Denken Sie an ein Objekt aus Eisen: an einen Doppel-T-Träger, an ein Autochassis oder an einen Nagel. Und jetzt stellen Sie sich vor, dass die Hälfte des Eisens in dem Objekt seine Existenz Bakterien verdankt, die vor 2,5 Milliarden Jahren lebten. Das ist das Fazit einer Studie, die diese Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde. Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf verschiedene Fachgebiete wie den Bergbau oder die Suche nach Leben im Weltraum.
Clark Johnson, ein Professor für Geowissenschaften an der University of Wisconsin in Madison, und der frühere Postdoktorand Weiqiang Li untersuchten Proben aus der Banded Iron Formation in Western Australia. Bändererz ist das eisenreiche Gestein, das in Erzablagerungen auf der ganzen Welt vorkommt – von der geplanten Eisenmine im Norden Wisconsins bis zu den riesigen Minen in Western Australia. Diese urzeitlichen Ablagerungen seien bis zu 150 Meter tief und hätten um ihre Erforschung gebettelt, so sagte Johnson.
Wissenschaftler haben vermutet, dass das Eisen durch heißes, mineralreiches Wasser in den Ozean gelangte, das von mittelozeanischen Schloten ausgestoßen wurde und dann auf den Meeresboden sank. Jetzt zeigen Johnson und Li, der momentan an der Nanjing University in China tätig ist, dass die Hälfte des Eisens im Bändererz von urzeitlichen Bakterien verstoffwechselt wurde, die auf dem Kontinentalschelf lebten. Die Bänder repräsentierten den Annahmen zufolge eine Art von saisonalen Veränderungen. Die Forscher von der University of Wisconsin fanden langfristige Veränderungen der Zusammensetzung, aber keine Veränderungen in kürzeren Zeitspannen wie Jahrzehnten oder Jahrhunderten.
Die Studie begann mit präzisen Messungen von Eisen- und Neodymisotopen mit einem der schnellsten Laser der Welt in der Abteilung für Geowissenschaften an der University of Wisconsin in Madison. Isotope sind Formen eines Atoms, die sich nur in ihrem Gewicht unterscheiden. Sie werden oft benutzt, um die Herkunft verschiedener Proben zu bestimmen. Lichtblitze, die weniger als eine Billionstel Sekunde dauern, verdampfen dünne Schnitte der Probe, ohne die Probe selbst zu erhitzen. “Es ist so, als nähme man einen Eisportionierer und nimmt das Eis, bevor es warm wird”, erklärte Johnson. “Das Aufheizen mit normalen Lasern hatte verfälschte Ergebnisse zur Folge.
Es habe drei Jahre gedauert, um die Funktion des Lasers und die damit verbundenen Instrumente zur Massenspektroskopie zu perfektionieren, sagte Li. Der Co-Autor Brian Beard von der University of Wisconsin in Madison leitete die Entwicklung der Lasertechniken. Bisherige Untersuchungen des Ursprungs von Bändererz hatten sich auf Eisenisotope konzentriert. “Es gab Debatten darüber, was uns die Eisenisotope über ihre Herkunft verraten”, sagte Li. “Das Hinzuziehen von Neodym änderte dieses Bild und gab uns eine unabhängige Messung der Menge, die aus seichten Kontinentalgewässern stammte und eine isotopische Signatur von Leben trug.”
Die Theorie, dass ein Organismus Eisen verstoffwechseln könnte, mag heute seltsam anmuten, aber die Erde war vor 2,5 Milliarden Jahren ganz anders. Es gab wenig Sauerstoff in der Atmosphäre und viele Organismen erhielten Energie, indem sie Eisen statt Sauerstoff verstoffwechselten. Biologen sagen, dass dieser Prozess “sehr tief im Baum des Lebens verwurzelt ist, aber wir hatten aus den Gesteinen wenig Belege dafür – bis jetzt”, so Johnson. “Diese urzeitlichen Mikroben atmeten Eisen, so wie wir heute Sauerstoff atmen. Ich gebe zu, es ist schwer da durchzublicken.”
Die aktuelle Studie sei in vielerlei Hinsicht wichtig, sagte Johnson. “Wenn man ein Erschließungsgeologe ist, möchte man die Quelle der Minerale kennen, so dass man weiß, wo man zu suchen hat.” Die Forschungsarbeit veranschaulicht auch die Entwicklung unseres Planeten – und die des Lebens selbst – während der “eisenreichen” Ära vor 2,5 Milliarden Jahren. “Welche Spuren aus der eisenreichen Welt sind in unserem Stoffwechsel verblieben?”, fragte Johnson. “Es ist kein Zufall, dass Eisen ein wichtiger Teil des Lebens ist und dass frühe biologische Moleküle eisenbasiert gewesen sein könnten.”
Die NASA hat die Suche nach Leben im Weltraum zu einem Hauptziel gemacht und unterstützt das Astrobiology Institute der University of Wisconsin in Madison, das von Johnson geleitet wird. Das Erkennen ungewöhnlicher Lebensformen stellt eine Priorität für die Weltraumagentur dar.
Die Studie untermauert die Bedeutung von Mikroben in der Geologie. “Das repräsentiert einen großen Wandel”, sagte Johnson. “In meinem einleitenden Geochemie-Lehrbuch von 1980 wird die Biologie nicht erwähnt, deshalb ist jedes Diagramm, auf dem zu sehen ist, welche Minerale unter welchen Bedingungen auf der Erdoberfläche stabil sind, vollkommen falsch.”
Forschungsergebnisse wie dieses beeinflussen, wie Klassen unterrichtet werden”, sagte Johnson. “Wenn ich nur dasselbe unterrichten würde, würde ich Dinge lehren, die völlig falsch sind. Wenn man sich jemals gefragt hat, warum wir an dieser Universität Forschung und Lehrbetrieb kombinieren, dann gibt Geomikrobiologie die Antwort. Sie hat frischen Wind in die Geowissenschaften gebracht.”
Quelle: http://www.news.wisc.edu/23863
(THK)
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