Das Leben auf der Erde hat eine lange und turbulente Geschichte. Wissenschaftler schätzen, dass vor ungefähr 4 Milliarden Jahren, nur 500 Millionen Jahre nach der Entstehung des Planeten Erde, die ersten einzelligen Lebensformen entstanden sind. Es wird angenommen, dass vom Archean Eon (vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren) vielzellige Lebensformen entstanden sind. Während die Existenz solcher Organismen (Archaea) aus Kohlenstoffisotopen in alten Gesteinen abgeleitet wurde, sind fossile Beweise schwer fassbar geblieben.
All dies hat sich dank einer kürzlich von einem Forscherteam der UCLA und der University of Wisconsin - Madison durchgeführten Studie geändert. Nach der Untersuchung antiker Gesteinsproben aus Westaustralien stellte das Team fest, dass sie die versteinerten Überreste verschiedener Organismen enthielten, die 3,465 Milliarden Jahre alt sind. In Kombination mit den jüngsten Entdeckungen von Exoplaneten stärkt diese Studie die Theorie, dass es im Universum reichlich Leben gibt.
Die Studie mit dem Titel „SIMS-Analysen der ältesten bekannten Ansammlung von Mikrofossilien dokumentieren ihre taxonkorrelierten Kohlenstoffisotopenzusammensetzungen“ erschien kürzlich in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Wie das Forscherteam anzeigte, bestand ihre Studie aus einer Kohlenstoffisotopenanalyse von 11 mikrobiellen Fossilien, die dem etwa 3.465 Millionen Jahre alten westaustralischen Apex Chert entnommen wurden.
Diese 11 Fossilien waren unterschiedlicher Natur und wurden von den Forschern anhand ihrer offensichtlichen biologischen Funktionen in fünf Artengruppen eingeteilt. Während zwei der fossilen Proben eine primitive Form der Photosynthese durchgeführt zu haben scheinen, produzierte eine andere offenbar Methangas. Die verbleibenden zwei scheinen Methanverbraucher gewesen zu sein, mit denen sie ihre Zellwände aufgebaut und erhalten haben (ähnlich wie Säugetiere Fett verwenden).
Wie J. William Schopf - Professor für Paläobiologie am UCLA College und Hauptautor der Studie - in einer Pressemitteilung des UCLA Newsroom ausführte:
„Vor 3,465 Milliarden Jahren war das Leben auf der Erde bereits vielfältig. das ist klar - primitive Photosynthesizer, Methanproduzenten, Methananwender. Dies sind die ersten Daten, die die sehr unterschiedlichen Organismen zu dieser Zeit in der Erdgeschichte zeigen, und unsere früheren Untersuchungen haben gezeigt, dass es vor 3,4 Milliarden Jahren auch Schwefelkonsumenten gab.
Diese Studie, die die detaillierteste ist, die jemals an Mikroorganismen durchgeführt wurde, die als alte Fossilien erhalten wurden, baut auf Arbeiten auf, die Schopf und seine Mitarbeiter seit über zwei Jahrzehnten durchführen. Bereits 1993 führten Schopf und ein anderes Forscherteam eine Studie durch, in der diese Arten von Fossilien erstmals beschrieben wurden. Im Jahr 2002 folgte eine weitere Studie, die ihren biologischen Ursprung untermauerte.
In dieser neuesten Studie haben Schopf und sein Team festgestellt, welche Art von Organismen sie sind und wie komplex sie sind. Zu diesem Zweck analysierten sie die Mikroorganismen mit einer Technik namens Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS), die das Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 aufzeigt. Während Kohlenstoff-12 stabil und der in der Natur am häufigsten vorkommende Typ ist, ist Kohlenstoff-13 ein weniger verbreitetes, aber ähnlich stabiles Isotop, das in der Forschung der organischen Chemie verwendet wird.
Durch die Trennung des Kohlenstoffs von jedem Fossil in seine Isotopenbestandteile und die Bestimmung ihrer Verhältnisse konnte das Team feststellen, wie lange die Mikroorganismen gelebt haben und wie sie gelebt haben. Diese Aufgabe wurde von den Wisconsin-Forschern ausgeführt, die von Professor John Valley geleitet wurden. "Die Unterschiede in den Kohlenstoffisotopenverhältnissen korrelieren mit ihren Formen", sagte Valley. "Ihre C-13-zu-C-12-Verhältnisse sind charakteristisch für die Biologie und die Stoffwechselfunktion."
Nach dem gegenwärtigen wissenschaftlichen Konsens hatte sich die fortgeschrittene Photosynthese noch nicht entwickelt und Sauerstoff würde erst 500 Millionen Jahre später auf der Erde erscheinen. Vor 2 Milliarden Jahren nahmen die Sauerstoffgaskonzentrationen rapide zu. Dies bedeutet, dass diese Fossilien, die ungefähr 1 Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde liegen, zu einer Zeit gelebt hätten, als sie wenig Sauerstoff in der Atmosphäre hatten.
Angesichts der Tatsache, dass Sauerstoff für diese Arten primitiver Photosynthesizer giftig wäre, sind sie heute recht selten. In Wahrheit sind sie nur an Orten zu finden, an denen ausreichend Licht, aber kein Sauerstoff vorhanden ist, was in Kombination selten vorkommt. Darüber hinaus waren die Gesteine selbst eine Quelle von großem Interesse, da die durchschnittliche Lebensdauer von Gesteinen, die der Erdoberfläche ausgesetzt sind, nur etwa 200 Millionen Jahre beträgt.
Als Shopf seine Karriere begann, waren die ältesten bekannten Gesteinsproben 500 Millionen Jahre alt. Dies bedeutet, dass die fossilhaltigen Gesteine, die er und sein Team untersucht haben, so alt sind, wie Gesteine auf der Erde nur sein können. Das Finden von versteinertem Leben in solch alten Proben zeigt, dass sich bereits im frühen Archaen-Zeitalter verschiedene Organismen und ein Lebenszyklus auf der Erde entwickelt hatten, was Wissenschaftler bis zu diesem Zeitpunkt nur vermuteten.
Diese Ergebnisse haben natürlich Auswirkungen auf die Untersuchung, wie und wann Leben auf der Erde entstanden ist. Jenseits der Erde hat die Studie auch Auswirkungen, da sie zeigt, dass das Leben entstanden ist, als die Erde noch sehr jung und in einem primitiven Zustand war. Es ist daher nicht unwahrscheinlich, dass ein ähnlicher Prozess an anderer Stelle im Universum stattgefunden hat. Wie Schopf erklärte:
„Dies sagt uns, dass das Leben wesentlich früher begonnen haben musste und es bestätigt, dass es für das primitive Leben nicht schwierig war, sich zu entwickeln und sich zu fortgeschritteneren Mikroorganismen zu entwickeln. Aber wenn die Bedingungen stimmen, sollte das Leben im Universum weit verbreitet sein. “
Diese Studie wurde dank der Finanzierung durch das NASA Astrobiology Institute ermöglicht. Mit Blick auf die Zukunft gab Schopf an, dass die gleiche Technologie, mit der diese Fossilien bisher verwendet wurden, wahrscheinlich zur Untersuchung von Gesteinen verwendet wird, die von der NASA-Mission zum Mars zurückgebracht wurden. Diese Mission ist für die 2030er Jahre geplant und beinhaltet das Abrufen von Proben, die von der Mars 2020 Rover und sie zur Analyse auf die Erde zurückbringen.
