Ältester Nachweis für Leben

Madison/Wien. Das Leben ist älter als angenommen: US-Forscher haben nachgewiesen, dass 3,5 Milliarden Jahre alte Fossilien von Mikroben stammen. Bei den mikroskopisch kleinen Versteinerungen handle es sich um die ältesten Nachweise für Leben, berichtet das Team in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften (PNAS).

William Schopf von der University of California und John W. Valley von der Universität Wisconsin beschreiben elf Arten von Mikroben aus fünf verschiedenen Gruppen, deren morphologische und chemische Strukturen charakteristisch für Leben seien. Manche Urbakterien aus der Gruppe der Archaeen seien ausgestorben, andere wiederum seien heutigen Arten ähnlich.

Schopf und seine Kollegen hatten die zylindrische Form der mit dem freien Auge unsichtbaren Mikrofossilien bereits 1993 beschrieben. Dass sie biologischen Ursprungs sind, wurde damals jedoch angezweifelt. Der Evolutionsbiologe ließ sich nicht abbringen und arbeitete weiter an der Erforschung des Sedimentgesteins im westaustralischen Apex Chert. Die Fundstätte ist einer der wenigen Orte der Erde, der geologisch stabil genug ist, um Nachweise von frühem Leben konservieren zu können.

Mit einem Ionen-Massenspektrometer konnte das Team jedes Fossil in seine Kohlenstoff-Isotopen zerlegen und deren Verhältnisse zu einander messen. Isotope haben unterschiedlich hohe Massen und stellen verschiedene Versionen ein- und desselben chemischen Elements dar. In jeder organischen Substanz - ob Stein, Mikrobe oder Tier - ist das Verhältnis der Kohlenstoff-Isotope unterschiedlich. Valley und sein Team konnten die Verhältnisse von Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 aufdröseln und mit Felsbereichen ohne Fossilien vergleichen. "Der Unterschied der Isotopenverhältnisse stimmt mit der Form der Fossilien überein. Wenn die Organismen nicht biologischen Ursprungs wären, gäbe es keinen Grund für die Verwandtschaft", sagt Valley: "Die Verhältnisse von C-13 zu C-12 sind charakteristisch für biologische Organismen und metabolische Funktionen."

Ein Universum voller Mikroben

Die Forschenden identifizierten verschiedenartige primitive Organismen in komplexen Gruppen: Phototrophe Bakterien, die mit Sonnenlicht Energie erzeugen, Methan-produzierende Archaeen und andere Arten, die das Methan aufnahmen. Das Gas soll in der Erdatmosphäre reichlich vorhanden gewesen sein, bevor Sauerstoff existierte. Die seltenen, in Schichten von Quartz eingeschlossenen Versteinerungen wurden erstmals mit einem Ionen-Massenspektrometer inspiziert. Um an sie heranzukommen, mussten die Forschenden sie aus den Gesteinsschichten herausschleifen. Die winzigen Überreste allerersten Lebens sind zehn Mikrometer breit - deren acht sind nebeneinander gelegt so breit wie ein menschliches Haar.

Die Studie wurde vom Astrobiologischen Institut der US-Weltraumbehörde Nasa finanziert, das in einem Konsortium an der Universität Wisconsin Ursprünge und Zukunft von Leben hier auf der Erde und im Universum erforscht.

Die Ergebnisse könnten ohne weiteres darauf hindeuten, dass das Universum voll von mikrobiellem Leben ist, betont Schopf. Der Artenreichtum der Versteinerungen, die bereits vor 3,5 Milliarden Jahren entstanden, deute darauf hin, "dass das allererste Leben wesentlich früher entstanden sein muss", sagt Schopf. "All dies bestätigt auch, dass sich primitives Leben relativ leicht bildet und zu fortgeschrittenen Mikroorganismen evolviert."

Valley und seine Kollegen hatten zuvor gezeigt, dass vor 4,3 Milliarden Jahren - also etwa 300 Jahre, nachdem unser Planet entstanden ist - heiße Ozeane flossen. "Es gibt keinen Nachweis, dass es damals Leben gab, jedoch auch keinen Grund, warum das nicht der Fall gewesen sein sollte", sagt er.

1953 hatte der US-Geologe Stanley Tyler präkambrische Mikrofossilien entdeckt, die das Leben auf ein Alter von 1,8 Milliarden Jahren datierten. Heute postuliert die Wissenschaft die Entwicklung eines primitiven Stoffwechsels auf Eisen-Schwefel-Oberflächen unter reduzierenden Bedingungen, wie sie bei Vulkanen zu finden sind. Während dieser Phase vor 4,6 bis 3,5 Milliarden Jahren war die Erdatmosphäre wahrscheinlich reich an Gasen, die heißen Ozeane enthielten hohe Konzentrationen an Ionen von Übergangsmetallen. Ähnliche Bedingungen finden sich heute in der Umgebung hydrothermaler Schlote am Meeresgrund.