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 derzeitige wissenschaftliche Konsens besagt, dass vor etwa 2,4 Milliarden Jahren erstmals erhebliche Mengen an Sauerstoff in der Erdatmosphäre auftraten, und ein zweiter starker Anstieg des Luftsauerstoffs viel später, vielleicht vor etwa 600 Millionen Jahren.
Neue Erkenntnisse von Geologen der University of Maryland legen jedoch nahe, dass der zweite Sprung des Luftsauerstoffs tatsächlich viel früher begonnen hat und langsamer erfolgt als bisher angenommen. Die Ergebnisse wurden mithilfe eines neuen Tools 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 Ausgabe von Science vom 2. Dezember.
Der Diplom-Forscher David Johnston, der Forschungswissenschaftler Boswell Wing und Kollegen vom Interdisziplinären Zentrum für Geologie und Erdsystemwissenschaften der University of Maryland leiteten ein internationales Forscherteam, das hochpräzise Messungen eines seltenen Schwefelisotops (33S) verwendete, um dieses alte Meer zu etablieren Mikroben, die als schwefeldisproportionierende Prokaryoten bekannt sind, waren fast 500 Millionen Jahre früher als bisher angenommen weit verbreitet.
Die von diesen schwefelverhältnismäßigen Bakterien verwendeten Schwefelzwischenverbindungen werden durch Einwirkung von Sauerstoffgas auf Sulfidmineralien gebildet. Daher wurde der Nachweis einer weit verbreiteten Aktivität dieser Art von Bakterien von Wissenschaftlern als Hinweis auf einen erhöhten Luftsauerstoffgehalt 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 des mikrobiellen Lebens 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 sich unser Planet vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bildete, 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 wesentlich ist - war praktisch nicht vorhanden.
Wissenschaftler haben lange gedacht, dass das Auftreten von Sauerstoff in der Atmosphäre durch zwei deutliche Sprünge des Sauerstoffgehalts gekennzeichnet ist. In den letzten Jahren haben Forscher eine Methode verwendet, die vom Geologen James Farquhar von der University of Maryland und Kollegen aus Maryland entwickelt wurde, um schlüssig festzustellen, dass vor etwa 2,4 Milliarden Jahren erstmals erhebliche Mengen Sauerstoff in der Erdatmosphäre aufgetreten sind. Dieser Anstieg wird manchmal als „großes Oxidationsereignis“ bezeichnet und markiert den Beginn des Proterozoikums.
Ein allgemeiner wissenschaftlicher Konsens hat auch festgestellt, dass der zweite große Anstieg des Luftsauerstoffs vor etwa 600 Millionen Jahren stattfand, wobei der Sauerstoff zu dieser Zeit auf nahezu moderne Werte anstieg. Um diese Zeit tauchen erstmals Hinweise auf mehrzellige Tiere in der Geologie 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 stützen die Idee, dass der zweite Anstieg progressiv war und vor rund 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. Ihre Gruppe arbeitet daran, Zusammenhänge zwischen Schwefelisotopen und der Entwicklung der Erdatmosphäre mithilfe einer Kombination aus Feldforschung, Laboranalyse von Gesteinsproben, geochemischen Modellen, photochemischen Experimenten mit schwefelhaltigen Gasen und mikrobiellen Experimenten zu dokumentieren.
"Aktive mikrobielle Schwefel-Disproportionierung im Mesoproterozoikum" von David T. Johnston, Boswell A. Wing, James Farquhar und Alan J. Kaufman, University of Maryland; Harald Strauss, Universit? T M? Nster; Timothy W. Lyons, Universität von Kalifornien, Riverside; Linda C. Kah, Universität von Tennessee; Donald E. Canfield, Universität Süddänemark: Wissenschaft, 2. Dezember 2005.
Originalquelle: UM-Pressemitteilung
