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Erde|Umwelt

Mögliche Lebensspuren in uraltem Gestein

Gestein
Durch Eisenoxid rotgefärbtes Gestein der Nuvvuagittuq-Formation. © Dominic Papineau

Im Norden Kanadas treten Gesteinsformationen aus der Frühzeit unseres Planeten zutage – sie könnten rund vier Milliarden Jahre alt sein. Nach einigen früheren Funden möglicher Mikrofossilien aus jener Zeit haben Forscher nun weitere versteinerte Gebilde entdeckt, die von frühen Lebewesen stammen könnten. Es handelt sich um einen knapp einen Zentimeter langen Stiel, von dem parallele Filamente abgehen. Zwischen ihnen liegen hunderte rundliche oder röhrenförmige Strukturen. Die Anordnung und chemische Zusammensetzung dieser komplexen Strukturen macht es nach Ansicht des Teams eher unwahrscheinlich, dass sie rein abiotisch entstanden sind. Es könnte sich daher um die ältesten bekannten Lebensspuren handeln.

Bisher ist unklar, wann das erste Leben auf unserem Planeten entstand. Die fragilen Zellen der frühen Organismen blieben nicht erhalten, daher fehlt es an eindeutigen Fossilien. Forscher sind daher auf indirekte Hinweise angewiesen – zum Beispiel Minerale und chemische Verbindungen, die typischerweise erst durch die Tätigkeit von lebenden Zellen entstehen. Auch auffallende Mikrostrukturen in Form von fädigen oder rundlichen Versteinerungen könnten Relikte von frühen einzelligen Organismen oder Organismenkolonien sein. Gleichzeitig können aber auch geochemische Prozesse sehr ähnliche Strukturen erzeugen, was die Unterscheidung solcher abiotischer Relikte von echten Mikrofossilien erschwert. Unter anderem deshalb sind einige bisherige Funde möglicher früher Lebensspuren umstritten. Dazu gehören auch winzige Filamente aus Hämatit, die 2017 im sogenannten Nuvvuagittuq-Gesteinsgürtel im kanadischen Quebec entdeckt wurden. Diese Gesteinsformation wird auf ein Alter von 3,7 bis 4,28 Milliarden Jahren datiert, diese Strukturen könnten demnach die ältesten bekannten Lebensspuren darstellen.

Komplexe verzweigte Strukturen

Ob diese Strukturen allerdings wirklich von lebenden Organismen stammen, wurde seither von anderen Forschern angezweifelt. Sie führten an, dass in alkalischen Flüssigkeiten sehr ähnliche abiotische Strukturen entstehen können, die auch als „chemische Gärten“ bezeichnet werden. Unter anderem deswegen haben die Wissenschaftler um Dominic Papineau vom University College London nun weitere Gesteinsproben aus dem Nuvvuagittuq-Gesteinsgürtel untersucht. Mithilfe der Mikrotomographie und einer Ionenstrahlanalyse durchleuchteten sie eine faustgroße Gesteinsprobe und erstellten tausende Bilder ihres Innenlebens. Aus diesen Scans erstellte das Team dann ein dreidimensionales, hochauflösendes Modell der im Gestein enthaltenen Mikrofossilien. Zusätzlich analysierten sie die chemische und mineralische Zusammensetzung von 100 Mikrometer dünnen Gesteinsschnitten mithilfe verschiedener mikroskopischer und spektroskopischer Methoden.

Die Analysen zeigten, dass sich neben den schon zuvor identifizierten fädigen Filamenten noch weitere, komplexere Strukturen im Gestein verbergen. Diese bestehen aus einem knapp einen Zentimeter langen Stiel, von dem parallele Äste abgehen. Diese fädigen, gewundenen Ausläufer sind im Schnitt 16 Mikrometer dick und bis zu 100 Mikrometer lang, wie Papineau und seine Kollegen berichten. Zwischen diesen verzweigten Strukturen liegen zahlreiche kürzere Fädchen sowie hunderte ovaler Gebilde von rund 120 Mikrometer Länge. „Diese unregelmäßigen Ellipsoide kommen meist in Gruppen vor und sind typischerweise linear und parallel zu den Filamenten angeordnet“, schreibt das Team. Zusätzlich existieren aber auch noch etwas größere rosettenförmige Hämatitgebilde sowie kugelige Formen mit einer fädigen Innenstruktur. Alle Strukturen enthalten Eisenoxidminerale, wie sie heute auch von eisenverarbeitenden Bakterien produziert werden, und Kohlenstoff in Form von Graphit.

Strukturen sind nicht komplett abiotisch erklärbar

Nach Ansicht des Forschungsteams sprechen die komplexe Form und die Zusammensetzung der neu entdeckten Strukturen dafür, dass zumindest ein Teil von ihnen biologisch entstanden sein könnte. „Zwar können abiotische Experimente einige einfachere Merkmale von Filamentbündeln erklären, aber keines dieser Merkmale findet sich in den von uns untersuchten Proben“, berichten Papineau und seine Kollegen. „Die im Nuvvuagittuq-Gestein gefundenen Hämatit-Filamente passen nicht zu den Beobachtungen von bekannten chemischen Gärten.“ So können solche abiotischen Prozesse beispielsweise nicht so komplexe, parallel verzweigte Strukturen hervorbringen. Umgekehrt sind solche verzweigten Formen aber von vielen mikrobiellen Fossilien aus der jüngeren Erdgeschichte bekannt. Dazu gehören unter anderem Spuren von eisenoxidierenden Bakterien an hydrothermalen Schloten unterseeischer Vulkangebiete.

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Die Wissenschaftler halten es daher für sehr wahrscheinlich, dass die Mikrostrukturen im uralten Nuvvuagittuq-Gestein tatsächlich von frühen Organismen stammen. „Unsere Studie spricht stark dafür, dass es vor 3,75 bis 4,28 Milliarden Jahren schon verschiedene Arten von Bakterien auf der Erde gab“, sagt Papineau. „Das bedeutet, dass sich das Leben schon rund 300 Millionen Jahre nach Entstehung der Erde entwickelt haben könnte – nach geologischen Maßstäben ist dies schnell.“ Sollte sich dies bestätigen, dann hätte dies auch weitreichende Bedeutung für die Suche nach extraterrestrischem Leben. „Wenn sich Leben unter geeigneten Bedingungen so schnell entwickeln kann, dann erhöht dies die Chance, dass es auch auf anderen Planeten Leben gibt“, sagt Papineau.

Quelle: Dominic Papineau (University College London) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abm2296

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