Eine Geschichte der Gewalt: In Fossilien gefundenes Eisen deutet auf eine Rolle der Supernova beim Massensterben hin
Der Weltraum und Ereignisse, die sich dort ereignen, wirken sich direkt auf unser Leben und das unserer entfernten Vorfahren aus, einschließlich der frühen Menschen, die vor zwei Millionen Jahren auf dem Planeten lebten. Bildnachweis: Bob King
Der Weltraum berührt uns in vielerlei Hinsicht. Meteore von uralten Asteroidenkollisionen und von Kometen abgesplitterter Staub prallen jeden Tag in unsere Atmosphäre, die meisten davon ungesehen. Kosmische Strahlen ionisieren die Atome in unserer oberen Luft, während der Sonnenwind raffinierte Wege findet, in die planetare Magnetosphäre einzudringen und den Himmel mit Aurora in Brand zu setzen. Wir können nicht einmal an einem sonnigen Sommertag nach draußen gehen, ohne uns Sorgen zu machen, dass das ultraviolette Licht der Sonne die Haut ausbrennt.
Es würde Sie vielleicht nicht wundern, dass unser Planet im Laufe der Erdgeschichte auch von einem der katastrophalsten Ereignisse betroffen war, die das Universum zu bieten hat: die Explosion eines übergroßen Sterns in einem Typ-II-Supernova Veranstaltung. Nach dem Zusammenbruch des Sternkerns bläst die ausgehende Stoßwelle den Stern in Stücke, wodurch eine Vielzahl von Elementen freigesetzt und erzeugt werden. Einer davon ist Eisen-60. Während das meiste Eisen im Universum aus Eisen-56 besteht, einem stabilen Atom, das aus 26 Protonen und 30 Neutronen besteht, hat Eisen-60 vier zusätzliche Neutronen, die es zu einem instabilen radioaktiven Isotop machen.
Der Krebsnebel, hier in diesem Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA gezeigt, ist die expandierende Gas- und Staubwolke, die nach der Explosion eines massereichen Sterns im Jahr 1054 als Supernova zurückbleibt. Supernovae treiben das Innere eines Sterns zurück in den Weltraum und erzeugen dabei neue radioaktive Isotope wie Eisen-60. Bildnachweis: NASA, ESA, J. Hester und A. Loll (Arizona State University)
Wenn eine Supernova in ausreichender Nähe zu unserem Sonnensystem auftritt, ist es möglich, dass ein Teil der Auswürfe bis zur Erde gelangt. Wie könnten wir diese Sternensplitter erkennen? Eine Möglichkeit wäre, nach Spuren einzigartiger Isotope zu suchen, die nur durch die Explosion entstanden sein könnten. Ein Team deutscher Wissenschaftler hat genau das getan. In einem Papier Anfang dieses Monats in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht, berichten sie über den Nachweis von Eisen-60 inbiologischproduzierten Nanokristalle aus Magnetit in zwei Sedimentkernen, die aus dem Pazifischen Ozean gebohrt wurden.
Magnetit ist ein eisenreiches Mineral, das von Natur aus von einem Magneten angezogen wird, genau wie eine Kompassnadel auf das Erdmagnetfeld reagiert. Magnetotaktische Bakterien , eine Gruppe von Bakterien, die sich entlang der magnetischen Feldlinien der Erde orientieren, enthalten spezielle Strukturen, sogenannte Magnetosomen, in denen sie winzige magnetische Kristalle speichern – hauptsächlich als Magnetit (oder Greigit, ein Eisensulfid) in langen Ketten. Es wird angenommen, dass sich die Natur all diese Mühen gemacht hat, um den Kreaturen zu helfen, Wasser mit der optimalen Sauerstoffkonzentration für ihr Überleben und ihre Fortpflanzung zu finden. Selbst nach dem Tod richten sich die Bakterien wie mikroskopische Kompassnadeln aus, während sie sich auf dem Meeresgrund absetzen.
