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Ein rotes Meer weit vor unserer Zeit

erstellt von Lutz_Peschke zuletzt verändert: 23.06.2009 12:00

Vor 542 Millionen Jahren explodierte das Leben geradezu. Wie aus dem Nichts entstanden höhere Organismen, die aus vielen Zellen bestanden und sich seither zu einer schier unglaublichen Artenfülle weiterentwickelten. Über die Zeit vor dieser kambrischen Artenexplosion wissen wir sehr wenig. Das liegt unter anderem an der geringen Größe der damaligen Erdbewohner. Ein recht junges Feld der Geowissenschaften, die Biogeochemie will jetzt aus den Überresten dieser Lebewesen Informationen über die Welt von damals gewinnen. Auf der Goldschmidt-Tagung der Geochemiker, die in diesem Jahr in Köln stattfand, wurde dieser Forschungszweig eingehend diskutiert.

Die Erde vor rund 1,6 Milliarden Jahren: Die Kontinente sind noch kahl und öde, doch die Ozeane rings um sie herum sind voller Leben. Unzählige Einzeller der unterschiedlichsten Art, Bakterien, Archäen, Algen, bewohnen die Meere – und diese sind im Grunde vielfältiger als sie heute sind. Denn neben sauerstoffgesättigten Zonen, die heute die Regel darstellen, gibt es Meeresbereiche, die komplett ohne Sauerstoff auskommen und trotzdem vor Leben schier bersten. „Das Wasser war wahrscheinlich sehr schwefelhaltig und höhere Lebensformen, wie Algen, haben wahrscheinlich überhaupt nicht existiert“, erklärt Jochen Brocks, Geowissenschaftler an der Australian National University in Canberra, „das Meer war vollkommen von Bakterien und Archäen dominiert und eine Gruppe von Organismen, die ganz besonders häufig war, waren die purpurfarbenen und grünen Schwefelbakterien.“ Und diese Schwefelbakterien führten dazu, dass der ganze Meeresbereich, in dem sie sich vermehrten, purpurrot gefärbt war.

Biomarker










Die Biomarker tropfen geradezu aus diesem Bohrkern aus Dolomit heraus. Foto: ANU

Spuren eines solchen purpurfarbenen Meeres hat Brocks in Gesteinsproben aus dem Norden Australiens gefunden. Nachgewiesen sind nur 50.000 Quadratkilometer, also eine Fläche so groß wie der heutige Malawisee, doch es könnte durchaus größer gewesen sein. „Australien war natürlich zu dem Zeitpunkt ganz woanders, niemand weiß, wo Australien war“, so Brocks, „aber dieses Meer, das dort existierte, war wirklich vollkommen und fundamental anders als alles, was wir später in der Erdgeschichte sehen.“ Damals war die Welt für sauerstoffhassende Mikroben noch in Ordnung, zumindest in Teilen der Weltmeere war Konkurrenz noch nicht in Sicht. Zwar betrieben die Cyanobakterien damals schon lange die sauerstoffproduzierende Photosynthese, aber noch war Sauerstoff rar. Das bremste die Evolution für mehr als eine Milliarde Jahre aus, zusammen mit der Tatsache, dass dieser schwefeldominierte Ozean für höhere Organismen giftig war.

Sauerstoffliebende und -hassende Organismen nebeneinander

Vollkommen sauerstofffrei war das Meer aber nicht. Das beweisen molekulare Fossilien von sauerstoffproduzierenden Cyanobakterien, die in der allerobersten Wasserschicht gelebt haben müssen. Brocks: „Wir hatten also Cyanobakterien, wir hatten phototrophe Schwefelbakterien, wir hatten aber sehr wenige und an manchen Stellen vielleicht überhaupt keine Algen.“ Die Weltmeere waren so etwas wie ein Marmorkuchen, glaubt Brocks. In flachen Becken reicherten Cyanobakterien den Sauerstoff an und dort verborgen schritt die Evolution zu komplexeren Lebewesen voran. Und es gab schier endlose Tiefen voll mit sulfidhaltigem Meerwasser, in dem sauerstofffeindliche Mikroben dümpelten. Was dann letztendlich das vielleicht zwei Milliarden Jahre dauernde Gleichgewicht zwischen sauerstoff- und schwefeldominierten Meereszonen zugunsten des Sauerstoffs hat kippen lassen, ist eine der großen Fragen der Geologie. Sicher ist, nachdem es gekippt war, begann eine rasante Entwicklung hin zu höheren Organismen, die aus vielen Zellen bestehen.

