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Leben auf dem Festland schon vor mehr als 800 Millionen Jahren

Neuentdeckte, erstaunlich gut erhaltene Mikrofossilien in verkarsteten Kalkstein-Formationen zeigen, daß in einer Zeit, in der man Leben bisher nur im Meer vermutete, auch das Festland stellenweise schon von Bakterienmatten überzogen war.


Die Mikropaläontologie hat während der zurückliegenden drei Jahrzehnte unsere Kenntnisse von der Biosphäre im Präkambrium (vor mehr als etwa 550 Millionen Jahren) beträchtlich erweitert. So wurden selbst noch in mindestens 3,4 Milliarden Jahre alten Gesteinsschichten aus dem Archaikum Fossilien von Mikroorganismen nachgewiesen. Sie haben die Abmessungen und Gestaltmerkmale moderner Bakterien und gelten daher als früheste Beispiele besonders einfacher Zellformen.

Inzwischen ist auch unstrittig, daß bereits im Proterozoikum (vor 2500 bis vor 550 Millionen Jahren) viele Organismentypen nebeneinander existierten. Mikrofossilien von ihnen wurden weltweit an fast 400 verschiedenen Stellen entdeckt. Alle diese Überreste frühesten Lebens stammten bisher jedoch aus marinen oder mutmaßlich marinen Sedimentgesteinen. Bei den ältesten Funden eindeutig terrestrischer Lebewesen handelte es sich lediglich um einige Spurenfossilien aus dem mittleren Ordovicium (vor rund 450 Millionen Jahre) sowie fossile Sporeneinschlüsse aus dem unteren Silur (vor etwa 430 Millionen Jahren).

Ob es in präkambrischer Zeit schon Lebensgemeinschaften von spezialisierten Mikroorganismen auf dem Festland gab, war deshalb unsicher. Einige indirekte Indizien sprachen zwar dafür so vor allem ungewöhnlich hohe Kohienstoffgehalte in präkambrischen Sedimenten, die zweifelsfrei aus terrestrischen Böden hervorgegangen sind, und sehr alte Stromatolithen – mutmaßlich von Cyanobakterien erzeugte geschichtete Kalke –, die noch während ihrer Entstehungszeit nachweislich direkt der Atmosphäre ausgesetzt waren. Zudem haben sich in Ablagerungen eines rund 1,2 Milliarden Jahre alten Flußdeltas Muster in der Einregelung der Sandkörner erhalten, die – ähnlich wie im heutigen Wattenmeer – nur durch mikrobielle Verklebung entstanden sein können; zumindest in solchen zeitweilig trockenfallenden Schwemmböden herrschte demnach bereits im Proterozoikum lebhafte mikrobielle Aktivität. Weil jedoch direkte Nachweise bislang fehlten, ist die Einschätzung weit verbreitet, daß das Festland während des größten Teils des Proterozoikums nahezu organismenleer gewesen sei.

Nach jüngst veröffentlichten Befunden ist diese Vorstellung freilich nicht länger haltbar. Robert J. Horodyski von der Tulane-Universität in New Orleans (Louisiana) und L. Paul Knauth von der Arizona State University in Tempe untersuchten seltene Paläokarst-Vorkommen im Beck-Spring-Dolomit in Kalifornien, der auf 800 Millionen Jahre datiert wurde, sowie im Hangenden des 1,2 Milliarden Jahre alten Mescal-Kalksteins im zentralen Arizona. Dabei entdeckten sie in Hohlräumen zwischen Feuersteinbrekzien eine stark kieselsäurehaltige Füllung, die zahlreiche Mikrofossilien enthält ("Science", Band 263, Seiten 494 bis 498).

An Dünnschliffen des Gesteins zeigen sich besonders in Bereichen mit faserigem Quarz überraschende Mengen konturgenau erhaltener fädiger und kugeliger Mikrofossilien, die von winzigen Kristallen des Eisenminerals Hämatit gesäumt sind (Bild). Die röhrenförmigen Formen haben Durchmesser zwischen 0,8 und 1,7 sowie Längen bis zu 150 Mikrometern. Nach ihrer Gestalt und Größe muß es sich um Bakterien handeln; insbesondere ähneln sie in teils frappierender Weise heutigen Cyanobakterien. Die Einbettung in massives silicatisches Gestein schließt eine nachträgliche Kontamination mit jüngeren oder gar rezenten Mikroorganismen aus. An der Einordnung dieser Lebensformen ins Präkambrium kann somit kein Zweifel bestehen.

Andererseits gibt es auch klare Beweise, daß die Mikroorganismen einst auf dem Festland lebten. So können sich Karste nur durch Verwitterung von Carbonatgesteinen unter dem Einfluß von Niederschlagswasser entwickeln. Außerdem hat das sekundäre Silicatgestein, in dem die Fossilien eingebettet sind, deutlich andere Materialeigenschaften als im Meer entstandenes Gestein dieses Typs. Demnach müssen sowohl der Mescal-Kalkstein in Arizona als auch der Beck-Spring-Dolomit in Kalifornien zur Zeit ihrer Verwitterung zu Paläokarst auf dem nordamerikanischen Kontinent trockengelegen haben. Die darin enthaltenen Bakterien stammen somit aus Organismengemeinschaften, die auf den Carbonatgesteinen oder oberflächennah in Hohlräumen lebten. Bei der weiteren Verwitterung der Kalke wurden sie dann tiefer in Spalten und Klüfte eingespült und verkieselten dort schließlich.

Die erstaunliche gestaltliche Ähnlichkeit mit heutigen Cyanobakterien läßt darauf schließen, daß entsprechende Mikroben auch im Präkambrium schon terrestrische Matten bildeten. Vergleichbare Lebensgemeinschaften oberflächen- und gesteinsbewohnender Cyanobakterien gibt es gegenwärtig in den Hitze- und Kältewüsten der Erde. Weil es sich um Photosynthese treibende Organismen handelt, könnten die präkambrischen Formen wesentlich zur Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre beigetragen haben – eine Voraussetzung für die Entstehung höherer Lebewesen.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 1994, Seite 30
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
7 / 1994

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 7 / 1994

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