Stecknadelkopfgroße, schwarze Kügelchen aus der chinesischen Doushantuo-Formation gehören zu den faszinierendsten Fossilien der Welt: Es handelt sich um exquisite Versteinerungen der allerersten Tiere der Erdgeschichte – wenn auch nur in embryonalem Stadium. Wahrscheinlich blieben die berühmten Tier-Embryonen nur dank der Aktivität von Bakterien erhalten, berichten nun Forscher um Elizabeth Raff. Bei modernen Embryonen können sogenannte Biofilme verhindern, dass die Zellen zerfallen. Sie formen eine nahezu perfektes Abbild der Embryonen, fanden die Forscher durch Experimente an embryonalen Seeigeln heraus.
Mikroben galten lange als Feind der Versteinerung. Paläontologen nahmen an, dass die gefräßigen Einzeller vor allem weiches Gewebe wie zum Beispiel Haut oder innere Organe schnell zersetzen. Doch manchmal schaffen Bakterien auch erst die richtigen Bedingungen, damit ein Lebewesen überhaupt versteinern kann, haben Raff und ihre Kollegen nun entdeckt. “Die Bakterien fressen und ersetzen das Zellplasma, wodurch sie eine kleine Kopie eines Embryos herstellen”, sagt die Forscherin. “Allerdings müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein, damit die Bakterien bei dem Konservierungsprozess helfen können.”
Zum einen muss Sauerstoffmangel herrschen. Wenn ein Embryo in einer sauerstoffreichen Umgebung stirbt, treten Verdauungsenzyme aus dem Zellinneren aus, die das Gewebe zerstören. In einer sauerstoffarmen Umgebung dagegen bleibt dieser Prozess aus. Zum anderen müssen bestimmte Bakteriensorten in den Embryo eindringen. Sie bilden dabei einen Biofilm, in dem die einzelnen Bakterien in einer klebrigen Masse aus Zucker und Eiweißen eingebettet sind. Dieser Biofilm passt sich genau den ursprünglichen Formen des Embryos an, stellten die Forscher in ihren Seeigel-Experimenten fest. Selbst Strukturen wie die Eihülle oder Fettkügelchen innerhalb der Zellmembranen blieben erhalten. Damit die Bakterien-Kopie des Embryos versteinern kann, ist noch eine dritte Voraussetzung nötig: Die Bakterien müssen haltbare Stoffe absondern, wie zum Beispiel kleine Kalzium-Phosphat-Kristalle. Diese Mineralien bilden schließlich eine Art Skulptur des Embryos, die über Jahrmillionen erhalten bleiben kann.
Die Forscher verglichen ihre selbst hergestellten Biofilm-Kopien mit 550 Millionen Jahre alten Fossilien aus der Doushantuo-Formation und mit etwas jüngeren Embryonen aus dem Erdzeitalter Kambrium. Wie sie schreiben, sehen sich die Oberflächen der Zellen unter dem Elektronenmikroskop erstaunlich ähnlich.
Auch wenn die Experimente nur ein Indiz dafür liefern, was sich vor einer halben Milliarde Jahren am Meeresboden tatsächlich abspielte, sei die Forschung wichtig, sagt Raff: “Nun können wir die Fossilisation sowohl als biologischen als auch als geologischen Prozess verstehen.”
Elizabeth Raff (Indiana University, Bloomington) et al.: PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1073/pnas.0810106105 Ute Kehse
