Die Erforschung der frühen Erdatmosphäre und der ersten Sauerstoffproduzenten ist ein faszinierendes Thema, das Wissenschaftler weltweit beschäftigt. Ein aktuelles Forschungsteam der Universität Tübingen, geleitet von Professor Andreas Kappler, hat nun bedeutende Erkenntnisse über die Rolle von Cyanobakterien in der Entwicklung der Erdatmosphäre gewonnen. Diese Mikroben waren vor 2,5 Milliarden Jahren die ersten Lebewesen, die Fotosynthese betrieben und Sauerstoff freisetzten, was entscheidend zur Sauerstoffanreicherung in der Erdatmosphäre führte.
Die aktuellen Studien zeigen, dass hohe Konzentrationen von gelöstem Eisen im Ozeanwasser das Wachstum der Cyanobakterien erheblich hemmten. Dennoch konnten diese Mikroben trotz dieser Herausforderungen überleben und gedeihen. Ein zentraler Faktor hierbei war das Vorhandensein von Silikat im Ozeanwasser, das sich als herrlich vorteilhaft für die Cyanobakterien erwies. Erhöhte Silikatkonzentrationen reduzierten die Bildung toxischer Sauerstoffverbindungen und ermöglichten so das Wachstum dieser Organismen. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Die Bedeutung von UV-Schutz
Eine interessante Ergänzung zu diesen Ergebnissen bietet eine Studie an der University of Alberta, die zeigt, dass Eisen- und Kieselsäurepartikel im alten Meerwasser eine schützende Rolle für die Cyanobakterien spielten. Diese Partikel halfen, die Organismen vor schädlicher UV-Strahlung zu bewahren, was letztlich deren Überleben im damals harschen Umweltbedingungen erleichterte. Fragestellungen rund um den UV-Stress und seine Auswirkungen auf das Wachstum der frühen Cyanobakterien bleiben jedoch noch weitgehend ungeklärt.
Die Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre war nicht schlagartig, sondern ein Prozess, der sich über einen Zeitraum von Millionen Jahren erstreckte. Forscher akzentuierten, dass die ersten Cyanobakterien vor etwa 3,4 Milliarden Jahren entstanden und dass sich deren Photosynthese etwa 500 Millionen Jahre erstreckte, bevor Sauerstoff spürbar in die Atmosphäre bestimmte. Diese Erkenntnisse haben nicht nur für die wissenschaftliche Community Bedeutung, sondern auch für die mögliche Suche nach Leben auf anderen Planeten, wo vergleichbare Bedingungen herrschen könnten.
Ein Blick in die Vergangenheit
Neben den technischen und mikrobiologischen Erkenntnissen bietet die Forschung auch tiefere Einblicke in die Evolution der Lebensbedingungen auf unserem Planeten. Cyanobakterien, auch als Oxyphotobacteria bekannt, waren die ersten Organismen, die Wasser spalteten und Sauerstoff als Nebenprodukt freisetzten. Vor etwa 2,4 Milliarden Jahren kam es zur sogenannten „Großen Sauerstoffkatastrophe“, die aufgrund der durch diese Mikroben produzierten Sauerstoffmengen zum Massenaussterben anaerober Lebewesen führte.
Die methodischen Ansätze, die zur Datierung dieses Evolutionsprozesses verwendet wurden, sind ebenfalls bemerkenswert. Forscher valdierten Stammbäume von Cyanobakterien mittels molekularer Uhren, was ein neues Licht auf die zeitliche Einordnung der ersten Sauerstoffproduzenten wirft. Dennoch bleibt die Frage, warum es nach der Entwicklung der Cyanobakterien so lange dauerte, bis sich freier Sauerstoff ansammelte.
Insgesamt legt die Forschung von Pflanzenforschung und den entsprechenden Institutionen den Grundstein für ein besseres Verständnis der Umweltdynamik, die die Sauerstoffversorgung der Erdatmosphäre beeinflusste und damit auch die Evolution aller Lebensformen auf der Erde. Die Erkenntnisse über die Rolle von Cyanobakterien könnten in der Zukunft nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die Erforschung von Lebensformen in anderen Welten von entscheidender Bedeutung sein.