Nur eine Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde hatte das Leben bereits viele Tricks herausgefunden
Das Leben auf der Erde hat eine lange und turbulente Geschichte. Wissenschaftler schätzen, dass vor etwa 4 Milliarden Jahren, nur 500 Millionen Jahre nach der Entstehung des Planeten Erde, die ersten einzelligen Lebensformen entstanden. Es wird angenommen, dass im Archäischen Äon (vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren) mehrzellige Lebensformen entstanden sind. Während die Existenz solcher Organismen (Archaea) aus Kohlenstoffisotopen abgeleitet wurde, die in alten Gesteinen gefunden wurden, blieben fossile Beweise schwer fassbar.
All das hat sich geändert, dank eine aktuelle studie durchgeführt von einem Forscherteam der UCLA und der University of Wisconsin-Madison. Nach der Untersuchung alter Gesteinsproben aus Westaustralien stellte das Team fest, dass sie die versteinerten Überreste verschiedener Organismen enthielten, die 3,465 Milliarden Jahre alt sind. In Kombination mit der jüngsten Flut von Exoplaneten-Entdeckungen stärkt diese Studie die Theorie, dass es im Universum reichlich Leben gibt.
Die Studie mit dem Titel „ SIMS-Analysen der ältesten bekannten Ansammlung von Mikrofossilien dokumentieren deren taxonkorrelierte Kohlenstoffisotopenzusammensetzungen “, erschien vor kurzem in derProceedings of the National Academy of Sciences. Wie das Forschungsteam angab, bestand ihre Studie aus einer Kohlenstoffisotopenanalyse von 11 mikrobiellen Fossilien, die dem ~3.465 Millionen Jahre alten Westaustralischer Apex Chert .
Apex Chert in Westaustralien, wo die 3,465 Milliarden Jahre alten Fossilien gefunden wurden. Bildnachweis: John Valley/UW-Madison
Diese 11 Fossilien waren unterschiedlicher Natur und die Forscher teilten sie aufgrund ihrer offensichtlichen biologischen Funktionen in fünf Artengruppen ein. Während zwei der fossilen Proben anscheinend eine primitive Form der Photosynthese betrieben haben, produzierte eine andere offenbar Methangas. Die verbleibenden beiden scheinen Methanverbraucher gewesen zu sein, mit denen sie ihre Zellwände aufgebaut und erhalten haben (ähnlich wie Säugetiere Fett verwenden).
Als J. William Schopf – Professor für Paläobiologie in der UCLA College und der Hauptautor der Studie – angegeben in einem UCLA-Newsroom Pressemitteilung :
„Vor 3,465 Milliarden Jahren war das Leben auf der Erde bereits vielfältig; das ist klar – primitive Photosynthesegeräte, Methanproduzenten, Methanverbraucher. Dies sind die ersten Daten, die die damals sehr unterschiedlichen Organismen in der Erdgeschichte zeigen, und unsere bisherigen Forschungen haben gezeigt, dass es auch vor 3,4 Milliarden Jahren Schwefelverbraucher gab.
Diese Studie, die die detaillierteste jemals durchgeführte Studie zu Mikroorganismen ist, die als uralte Fossilien erhalten wurden, baut auf Arbeiten auf, die Schopf und seine Mitarbeiter seit mehr als zwei Jahrzehnten durchführen. Zurück im Jahr 1993 , führten Schopf und ein weiteres Forscherteam eine Studie durch, in der diese Arten von Fossilien erstmals beschrieben wurden. Dies wurde befolgt in 2002 durch eine andere Studie, die ihren biologischen Ursprung belegt.
In dieser aktuellen Studie haben Schopf und sein Team herausgefunden, um was für Organismen es sich handelt und wie komplex sie sind. Dazu analysierten sie die Mikroorganismen mit einer Technik namens Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS), die das Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 zeigt. Während Kohlenstoff-12 stabil ist und der in der Natur am häufigsten vorkommende Typ ist, ist Kohlenstoff-13 ein weniger verbreitetes, aber ähnlich stabiles Isotop, das in der organischen Chemieforschung verwendet wird.
