
Bildnachweis: NASA
Während zwei Rover den Mars nach Anzeichen von Wasser und den Vorläufern des Lebens absuchen, haben Geochemiker Beweise dafür gefunden, dass sich die alten Ozeane der Erde stark von den heutigen unterschieden. Die Studie, die in der dieswöchigen Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, zitiert neue Daten, die zeigen, dass die lebensspendenden Ozeane der Erde weniger Sauerstoff enthielten als die heutigen und eine Milliarde Jahre länger als bisher angenommen fast ohne Sauerstoff gewesen sein könnten. Diese Ergebnisse könnten helfen zu erklären, warum sich komplexes Leben nach seiner Entstehung Milliarden von Jahren lang kaum entwickelt hat.
Die von der National Science Foundation (NSF) finanzierten und der University of Rochester angegliederten Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, die aufzeigt, wie sich der Sauerstoff der Ozeane weltweit verändert haben könnte. Die meisten Geologen sind sich einig, dass bis vor etwa 2 Milliarden Jahren praktisch kein Sauerstoff in den Ozeanen gelöst war und dass sie während der meisten der letzten halben Milliarde Jahre sauerstoffreich waren. Aber es gab immer ein Rätsel um die Zeit dazwischen.
Geochemiker haben Methoden entwickelt, um in bestimmten Gebieten Anzeichen von uraltem Sauerstoff zu entdecken, aber nicht in den Ozeanen der Erde insgesamt. Die Methode des Teams kann jedoch extrapoliert werden, um die Natur aller Ozeane auf der ganzen Welt zu erfassen.
„Dies ist der beste direkte Beweis dafür, dass die Weltmeere zu dieser Zeit weniger Sauerstoff hatten“, sagt Gail Arnold, Doktorandin der Erd- und Umweltwissenschaften an der University of Rochester und Hauptautorin der Forschungsarbeit.
Enriqueta Barrera, Programmdirektorin in der NSF-Abteilung für Erdwissenschaften, fügt hinzu: „Diese Studie basiert auf einem neuen Ansatz, der Anwendung von Molybdänisotopen, die es Wissenschaftlern ermöglicht, globale Störungen in Ozeanumgebungen zu bestimmen. Diese Isotope öffnen zeitweise eine neue Tür zur Erforschung anoxischer Ozeanbedingungen in der geologischen Aufzeichnung.“
Arnold untersuchte Gesteine aus Nordaustralien, die sich vor über einer Milliarde Jahren am Meeresboden befanden, mit der neuen Methode, die sie und ihre Co-Autoren Jane Barling und Ariel Anbar entwickelt hatten. Frühere Forscher hatten mehrere Meter in das Gestein gebohrt und seine chemische Zusammensetzung getestet und bestätigten, dass es die ursprünglichen Informationen über die Ozeane sicher aufbewahrt hatte. Die Teammitglieder brachten diese Gesteine zurück in ihre Labore, wo sie eine neu entwickelte Technologie – ein sogenanntes induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer mit mehreren Kollektoren – verwendeten, um die Molybdänisotope in den Gesteinen zu untersuchen.
Das Element Molybdän gelangt durch den Abfluss von Flüssen in die Ozeane, löst sich im Meerwasser auf und kann Hunderttausende von Jahren gelöst bleiben. Da Molybdän so lange in Lösung bleibt, vermischt es sich gut in den Ozeanen, was es zu einem ausgezeichneten globalen Indikator macht. Es wird dann aus den Ozeanen in zwei Arten von Sedimenten auf dem Meeresboden entfernt: solche, die unter Wasser liegen, sauerstoffreich und solche, die sauerstoffarm sind.
In Zusammenarbeit mit dem Co-Autor Timothy Lyons von der University of Missouri untersuchte das Rochester-Team Proben vom modernen Meeresboden, einschließlich der seltenen Orte, die heute sauerstoffarm sind. Sie erfuhren, dass das chemische Verhalten der Molybdän-Isotope in Sedimenten je nach Sauerstoffgehalt des darüber liegenden Wassers unterschiedlich ist. Daher hängt die Chemie der Molybdänisotope in den globalen Ozeanen davon ab, wie viel Meerwasser sauerstoffarm ist. Sie fanden auch heraus, dass das Molybdän in bestimmten Gesteinsarten diese Informationen über alte Ozeane aufzeichnet. Im Vergleich zu modernen Proben weisen Messungen der Molybdänchemie in den Gesteinen Australiens auf Ozeane mit deutlich weniger Sauerstoff hin.
Wie viel weniger Sauerstoff ist die Frage. Eine Welt voller anoxischer Ozeane könnte schwerwiegende Folgen für die Evolution haben. Eukaryoten, die Art von Zellen, aus denen alle Organismen mit Ausnahme von Bakterien bestehen, tauchten bereits vor 2,7 Milliarden Jahren in den geologischen Aufzeichnungen auf. Aber Eukaryoten mit vielen Zellen – die Vorfahren von Pflanzen und Tieren – tauchten erst vor einer halben Milliarde Jahren auf, ungefähr zu der Zeit, als die Ozeane reich an Sauerstoff wurden. Zusammen mit dem Paläontologen Andrew Knoll von der Harvard University stellte Anbar zuvor die Hypothese auf, dass eine längere Periode anoxischer Ozeane der Schlüssel dafür sein könnte, warum die komplexeren Eukaryoten kaum ihren Lebensunterhalt verdienten, während ihre produktiven bakteriellen Vettern gediehen. Arnolds Studie ist ein wichtiger Schritt zur Überprüfung dieser Hypothese.
„Es ist bemerkenswert, dass wir so wenig über die Geschichte der Ozeane unseres eigenen Planeten wissen“, sagt Anbar. „Ob Sauerstoff in den Ozeanen war oder nicht, ist eine einfache chemische Frage, von der man meinen könnte, dass sie leicht zu beantworten wäre. Es zeigt, wie schwer es ist, Informationen aus dem Rock-Album herauszukitzeln und wie viel mehr es für uns gibt, über unsere Ursprünge zu lernen.“
Herauszufinden, wie viel weniger Sauerstoff in den Ozeanen in der Antike vorhanden war, ist der nächste Schritt. Die Wissenschaftler planen, die Molybdänchemie weiter zu studieren, um diese Frage zu beantworten, mit fortwährender Unterstützung von NSF und NASA, den Agenturen, die die anfänglichen Arbeiten unterstützt haben. Die Informationen werden nicht nur Licht in unsere eigene Entwicklung werfen, sondern können uns auch helfen, die Bedingungen zu verstehen, nach denen wir suchen sollten, wenn wir nach Leben jenseits der Erde suchen.
Originalquelle: NSF-Pressemitteilung