Frühe Fixierung
Wichtige Bakterien existieren schon seit 2,5 Milliarden Jahren
Die Entwicklung wichtiger Bakterienklassen war bereits vor 2,5 Milliarden Jahren abgeschlossen: Die am sogenannten Stickstoffkreislauf beteiligten Mikroben, die auch heute noch für das Leben auf der Erde unverzichtbar sind, entwickelten sich bereits in frühester Vergangenheit. Das haben Forscher nach der Untersuchung von Bohrproben aus Sedimentgestein herausgefunden.
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Das Element Stickstoff ist einer der wichtigsten Bausteine des Lebens – es ist Bestandteil vieler Biomoleküle und hält unter anderem die Proteine zusammen, aus denen alle Lebewesen aufgebaut sind. Dabei gibt es jedoch ein Problem: Obwohl Stickstoff der Hauptbestandteil der Luft ist, können die meisten Organismen ihn nicht direkt nutzen. Bestimmte Bakterien sind jedoch in der Lage, den Stickstoff aus der Luft in Ammoniak umzuwandeln und ihn somit in eine biologisch nutzbare Form zu bringen. Andere Mikroben gewinnen Energie, indem sie den Ammoniak mit Sauerstoff reagieren lassen und in Nitrat umwandeln. Eine dritte Klasse von Bakterien denitrifiziert den Stickstoff wieder: Sie entziehen dem Nitrat den Sauerstoff, so dass Stickstoff schließlich wieder in molekularer Form in die Luft gelangt. Diese Reaktionsfolge wird als aerober Stickstoffkreislauf bezeichnet. Den drei Bakterienklassen ist es also zu verdanken, dass stets genügend biologisch verwertbarer Stickstoff für alle Lebewesen zur Verfügung steht.
Wann genau sich dieser Kreislauf in seiner heutigen Form entwickelte, war bisher nicht eindeutig geklärt. Um mehr darüber herauszufinden, bohrten die Forscher ein 1.000 Meter tiefes Loch in den McRae-Schiefer in Westaustralien und entnahmen den Bohrkern. Der darin enthaltene Querschnitt durch Gesteinsschichten bot den Wissenschaftlern eine Chronologie der Umweltbedingungen auf der Erde.
Die Untersuchung des Stickstoffs in einer Schieferschicht, die aus 2,5 Milliarden Jahre altem Meeresboden entstanden ist, gab den Forschern den entscheidenden Hinweis: Sie fanden Arten von Stickstoffatomen, die nur durch Denitrifizierung entstanden sein konnten – und diese Denitrifizierung setzt das Vorhandensein des areoben Stickstoffkreislaufs voraus, erklären die Forscher. Daraus schließen sie, dass sich schon damals die Bakterienarten entwickelt hatten, die heute den Kreislauf betreiben.
Jessica Garvin (University of Washington) et al.: Science, Bd. 323, S. 1045
ddp/wissenschaft.de – Martin Rötzschke
