Vor 2,4 Milliarden Jahren, als die Ursuppe noch am Köcheln war, stieg der Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre schlagartig an und ermöglichte dadurch die Entstehung höherer Lebensformen. Der ausschlaggebende Faktor dafür könnte das für methanbildende Bakterien wichtige Element Nickel gewesen sein, sagen Forscher aus den USA und Kanada. Da der Nickelgehalt der Urozeane bis vor 2,4 Milliarden Jahren sehr hoch war, vermehrten sich die Bakterien entsprechend und gaben große Mengen an Methan in die Atmosphäre ab, verhinderten aber gleichzeitig die Bildung von Sauerstoff. Die Forscher vermuten nun, dass der hohe Nickelgehalt auf Vulkanausbrüche zurückzuführen war, und erst zurückging, als die Erdkruste ist abkühlte und die Zahl der Vulkanausbrüche sank. In der Folge verhungerten die Methanbildner und Sauerstoff reicherte sich in der Atmosphäre an, erklären die Wissenschaftler um Kurt Konhauser von der Universität von Alberta in Edmonton.
Den entscheidenden Hinweis für ihre Theorie fanden die Forscher in uraltem Gestein: Sie untersuchten gebänderte Eisenerze, hell-dunkel-gestreifte Ablagerungen, die bis zu 3,8 Milliarden Jahre alt sind. Aus diesen Ablagerungen lässt sich der Gehalt an Spurenelementen ablesen, die zu dieser Zeit in den Urozeanen gelöst waren. Bei ihren Untersuchungen verglichen die Forscher Gesteinsproben verschiedenen Alters miteinander. Dabei fiel ihnen auf, dass die Nickelkonzentration in den Urozeanen vor 2,5 Milliarden Jahren rapide gesunken sein muss.
Diesen Rückgang erklären sich die Forscher mit der Abkühlung des Erdmantels. Bis dahin hatten unzählige Vulkanausbrüche immer wieder nickelreiche Lava an die Erdoberfläche befördert, von wo aus das Nickel durch Erosion in die Ozeane gelangte. Mit dem Ausbleiben der Vulkanausbrüche fehlte plötzlich die wichtigste Nickelquelle. „Das Timing passt sehr gut. Der Nickelrückgang könnte die Bühne für die Anreicherung von Sauerstoff bereitet haben“, erklärt Dominic Papineau, „und ausgehend von dem, was wir von noch lebenden methanbildenden Bakterien wissen, führen niedrigere Nickelgehalte zu einem starken Rückgang der Methanproduktion.“
Methanbildende Bakterien benötigen Nickel, um drei lebenswichtige Enzyme herstellen zu können. Durch den Rückgang an Nickel dürften nach Einschätzung der Forscher auch die Bakterienpopulationen in den Urozeanen zusammengebrochen sein. Sauerstoffbildner wie Algen und Caynobakterien verwenden hingegen verschiedene Enzyme, weshalb sie von dem niedrigeren Nickelgehalt weniger betroffen waren. In der Folge dürfte darum der Methangehalt der Atmosphäre stark gesunken sein, während sich zunehmend Sauerstoff anreicherte, schließen die Forscher.
Kurt Konhauser (Universität von Alberta, Edmonton) et al.: Nature Bd. 458 Nr. 7238, doi:10.1038/nature07858 ddp/wissenschaft.de ? Mascha Schacht