Erde. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Die Geschichte des Lebens auf der Erde ist eng mit dem Auftreten von Sauerstoff in der Atmosphäre verbunden. Der aktuelle wissenschaftliche Konsens geht davon aus, dass vor etwa 2,4 Milliarden Jahren erstmals signifikante Mengen an Sauerstoff in der Erdatmosphäre auftraten, während ein zweiter großer Anstieg des Luftsauerstoffs viel später, vielleicht vor etwa 600 Millionen Jahren, stattfand.
Neue Erkenntnisse von Geologen der University of Maryland deuten jedoch darauf hin, dass der zweite Anstieg des Luftsauerstoffs möglicherweise viel früher begonnen hat und allmählicher stattfand als bisher angenommen. Die Ergebnisse wurden durch ein neues Instrument zur Verfolgung des mikrobiellen Lebens in alten Umgebungen ermöglicht, das in Maryland entwickelt wurde. Die von der National Science Foundation und der NASA finanzierte Arbeit erscheint in der Science-Ausgabe vom 2. Dezember.
Der graduierte Forscher David Johnston, der Forscher Boswell Wing und Kollegen am Department of Geology and Earth System Science Interdisziplinärer Center der University of Maryland leiteten ein internationales Forscherteam, das hochpräzise Messungen des seltenen Schwefelisotops 33S verwendete, um dieses uralte marine Mikroben, die als schwefeldisproportionierende Prokaryoten bekannt sind, waren fast 500 Millionen Jahre früher als bisher angenommen weit verbreitet.
Die von diesen schwefeldisproportionierenden Bakterien verwendeten intermediären Schwefelverbindungen werden gebildet, indem Sulfidmineralien Sauerstoffgas ausgesetzt werden. Daher wurden Beweise für eine weit verbreitete Aktivität dieser Art von Bakterien von Wissenschaftlern als Beweis für einen erhöhten atmosphärischen Sauerstoffgehalt interpretiert.
„Diese Messungen deuten darauf hin, dass die Disproportionierung von Schwefelverbindungen vor [1,3 Millionen Jahren] ein aktiver Teil des Schwefelkreislaufs war und dass die fortschreitende Sauerstoffversorgung der Erdoberfläche das [mittlere Proterozoikum] charakterisiert haben könnte“, schreiben die Autoren.
Das Proterozoikum ist der Zeitraum in der Erdgeschichte von vor etwa 2,4 Milliarden Jahren bis vor 545 Millionen Jahren.
„Die Ergebnisse zeigen auch, dass die neue 33S-basierte Forschungsmethode verwendet werden kann, um das Vorhandensein und den Charakter von mikrobiellem Leben in alten Umgebungen auf einzigartige Weise zu verfolgen und einen Einblick in die Evolution in Aktion zu geben“, sagte Johnston. „Dieser Ansatz bietet ein bedeutendes neues Werkzeug für die astrobiologische Suche nach frühem Leben auf der Erde und darüber hinaus.“
Die Luft, die wir atmen
Als unser Planet vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand, war praktisch der gesamte Sauerstoff auf der Erde chemisch an andere Elemente gebunden. Es war in festen Verbindungen wie Quarz und anderen Silikatmineralien, in flüssigen Verbindungen wie Wasser und in gasförmigen Verbindungen wie Schwefeldioxid und Kohlendioxid enthalten. Freier Sauerstoff – das Gas, das uns das Atmen ermöglicht und das für jedes fortgeschrittene Leben unerlässlich ist – war praktisch nicht vorhanden.
Wissenschaftler haben lange angenommen, dass das Auftreten von Sauerstoff in der Atmosphäre durch zwei deutliche Sprünge im Sauerstoffgehalt gekennzeichnet ist. In den letzten Jahren haben Forscher eine Methode verwendet, die vom Geologen der University of Maryland, James Farquhar, und Kollegen aus Maryland entwickelt wurde, um schlüssig zu bestimmen, dass vor etwa 2,4 Milliarden Jahren erstmals signifikante Mengen an Sauerstoff in der Erdatmosphäre auftraten. Dieser Anstieg wird manchmal als „Großes Oxidationsereignis“ bezeichnet und markiert den Beginn des Proterozoikums.
Ein allgemeiner wissenschaftlicher Konsens ist auch der Meinung, dass der zweite große Anstieg des Luftsauerstoffs vor etwa 600 Millionen Jahren stattfand, wobei der Sauerstoff zu dieser Zeit fast auf ein modernes Niveau anstieg. Der Nachweis von vielzelligen Tieren taucht erstmals in der Geologie um diese Zeit auf.
„Es wurde viel darüber diskutiert, ob der zweite große Anstieg des Luftsauerstoffs schnell und schrittweise oder langsam und progressiv war“, sagte Wing. „Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass der zweite Anstieg progressiv war und vor etwa 1,3 Milliarden Jahren statt vor 0,6 Milliarden Jahren begann.“
Neben Johnston sind die Geologiekollegen James Farquhar und Jay Kaufman die Co-Autoren von Wing in Maryland an der Veröffentlichung vom 2. Dezember. Ihre Gruppe arbeitet daran, Verbindungen zwischen Schwefelisotopen und der Entwicklung der Erdatmosphäre zu dokumentieren, indem sie eine Kombination aus Feldforschung, Laboranalysen von Gesteinsproben, geochemischen Modellen, photochemischen Experimenten mit schwefelhaltigen Gasen und mikrobiellen Experimenten verwendet.
„Aktive mikrobielle Schwefeldisproportionierung im Mesoproterozoikum“ von David T. Johnston, Boswell A. Wing, James Farquhar und Alan J. Kaufman, University of Maryland; Harald Strauss, Universität Münster; Timothy W. Lyons, University of California, Riverside; Linda C. Kah, Universität von Tennessee; Donald E. Canfield, Southern Denmark University: Science, 2. Dezember 2005.
Originalquelle: UM-Pressemitteilung