Ein von den Forschern analysierter Mikroorganismus. Bildnachweis: J. William Schopf/UCLA
Durch die Auftrennung des Kohlenstoffs jedes Fossils in seine Isotope und die Bestimmung ihrer Verhältnisse konnte das Team schlussfolgern, wie lange es her und wie die Mikroorganismen gelebt haben. Diese Aufgabe übernahmen die Forscher aus Wisconsin unter der Leitung von Professor John Valley. „Die Unterschiede in den Kohlenstoffisotopenverhältnissen korrelieren mit ihren Formen“, sagte Valley. „Ihre C-13-zu-C-12-Verhältnisse sind charakteristisch für die Biologie und die Stoffwechselfunktion.“
Nach derzeitigem wissenschaftlichen Konsens hatte sich die fortgeschrittene Photosynthese noch nicht entwickelt und Sauerstoff würde erst 500 Millionen Jahre später auf der Erde erscheinen. Vor 2 Milliarden Jahren begannen die Konzentrationen von Sauerstoffgas rapide zu steigen. Dies bedeutet, dass diese Fossilien, die etwa 1 Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde entstanden sind, zu einer Zeit gelebt hätten, als sie noch wenig Sauerstoff in der Atmosphäre enthielten.
Da Sauerstoff für diese primitiven Photosynthese-Typen giftig wäre, sind sie heute ziemlich selten. Tatsächlich sind sie nur an Orten zu finden, an denen ausreichend Licht, aber kein Sauerstoff vorhanden ist, was selten in Kombination zu finden ist. Darüber hinaus waren die Gesteine selbst von großem Interesse, da die durchschnittliche Lebensdauer von Gesteinen an der Erdoberfläche nur etwa 200 Millionen Jahre beträgt.
Als Shopf seine Karriere begann, waren die ältesten bekannten Gesteinsproben 500 Millionen Jahre alt. Das bedeutet, dass die fossilen Gesteine, die er und sein Team untersuchten, so alt sind, wie es Gesteine auf der Erde werden können. Versteinertes Leben in solch alten Proben zu finden, zeigt, dass sich bereits im frühen Archaen-Äon auf der Erde verschiedene Organismen und ein Lebenszyklus entwickelt hatten, was Wissenschaftler bis zu diesem Zeitpunkt nur vermuteten.
Künftig könnte die SIMS-Technologie genutzt werden, um auf dem Mars nach Spuren von versteinertem Leben zu suchen. Bildnachweis: NASA/JPL)
Diese Erkenntnisse haben natürlich Auswirkungen auf die Untersuchung, wie und wann das Leben auf der Erde entstanden ist. Über die Erde hinaus hat die Studie auch Auswirkungen, da sie zeigt, dass Leben entstand, als die Erde noch sehr jung und in einem primitiven Zustand war. Es ist daher nicht unwahrscheinlich, dass an anderer Stelle im Universum ein ähnlicher Prozess stattgefunden hat. Wie Schopf erklärte:
„Dies sagt uns, dass das Leben wesentlich früher begonnen haben musste und es bestätigt, dass es für primitives Leben nicht schwer war, sich zu bilden und sich zu fortgeschritteneren Mikroorganismen zu entwickeln. Aber wenn die Bedingungen stimmen, sollte das Leben im Universum weit verbreitet sein.“
Ermöglicht wurde diese Studie durch die Förderung durch die NASA Astrobiologisches Institut . Mit Blick auf die Zukunft wies Schopf darauf hin, dass die gleiche Technologie, die bisher für diese Fossilien verwendet wurde, wahrscheinlich verwendet werden wird, um Gesteine zu untersuchen, die von der bemannten Mission der NASA zum Mars zurückgebracht wurden. Diese Mission ist für die 2030er Jahre geplant und beinhaltet die Rückholung von Proben, die von der März 2020 Rover und sie zur Analyse zur Erde zurückzubringen.
