Rost konserviert Organismen aus der Anfangszeit des Lebens

21. Februar 2015, 14:38
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Deutsche Geomikrobiologen zeigten im Experiment, wie die Überreste von Bakterien Druck- und Temperaturextreme bei der Gesteinsbildung überstehen können

Tübingen - Nach heutigem Kenntnisstand nahm das Leben auf der Erde vor rund 3,8 Milliarden Jahren seinen Anfang. Seither haben Mikroorganismen die Chemie der Erdoberfläche und des Untergrunds nachhaltig beeinflusst. Um die Evolution dieser frühen Lebensformen zu rekonstruieren, sind Forscher auf Funde von organischen und mineralischen Resten der Mikroorganismen angewiesen. Dass erkennbare Spuren der winzigen Lebewesen die Jahrmilliarden überhaupt überdauern können, klingt beinahe wie ein Wunder - noch mehr, wenn man bedenkt, dass die Gesteine, in die sie eingebettet sind, meist starken Veränderungen unterworfen sind. Doch tatsächlich werden immer wieder derartige Mikrofossilien in uralten Gesteinen gefunden. Die Interpretation dieser Entdeckungen stellt die Wissenschafter allerdings vor große Probleme.

Denn bisher ist wenig über die Bedingungen bekannt, die zur Erhaltung der Strukturen beitragen. Wie Mikrofossilien im Gestein konserviert werden, haben Forscher der Universität Tübingen nun gemeinsam mit Schweizer und US-amerikanischen Kollegen genauer untersucht. Ihren Ergebnissen zufolge, die in dem Fachjournal "Nature Communications" veröffentlicht wurden, spielt Eisen eine Schlüsselrolle: Wenn die Strukturen der Mikroorganismen in Eisen oder besser in dessen oxidierte Form Rost eingebettet sind, überstehen diese Strukturen extreme Druck- und Temperaturbedingungen, wie sie bei der Entstehung von Gestein auftreten können.

Verdrillte Bänder aus der Frühzeit des Lebens

Einige Arten von Eisen oxidierenden Bakterien produzieren bei hoher Eisen- und niedriger Sauerstoffkonzentration charakteristische organisch-mineralische Strukturen in Form verdrillter Bänder. Heute finden sich solche Lebensbedingungen auf der Erde nur noch in einigen Nischen wie zum Beispiel in Höhlen, Bergwerksminen, heißen Quellen am Boden der Tiefsee oder auch manchen Seesedimenten.

Das war vor rund zwei Milliarden Jahren anders, als die Ozeane viel Eisen enthielten. Damals reicherte sich langsam Sauerstoff in der Atmosphäre an, und diese Bakterien lebten unter Idealbedingungen. "Wenn Reste solcher Mikroorganismen heute in bestimmten Gesteinen in eisenreicher Umgebung gefunden werden, lässt sich umgekehrt darauf schließen, dass dort früher niedrige Sauerstoffkonzentrationen geherrscht haben müssen", erklärt Andreas Kappler vom Schweizer Paul Scherrer Institut in Villigen.

Überreste überstehen extreme Bedingungen

Für ihre Studie haben die Forscher in dem historischen Silberbergwerk "Segen Gottes" in Haslach-Schnellingen im Schwarzwald Proben von verdrillten Bändern genommen. Im Experiment setzten sie diese Proben Druck- und Temperaturbedingungen aus, wie sie typischerweise während der Gesteinsbildung in der Erdgeschichte auftraten, bei bis zu 250 Grad Celsius und 140 Megapascal. Die verdrillten Bänder wurden vor und nach dem Experiment mikroskopisch und mit spektroskopischen Techniken untersucht.

"Die Strukturen bleiben durch die Einbettung in das Eisen auch unter extremen Bedingungen erhalten", fasst Mitautor Martin Obst zusammen. Die spektroskopischen Profile, die die Wissenschafter von den Proben im Experiment erhielten, werden außerdem bei der künftigen Suche nach Spuren von Mikrofossilien im Gelände hilfreich sein. Dabei stehen Gesteinsschichten im Mittelpunkt des Interesses, die zur Zeit der Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre gebildet wurden. (red, derStandard.at, 18.2.2015)

  • Mikrobielle Biofilme überziehen die Gesteinswände in der Silbergrube "Segen Gottes" in Haslach-Schnellingen im Schwarzwald. Hier haben die Wissenschafter Proben genommen.
    foto: martin obst

    Mikrobielle Biofilme überziehen die Gesteinswände in der Silbergrube "Segen Gottes" in Haslach-Schnellingen im Schwarzwald. Hier haben die Wissenschafter Proben genommen.

  • Einige Eisen oxidierende Bakterien hinterlassen bei hoher Eisen- und niedriger Sauerstoffkonzentration charakteristische organisch-mineralische verdrillter Bänder.
    foto: aude picard/harvard university

    Einige Eisen oxidierende Bakterien hinterlassen bei hoher Eisen- und niedriger Sauerstoffkonzentration charakteristische organisch-mineralische verdrillter Bänder.

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