Schon vor 3,42 Milliarden Jahren tummelten sich in hydrothermalen Systemen unter dem Meeresboden methanbildende Mikroben – die womöglich ältesten Organismen dieser Art. Das belegen außergewöhnlich gut erhaltene Mikrofossilien in Sedimentgesteinen aus Südafrika, die von dieser frühen Form von Leben zeugen. Die Entdeckung dieser Fossilien belegt nicht nur eine weitere bewohnbare Umgebung auf der frühen Erde, sondern zeigt auch, unter welchen Bedingungen auf anderen Planeten Leben möglich sein könnte.
Wie, wann und wo haben sich die frühesten Lebensformen auf der Erde entwickelt? Theorien zufolge könnte das erste Leben bereits vor rund vier Milliarden Jahren entstanden sein – also kurz nach der Entstehung der Erde vor 4,57 Milliarden Jahren. Wahrscheinlich lag die Wiege des Lebens in heißen Quellen, in deren Nährstoff- und Chemikaliencocktail sich erste Bakterien entwickelten. Hinweise darauf geben sogenannte Mikrofossilien – haarfeine Spuren in Gesteinen, deren chemische Signatur anzeigt, dass es sich einst um Mikroorganismen handelte. Inwieweit es sich jeweils tatsächlich um die Überreste von Mikroben handelt und inwieweit die Spuren lediglich auf Mineralablagerungen zurückgehen, ist jedoch in einigen Fällen umstritten.
Mikrofossilien aus unterirdischen Hohlräumen
Ein Team um Barbara Cavalazzi von der Universität Bologna hat nun Mikrofossilien entdeckt, die direkte Belege für Leben vor 3,42 Milliarden Jahren liefern: „Wir haben außergewöhnlich gut erhaltene versteinerte Mikroben gefunden, die offenbar an den Wänden von Hohlräumen gediehen, die durch warmes Wasser aus hydrothermalen Systemen einige Meter unter dem Meeresboden entstanden sind“, berichtet Cavalazzi. „Unterirdische Lebensräume, die durch vulkanische Aktivität aufgeheizt wurden, haben wahrscheinlich einige der frühesten mikrobiellen Ökosysteme der Erde beherbergt, und dies ist das älteste Beispiel, das wir bisher gefunden haben.“
Die Mikrofossilien stammen aus dem Barberton Greenstone Belt in Südafrika – einer Region, die einige der ältesten und am besten erhaltenen Sedimentgesteine der Erde birgt. Die Gesteinsschichten, die Cavalazzi und ihre Kollegen untersucht haben, enthielten einst unterirdische Gänge, in denen vulkanisch aufgeheiztes Wasser mit kühlerem Meerwasser zusammentraf. Durch die Interaktion ergab sich eine einzigartige Mischung von Chemikalien, die einen Nährboden für entstehendes Leben bildeten.
Hinweise auf Methan-Stoffwechsel
In diesen Gesteinen entdeckten die Forscher haarfeine Filamente – teils einzeln über die Wände des früheren Hohlraums verteilt, teils dicht zusammengelagert in kleinen Vertiefungen. Analysen der chemischen Struktur zeigten: Die Mikrofossilien hatten eine kohlenstoffreiche äußere Hülle und einen chemisch und strukturell deutlich abgrenzbaren Kern. Ihre Zusammensetzung sowie ihre Verteilung belegen den Forschern zufolge eindeutig, dass es sich tatsächlich um Leben handelte und die Filamente nicht etwa durch Ablagerungen von Mineralien entstanden sind. Auffällig war der hohe Gehalt an Nickel in den organischen Verbindungen innerhalb der Filamente. „Nickel-Enzyme kommen häufig bei Organismen mit anaerobem Stoffwechsel vor“, erläutern die Forscher. „Die gemessenen Nickel-Konzentrationen in den Filamenten ähneln denen, die sich bei heute lebenden Mikroben finden, die Methan verstoffwechseln.“
Die 3,42 Milliarden Jahre alten Mikrofossilien könnten demnach der älteste Nachweis für Mikroben mit Methan-Stoffwechsel sein – den womöglich ersten Vertretern der Archaeen. „Obwohl wir wissen, dass Archaeen fossilisiert werden können, haben wir nur sehr wenige direkte Beispiele“, sagt Cavalazzi. „Unsere Ergebnisse könnten die Aufzeichnung von Archaea-Fossilien zum ersten Mal in die Ära ausdehnen, in der das Leben erstmals auf der Erde entstand.“ Den Forschern zufolge erweitert der Fund nicht nur das Wissen über frühes Leben und belebte Gebiete auf der frühen Erde: „Da wir ähnliche Umgebungen auch auf dem Mars finden, hat die Studie auch Auswirkungen auf die Astrobiologie und die Chancen, Leben außerhalb der Erde zu finden“, so Cavalazzi.
Quelle: Barbara Cavalazzi (Universität Bologna, Italien) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.eabf3963
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