Brocks stützt seine Aussagen über das Meer vor dieser Zäsur auf Spuren, die noch nicht einmal Mikrofossilien zu nennen sind, er wendet die Methoden eines neuen Feldes der Geowissenschaften an: der Biogeochemie. Dazu extrahiert der aus Deutschland nach Australien ausgewanderte Forscher in seinem Labor in Canberra die Bestandteile der damaligen Lebewesen aus den Gesteinsproben und analysiert sie. „Was aus diesen Gesteinsproben herauskommt, ist im Prinzip das älteste flüssige Öl“, erklärt er. Erdöl ist schließlich das Endprodukt, das unter Druck und Abschluss von der Erdatmosphäre aus organischem Material entsteht. Es besteht aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffketten, die ursprünglich die unterschiedlichsten Moleküle in lebenden Zellen waren. Manche dieser Moleküle behalten ihre charakteristische Form auch unter dem hohen Druck und über lange Zeit bei, und manche Moleküle sind charakteristisch für ganz bestimmte Lebewesen. Damit dienen sie als Biomarker.

Molekulare Spuren überdauern Milliarden Jahre

„Diese überlieferten Moleküle sehen nicht genauso aus wie die biologischen Vorläufer“, erklärt Brocks weiter, „aber sie sind stabil über hunderte von Millionen Jahren bis Milliarden Jahre, die nennen wir molekulare Fossilien oder Biomarkers.“ Ihre Struktur ist an einigen Stellen verändert, weil bestimmte Atome aus der Molekülstruktur herausgebrochen werden und bestimmte Bindungen innerhalb des Moleküls verloren gehen, aber trotzdem lässt sich von dem erhaltenen Molekül eindeutig auf das Ursprungsmolekül schließen. „Und diese purpurfarbenen Schwefelbakterien produzieren als einzige ganz bestimmte Karotinoide, die am Ende zwei aromatische Ringe haben“, so Brocks, „und genau diese aromatischen Moleküle haben wir in diesen 1,6 Milliarden Jahre alten Gesteinen gefunden.“

„Im Präkambrium, vor 542 Millionen Jahren, sind diese molekularen Fossilien einige der ganz wenigen Dinge, die uns Informationen über das frühe Leben geben“, meint der Forscher. Noch haben die Biologen keinen anderen Organismus gefunden, der diese speziellen Moleküle herstellen kann. Noch sind sie daher ein starkes Indiz für Schwefelbakterien. Doch Brocks ist Pionier in einem jungen Forschungsfeld. Und bislang ist erst von rund einem Prozent der Organismen das Molekularprofil bekannt. Daher ist es durchaus möglich, dass bald Organismen entdeckt werden, die ebenfalls genau die Moleküle herstellen, die zurzeit eine Spezialität der purpurfarbenen Schwefelbakterien zu sein scheinen. Wie sich diese dann in das Bild vom teilweise purpurfarbenen Urozean vor Nordaustralien einfügen, bleibt abzuwarten. Den in Australien forschenden Deutschen Jochen Brocks schreckt das nicht: „Als Geologe kann man nicht behaupten, dass man eine wirklich gute Antwort für etwas hat, man kann höchstens sagen, dass man die beste Antwort hat. Wie gut die beste Antwort ist, das weiß man meistens nicht.“


Weitere Informationen:

Die Entsteheung der Erde war ein farbenfrohes Schauspiel, an dem winzige Akteure, Bakterien, beteiligt waren. Sauerstoffhasser und Sauerstoffliebhaber in der Ursuppe...

Bakterien haben viele Talente: Blaualgen stehn im Verdacht vor fast vier Millionen Jahren im Präkambrium  Eisenablagerungen verursacht zu haben. Daß Bakterien  das Wachsstum bestimmter Minerale stimulieren, ist bereits bekannt.





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