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Mikroben existierten schon vor 3,5 Milliarden Jahren

Auch frühe Stromatolithen entstanden unter Mithilfe von mikrobiellem Leben

Stromatolithen © Abigail Allwood

Stromatolithen, einige der ältesten Sedimentgesteine unserer Erde, entstanden durch die Mitwirkung von Mikroben. Das haben amerikanische Forscher jetzt anhand von Spuren organischer Materie in diesen 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen belegt. Damit gehören sie zu den ältesten Lebensspuren überhaupt. Bedeutsam ist dies auch für die Suche nach Leben auf anderen Planeten: Denn auch auf dem Mars könnten theoretisch solche Stromatolithen existieren und dann ein lohnendes Untersuchungsobjekt darstellen.

Stromatoliten gleichen Säulen aus Sediment – wechselnden Schichten, die in flachem Wasser der Urmeere über lange Zeiträume hinweg abgelagert wurden. Schon seit längerem ist bekannt, das die Stromatolithen der letzten 500 Millionen Jahre durch die tatkräftige Mitwirkung von Mikroorganismen entstanden: Diese lebten in dünnen Matten auf den Hängen und Ebenen des Meeresgrunds und trugen mit klebrigen Ausscheidungen und fadenartigen Auswüchsen dazu bei, dass sich Sedimentteilchen anhafteten.

„Stromatolithen wachsen, indem sie Sediment im flachen Wasser ansammeln“, erklärt John Grotzinger, Professor für Geologie am California Institute of Technology (Caltech). „Sie bilden wellenartige Ablagerungen, die im Laufe der Zeit zu einzelnen aufragenden Säulen geformt werden.“

Die Präsenz der Mikroben lässt sich auch heute noch indirekt über die von ihnen hinterlassenen organischen Bestandteile nachweisen – jedenfalls in den Stromatolithen jüngeren Datums. In diesen sind deutlich abwechselnde Schichten hellen und dunklen Materials sichtbar. Die dunklen Schichten enthalten das organische Material, das von den Mikrobenmatten zurückblieb.

Organische Materie zersetzt

Weniger eindeutig sieht dies jedoch für Stromatolithen aus, die sehr viel älter sind. Ob auch bei ihnen Mikroorganismen schon eine tragende Rolle beim Entstehen gespielt haben, konnte bisher nicht nachgewiesen werden. In der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) hat nun ein amerikanisches Forscherteam jedoch hier einen Durchbruch erzielt.

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„Weil die Stromatolithen dieser Periode schon länger existieren, waren sie stärker geologischen Veränderungen ausgesetzt“, erklärt Grotzinger. Sie wurden in tiefere Schichten des Untergrunds gepresst und wurden stark erhitzt. Hitze aber degradiert organisches Material – und damit auch mögliche Relikte von urzeitlichen Mikroben. „Die Kohlenwasserstoffe werden zersetzt, was übrig bleibt ist nur noch der Kohlenstoff.“

Kohlenstoff allein ist jedoch noch kein eindeutiger Indikator für vergangenes Leben, da er auch auf geochemischem Wege angelagert worden sein kann. Deshalb ist seit längerem schon strittig, ob die Kohlenstoffspuren in den alten Stromatolithen Anzeichen für Leben sind oder nicht.

Gemeinsam mit der Astrobiologin Abigail Allwood vom Jet Propulsion Laboratorium der NASA hat Grotzinger jedoch nun neue Daten gewonnen, die die Mitwirkung von Mikroben auch bei den älteren Stromatolithen belegen.

Textur und Schichtung als Indiz

Sie untersuchten Proben der Strelley Pool Stromatolithen in Westaustralien, die besonders gut erhalten sind. Deutlich sind hier dunkle Linien von potenziell organischem Material in Querschnitten zu erkennen, „Sie stehen ganz klar mit einer Schichtbildung in Zusammenhang, genau wie wir das auch von den jüngeren Steinen kennen“, so Grotzinger. „Diese Art der Beziehung ist nur schwer ohne einen biologischen Mechanismus zu erklären.“

Querschnitt eines 3,45 Milliarden Jahre alten Stromatolithen. Dunkle Schichten: Reste organischen Materials © scinexx

Mikrobielles Riff aus der Erdfrühzeit

„Wir wussten schon aus früheren Arbeiten, das wir hier eine Ansammlung von Stromatlithen haben, die am wahrscheinlichsten als mikrobielles Riff des frühen Archäozoikums interpretiert werden kann“, ergänzt Allwood. „Aber der direkte Beweis für Mikroben fehlte in diesen alten, stark veränderten Gesteinen. Es gab keine Mikrofossilien, kein organisches Material und nicht einmal die Mikrotexturmerkmale, die sonst typischerweise in Gesteinen vorhanden sind, die durch mikrobielle Mitwirkung entstanden sind.“

Allwood konzentrierte sich in ihren Analysen auf die Mikrotextur der Stromatolithen und wurde fündig. Sie sah „diskrete, mattenartige Schichten von organischem Material, das die Stromatolithen von Rand zu Rand überzog und allen tiefen Spalten und flachen Stellen ohne Verdickung folgte“, so die Forscherin. „Zudem zeigte eine Raman-Spektroskopie, dass die organischen Bestandteile auf die gleiche Temperatur erhitzt worden waren wie das Gestein, was darauf hinweist, dass sie keinen Kontamination jüngeren Datums sind.“

Frühester Beleg für mikrobielles Leben auf der Erde

Nach Ansicht der Forscher deutet alles darauf hin, dass auch die Stromatolithen aus der Frühzeit der Erdgeschichte bereits durch Mitwirkung von Mikroben gebildet wurden. „Je mehr wir diese Stromatolithen untersuchen, desto mehr Hinweise finden wir auf frühes Leben im Archäozoikum und die Natur dieser frühen Ökosysteme“, so Allwood. Bisher existierten nur indirekte Hinweise auf die Möglichkeit von Leben bereits zu dieser frühen Zeit. Meist galten die Gesteine aus dieser Ära als zu schlecht erhalten, um solche Indizien zu beinhalten.

Mögliches Indiz auch für Leben auf dem Mars

Doch die Bedeutung dieser Entdeckung reicht über die Erde und ihre Geschichte hinaus: „Eine der Motivationen um Stromatolithen zu erforschen, ist auch, dass Mikroben, die möglicherweise einst den Mars besiedelten, dann auch ihre Spuren in den Gesteinen hinterlassen haben könnten. Und Stromatolithen und mikrobiellen Riffe sind die am besten erhaltenen und am besten zu findenden Orte dafür“, so die Astrobiologin. Schon jetzt wurde auf dem Roten Planeten Regionen entdeckt, in denen einst Gewässer existiert haben könnten. An diesen Stellen wären die Bedingungen auch für die Entstehung von Stromatolithen günstig gewesen. Ob es tatsächlich welche gibt, müssen die nächsten Marsmissionen allerdings erst noch klären.

(California Institute of Technology, 20.07.2009 – NPO)

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