Stickstoff ist für alle Lebensformen ein entscheidendes Element. Denn es ist ein Grundbaustein für Proteine und damit für die Arbeitsmaschinen der Zellen. Doch den Stickstoff aus der Luft zu gewinnen und für den Zellstoffwechsel nutzbar zu machen, ist nicht einfach. Denn der in zweiatomigen Molekülen vorliegende Luftstickstoff muss dafür in Ammonium, Stickstoffoxide oder andere leichter biologisch verwertbare Verbindungen umgewandelt werden. In den Zellen mancher heutiger Organismen geschieht dies durch verschiedene Enzyme, die sogenannten Nitrogenasen. Gängigen Annahmen nach entwickelten sich diese Enzyme aber erst vor rund 1,5 bis 2,2 Milliarden Jahren. “Daher hatte man bisher die Vorstellung, dass die Biosphäre der Erde erst dann groß, robust und vielfältig wurde, als diese Stickstofffixierung möglich wurde”, erklären Eva Stueken von der University of Washington in Seattle und ihre Kollegen. Doch dieser Prozess könnte früher entstanden sein als bisher angenommen, wie die Forscher herausfanden.
Verräterische Isotope
Für ihre Studie hatten Stueken und ihre Kollegen 52 Proben der ältesten Gesteine der Erde analysiert. Sie stammen aus der Zeit von vor 2,75 bis 3,2 Milliarden Jahren und lassen sich bis heute in Südafrika und dem Nordwesten Australiens finden. Die Forscher analysierten den Gehalt an verschiedenen Stickstoff-Isotopen in diesen Gesteinen. Das Verhältnis von schweren zu leichten Isotopen verrät, ob im Gestein einfach nur Luftstickstoff eingelagert wurde oder ob biochemische Prozesse bestimmte Stickstoffformen angereichert haben könnten.
Selbst in den ältesten untersuchten Gesteinen fanden die Forscher ein Isotopenverhältnis, das auf eine biologische Stickstofffixierung hindeutet. “Diese Daten können nicht allein durch abiotische Prozesse erklärt werden”, konstatieren sie. “Hier muss bereits eine biologische Fixierung stattgefunden haben.” Das aber bedeutet, dass schon vor 3,2 Milliarden Jahren Zellen und Enzyme existierten, die diesen für das Leben entscheidenden Prozess ermöglichten – rund eine Milliarde Jahre früher als bisher angenommen. Wie die Forscher berichten, handelte es sich dabei vermutlich um Nitrogenasen, die auf Molybdänbasis funktionieren. Sie sind auch heute noch der häufigste Typ von Stickstoff-fixierenden Enzymen. “Die Vorstellung, dass dieser ziemlich komplizierte Prozess so alt ist und schon seit 3,2 Milliarden Jahren auf annähernd die gleichen Weise funktioniert, ist faszinierend”, sagt Stueken. Der Fund deute darauf hin, dass diese Enzyme deutlich früher entstanden als bisher gedacht.
Nach Ansicht der Forscher spricht ihr Ergebnis dafür, dass das Leben schon vor gut drei Milliarden Jahren sehr viel verbreiteter und vielfältiger gewesen sein könnte als angenommen. “Unsere Arbeit zeigt, dass es keinen Mangel an verwertbarem Stickstoff auf der frühen Erde gab”, sagt Koautor Roger Buick von der University of Washington. “Sie könnte daher bereits eine ziemlich große und vielfältige Biosphäre besessen haben.” Möglicherweise wagten sich damals sogar schon die ersten Mikroben auf das Land und bildeten eine Schleimschicht auf Felsen im Küstenbereich des Urozeans. “Wir werden wohl nie direkte Beweise für eine solche Schleimschicht finden, aber unsere Daten könnten uns indirekte Indizien dafür liefern, dass das Land bereits belebt war”, so Buick.
Mit Licht gegen Ewigkeitschemikalien