Dies sind Transmissionselektronenmikroskop-Bilder, die winzige Magnetofossilien zeigen, die Eisen-60 enthalten, eine Form von Eisen, die während der heftigen Explosion und des Todes eines massereichen Sterns in einer Supernova entsteht. Sie wurden von Bakterien in Sedimenten am Boden des Pazifischen Ozeans abgelagert. Klicken Sie für weitere Details. Bildnachweis: mit freundlicher Genehmigung von Marianne Hanzlik, Fachbereich Chemie, FG Elektronenmikroskopie, Technische Universität München
Nachdem die Bakterien abgestorben sind, zerfallen sie und lösen sich auf, aber die Kristalle sind robust genug, um als Magnetfossilienketten erhalten zu bleiben, die wie Perlengirlanden am Weihnachtsbaum der Familie aussehen. Verwendung einer Massenspektrometer , das mit Killer-Genauigkeit ein Molekül vom anderen trennt, entdeckte das Team „lebende“ Eisen-60-Atome in den versteinerten Ketten von Magnetitkristallen, die von den Bakterien produziert wurden. Leben bedeutungnoch frisch. Da die Halbwertszeit von Eisen-60 nur 2,6 Millionen Jahre beträgt, ist jedes urtümliche Eisen-60, das die Erde bei seiner Entstehung gesät hat, längst verschwunden. Wenn Sie jetzt herumgraben und Eisen-60 finden, sehen Sie wahrscheinlich eine Supernova als die rauchende Waffe.
Die Co-Autoren Peter Ludwig und Shawn Bishop fanden zusammen mit dem Team heraus, dass das Supernova-Material vor etwa 2,7 Millionen Jahren nahe der Grenze des Pleistozän und Pliozäne Epochen und es regnete 800.000 Jahre lang, bevor es vor etwa 1,7 Millionen Jahren zu Ende ging. Wenn jemals ein heftiger Regen fiel.
Reconstruction of Homo habilis at the Westfälisches Museum für Archäologie. Credit: Lillyundfreya / Wikipedia
Die höchste Konzentration trat vor etwa 2,2 Millionen Jahren auf, als unsere frühen menschlichen Vorfahren, Homo habilis, Werkzeuge aus Stein hackten. Waren sie Zeugen des Erscheinens eines spektakulär hellen „neuen Sterns“ am Nachthimmel? Vorausgesetzt, die Supernova wäre nicht von kosmischem Staub verdeckt, muss der Anblick unsere zweibeinigen Beziehungen in die Knie gezwungen haben.
Es besteht sogar die Möglichkeit, dass ein Anstieg der kosmische Strahlung von dem Ereignis beeinflusste unsere Atmosphäre und unser Klima und führte möglicherweise damals zu einem kleinen Absterben. Afrikas Klima trocknete aus und wiederholte Vereisungszyklen wurden üblich, da die globalen Temperaturen ihren Abkühlungstrend vom Pliozän ins Pleistozän fortsetzten.
Kosmische Strahlung trifft ständig auf unsere Atmosphäre, aber ihre Energie wird verbraucht, um auf Atome zu treffen, um Schauer sekundärer, weniger energiereicher Teilchen zu erzeugen, von denen einige manchmal bis zur Erde gelangen. Bildnachweis: Simon Swordy, University of Chicago, NASA
Kosmische Strahlung, bei der es sich um extrem schnell bewegte, hochenergetische Protonen und atomare Nukleinsäuren handelt, zerreißt Moleküle in der Atmosphäre und kann sogar während einer nahegelegenen Supernova-Explosion innerhalb von etwa 50 Lichtjahren von der Sonne bis zur Oberfläche vordringen. Die hohe Strahlendosis würde Leben gefährden und gleichzeitig die Zahl der Mutationen in die Höhe treiben, eine der schöpferischen Kräfte, die die Vielfalt des Lebens in der Geschichte unseres Planeten antreiben. Das Leben – immer eine Geschichte davon, das Gute mit dem Schlechten zu nehmen.
Die Entdeckung von Eisen-60 festigt unsere Verbindung zum Universum insgesamt weiter. Tatsächlich verleihen Bakterien, die an Supernova-Asche kauen, den berühmten Worten des verstorbenen Carl Sagan eine wörtliche Wendung: „Der Kosmos ist in uns. Wir sind aus Star-Zeug.“ Ob groß oder klein, wir verdanken unser Leben der Synthese von Elementen in den Bäuchen der Sterne.