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Sind dies die ältesten Lebensspuren?

Verzweigte Filamente in bis zu 4,28 Milliarden Jahre altem Gestein entdeckt

Mikrofossilien
In diesem 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahre alten Gestein (links) haben Forscher mögliche Spuren frühen Lebens in Form verzweigter Mikrofilamente entdeckt. © Dominic Papineau

Mysteriöse Strukturen: Im Norden Kanadas haben Forscher Mikrofossilien entdeckt, die von den frühesten Lebensformen auf unserem Planeten stammen könnten – sie sind rund vier Milliarden Jahre alt. Die versteinerten Relikte bestehen aus parallelen Filamenten, die von einem gemeinsamen Stiel ausgehen und zwischen denen kürzere Fädchen sowie hunderte ovaler Gebilde liegen. Die komplexe Struktur und chemische Zusammensetzung dieser Strukturen seien nicht allein durch abiotische Prozesse erklärbar, so das Team im Fachmagazin „Science Advances“.

Wann und wo entstand das erste Leben auf der Erde? Bisher ist dies unklar, weil es kaum eindeutige Fossilien gibt. Forscher sind daher auf indirekte Hinweise angewiesen – zum Beispiel chemische Verbindungen, die typischerweise durch die Tätigkeit lebender Zellen entstehen, oder auffallende rundliche oder fädige Strukturen im Gestein. Solche potenziellen Mikrofossilien wurden unter anderem in 3,5 Milliarden Jahre altem Gestein in Australien und im 3,7 Milliarden Jahre alten Grünsteingürtel Grönlands entdeckt.

Quebec
In der Nuvvuagittuq-Gesteinsformation (hinten) im Norden Quebecs treten rund vier Milliarden Jahre alte Sedimente zutage.© Dominic Papineau

Noch ältere potenzielle Lebensspuren entdeckten Forscher 2017 im kanadischen Quebec: In der 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahre alten Nuvvuagittuq-Gesteinsformation stießen sie auf fädige, teilweise verzweigte Hämatit-Filamente, die sie als Mikrofossilien interpretierten. Allerdings: Sowohl diese wie auch andere potenzielle Lebensspuren sind umstritten, weil auch abiotische geochemische Prozesse ähnliche Strukturen erzeugen können. Diese werden auch als „chemische Gärten“ bezeichnet.

Neuer Blick auf uralte Versteinerungen

Doch sind die versteinerten Relikte aus Quebec wirklich nur abiotische Pseudo-Fossilien? Um dies zu überprüfen, haben Forscher um Dominic Papineau vom University College London nun weitere Gesteinsproben aus dem Nuvvuagittuq-Gesteinsgürtel untersucht. Mithilfe der Mikrotomographie und einer Ionenstrahlanalyse durchleuchteten sie eine faustgroße Gesteinsprobe und erstellten tausende Bilder ihres Innenlebens.

Aus diesen Scans erstellten die Wissenschaftler ein dreidimensionales, hochauflösendes Modell der im Gestein enthaltenen Mikrofossilien. Zusätzlich analysierten sie die chemische und mineralische Zusammensetzung von 100 Mikrometer dünnen Gesteinsschnitten dieser Proben mithilfe verschiedener mikroskopischer und spektroskopischer Methoden.

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Komplexe, vielgestaltige Strukturen

Das Ergebnis: Die schon bekannten fädigen Filamente sind in Wirklichkeit Teil einer größeren, deutlich komplexeren Struktur. In ihrem Zentrum liegt ein knapp ein Zentimeter langer Stiel, von dem dünnere, parallele Äste abgehen. Diese fädigen, gewundenen Ausläufer sind im Schnitt 16 Mikrometer dick und bis zu 100 Mikrometer lang, wie Papineau und seine Kollegen berichten. Zwischen diesen Filamenten liegen zahlreiche kürzere Fädchen sowie hunderte ovaler Gebilde von rund 120 Mikrometer Länge.

„Diese unregelmäßigen Ellipsoide kommen meist in Gruppen vor und sind typischerweise linear und parallel zu den Filamenten angeordnet“, schreibt das Team. Zusätzlich existieren aber auch noch etwas größere rosettenförmige Hämatitgebilde sowie kugelige Formen mit einer fädigen Innenstruktur. Alle Strukturen enthalten Eisenoxidminerale, wie sie heute auch von eisenverarbeitenden Bakterien produziert werden, und Kohlenstoff in Form von Graphit.

MIkrofossilien
Potenzielle Mikrofossilien im Gestein und Rekonstruktion ihrer Struktur.© Dominic Papineau

Nicht rein abiotisch erklärbar

Die komplexe Form und die Zusammensetzung der neu entdeckten Strukturen sprechen den Forschern zufolge dafür, dass zumindest ein Teil von ihnen biologisch entstanden sein könnte. „Zwar können abiotische Experimente einige einfachere Merkmale von Filamentbündeln erklären, aber keines dieser Merkmale findet sich in den von uns untersuchten Proben“, schreiben Papineau und seine Kollegen. „Die im Nuvvuagittuq-Gestein gefundenen Hämatit-Filamente passen nicht zu den Beobachtungen von bekannten chemischen Gärten.“

Vergleiche legen nahe, dass solche abiotischen Prozesse nicht so komplexe, parallel verzweigte Strukturen hervorbringen können. Umgekehrt sind solche verzweigten Formen aber von vielen mikrobiellen Fossilien aus der jüngeren Erdgeschichte bekannt, wie das Team erklärt. Dazu gehören unter anderem Spuren von eisenoxidierenden Bakterien an hydrothermalen Schloten unterseeischer Vulkangebiete.

Starkes Indiz für frühes Leben

Nach Ansicht der Forscher ist es daher wahrscheinlich, dass die Mikrostrukturen im uralten Nuvvuagittuq-Gestein tatsächlich von frühen Organismen stammen. „Unsere Studie spricht stark dafür, dass es vor 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahren schon verschiedene Arten von Bakterien auf der Erde gab“, sagt Papineau. „Das bedeutet, dass sich das Leben schon rund 300 Millionen Jahre nach Entstehung der Erde entwickelt haben könnte – nach geologischen Maßstäben ist dies schnell.“

Sollte sich dies bestätigen, dann hätte dies auch weitreichende Bedeutung für die Suche nach extraterrestrischem Leben. Denn die Funde so früher Organismen-Relikte legen nahe, dass sich erste primitive Lebensformen schon relativ früh nach der Bildung eines Planeten entwickeln können. „Wenn sich Leben unter geeigneten Bedingungen so schnell entwickeln kann, dann erhöht dies die Chance, dass es auch auf anderen Planeten Leben gibt“, sagt Papineau. (Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abm2296)

Quelle: University College London

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