Hinweise", dass ab 1.000 ppm das Risiko für Osteoporose, Entzündungen und weiteres steigt.
Andere Studien widersprechen allerdings und argumentieren, dass der menschliche Körper problemlos mit steigenden CO2-Konzentrationen fertig werde.
Vor allem die Folgen von langfristig moderat erhöhten CO2-Werten seien noch unzureichend erforscht, räumt Charité-Ärztin Koch ein. Eine gesundheitsrelevante Wirkung sei aber durchaus plausibel. "Ähnlich wie bei Hitzestress oder Luftverschmutzung sind mit Sicherheit nicht alle Menschen gleichermaßen betroffen. Während Gesunde damit oft gut klarkommen, sind alte Menschen, Menschen mit Vorerkrankungen und Neugeborene stärker gefährdet", betont sie.
Höhere CO2-Konzentrationen können – zumindest in der Theorie – zu einer Übersäuerung des Körpers führen. Der menschliche Körper produziert ständig CO2. Das Gas ist ein Abfallprodukt, das in den Körperzellen bei der Umwandlung von Zucker und anderen Nährstoffen in Energie entsteht.
Von dort diffundiert das Kohlendioxid in den Blutkreislauf, wo es mit Wasser zu Bikarbonat und einem H+-Ion reagiert und zur Lunge abtransportiert wird. Dort findet die Rückreaktion statt und CO2 wird ausgeatmet.
Steigt die CO2-Konzentration der Umgebung, wird CO2 ineffizienter abgeatmet. Damit sammeln sich mehr H+-Ionen, also freie Protonen, im Blut. Protonen sind winzige geladene Teilchen. Je mehr davon im Blut sind, desto stärker sinkt dessen pH-Wert. Das Blut wird also saurer.
Für einen gesunden Körper ist ein ausgeglichener Säure-Basen-Haushalt entscheidend. Deshalb versucht der Körper überschüssige Säure mithilfe verschiedener Mechanismen auszugleichen.
Übersäuerung kann viele Gründe haben
Die Kernfrage ist also, bis zu welchen CO2-Konzentrationen die Säureregulation problemlos funktioniert.
Bei kurzfristiger Übersäuerung, etwa nach intensivem Sport, beschleunigt sich die Atmung, um CO2 schneller loszuwerden. Bei chronisch erhöhten CO2-Werten reicht das nicht mehr aus.
Die Nieren verhindern dann die Ausscheidung von Bikarbonat – dem natürlichen Gegenspieler der Protonen – und produzieren zusätzliches Bikarbonat, um den pH-Wert im Blut stabil zu halten. Außerdem kann der Körper durch eine schnellere Ausscheidung der Säure durch die Nieren und eine Akkumulation der Protonen im Knochengewebe reagieren, wie Pawel Wargocki, Professor für Innenraumklima an Dänemarks Technischer Universität, erläutert.
Insbesondere die Rolle der Knochen ist komplex. Wenn die Protonen Phosphate und Kalzium aus dem Knochengewebe ersetzen, kann das neben Osteoporose zu kurzfristig höheren Konzentration im Blut führen. Allerdings wurde in Experimentalstudien nachgewiesen, dass bei sehr hohen Konzentrationen CO2 auch aktiv, zum Beispiel als Kalziumkarbonat, in den Knochenmineralen gespeichert wird. Dadurch sinken die Blutwerte.
Bei langfristig niedrigeren pH-Werten überwiegt aber vor allem die verstärkte Ausscheidung von Kalzium und Phosphaten durch den Urin, weshalb die Gesamtmenge der beiden Mineralstoffe im Körper sinkt.
Die genauen Mechanismen bei chronisch und moderat erhöhten CO2-Konzentrationen seien schlicht noch nicht endgültig geklärt, sagt Alexander Larcombe. "Was wir anhand der Blutwerte sehen, ist: Der Körper reagiert auf irgendetwas. Was das genau auslöst oder welche Folgen es haben wird, können wir nicht sagen."
Die Veränderungen im Blut als Anzeichen einer Übersäuerung seien in dieser epidemiologischen Studie zwar signifikant, sagt Neurophysiologin Susanne Koch. Allerdings könnten auch andere Faktoren zu einer Übersäuerung führen, das sei in der Studie leider nicht berücksichtigt worden.
In dem untersuchten Zeitraum sei die Bevölkerung der USA zum Beispiel älter und adipöser geworden. "Beides ist mit einer Übersäuerung des Körpers verbunden."
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass anhaltend höhere CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre zukünftig durchaus eine Rolle spielen könnten, ergänzt Koch. Es gebe hier allerdings noch deutlichen Forschungsbedarf.
"Wir wissen es nicht"
Auch Pawel Wargocki ist von der These der Studienautoren wenig überzeugt. "Wir verbringen 90 Prozent unserer Zeit in geschlossenen Räumen", erklärt er. "Die CO2-Konzentration ist dort mindestens 200 bis 400 ppm höher als draußen, in vielen Fällen herrschen Konzentrationen weit jenseits der 1.000 ppm."
Die vergleichsweise kleinen Veränderungen des Atmosphärenanteils seien bedeutungslos für unsere Gesundheit, selbst wenn sie mit irgendwelchen physiologischen Markern scheinkorrelieren sollten.
Mit den Veränderungen in der Atmosphäre veränderten sich zwar auch die Innenraumkonzentrationen, aber andere Faktoren wie die Belüftung oder die Zahl der Menschen im Raum wirkten hier stärker.
"Die Veränderungen der Blutwerte sind bemerkenswert. Irgendwas passiert da also", sagt Wargocki. Einen kausalen Zusammenhang mit CO2-Konzentrationen ließen die Daten aber nicht zu. Andere Luftbestandteile seien für die menschliche Gesundheit zudem relevanter, etwa Feinstaub oder Formaldehyd.
Klinische Studien zu der chronischen Veränderung der Atmosphäre seien ohnehin schwierig, sagt Susanne Koch. Die weltweit ansteigende CO2-Konzentration sei für die Forschung ein Problem. Sie geschehe aus menschlicher Perspektive schleichend und betreffe alle Menschen, sagt Koch. "Wir sind also alle derselben CO2-Konzentration ausgesetzt, es gibt keine Vergleichsgruppe ohne Exposition."
Die Studie belege zwar kein Ende der Anpassungsfähigkeit des Menschen, aber sie zeige eine massive Forschungslücke auf. "Die Veränderungen der Blutwerte sind vermutlich zum Teil durch andere Ursachen zu erklären. Die wirklich ehrliche Antwort ist aber: Wir wissen es nicht."
