Alte Bakterien und das Meer

News: Alte Bakterien und das Meer

Die chemische Beschaffenheit der Ozeane hat sich im Laufe der Erdgeschichte immer wieder verändert, und ihre Rekonstruktion ist überaus schwierig. Stromatolithen, Riff-artige Strukturen kalkiger Blaugrünalgen, erlauben Forschern nun einen Einblick in den Karbonathaushalt uralter Meere.

Cyanobakterien sind vermutlich die ältesten Bewohner der Erde. Sie existierten womöglich schon vor über 3,8 Milliarden Jahren. Die meist einen bis zehn Mikrometer großen Organismen - sie sind also 100- bis 1000-mal kleiner als ein Stecknadelkopf - fixieren Kohlendioxid und betreiben eine Sauerstoff-produzierende Photosynthese. Ihnen ist es letztlich zu verdanken, dass die Erde im Laufe des Präkambriums zwischen 3800 und 540 Millionen Jahren vor heute Schritt für Schritt eine sauerstoffreiche Atmosphäre erhielt und so die Entwicklung höheren Lebens auf unserem Planeten erst ermöglichte.

Gernot Arp und seine Mitarbeiter vom Zentrum für Geowissenschaften der Georg-August-Universität haben nun einen Zusammenhang zwischen der Verkalkung von Cyanobakterien und der chemischen Zusammensetzung des Umgebungsmilieus entdeckt, der es ermöglicht, Calciumgehalte vergangener Ozeane der Erdgeschichte zu berechnen. Der Calciumgehalt vergangener Ozeane der Erdgeschichte ist deswegen so interessant, weil das Element für den Stoffwechsel von Organismen von herausragender Bedeutung ist.

Bislang glaubte man, dass durch den photosynthetischen Kohlendioxid-Entzug die Auskristallisation von Calciumcarbonat auf den Zelloberflächen der Cyanobakterien verursacht wird und es somit zur Bildung feinschichtiger Kalkriffe, so genannter Stromatolithen, mit verkalkten Zellstrukturen kommen kann. Solche Stromatolithen bilden sich auch heute noch - die australische Shark Bay ist dafür ein berühmtes Beispiel.

Anhand von Untersuchungen an Cyanobakterien-Matten in Salz-, Soda- und Süßwasserseen, welche als "Modellozeane" betrachtet wurden, konnte nun gezeigt werden, dass dies so in den meisten Fällen nicht funktioniert: Mittels einer Computer-Simulation, die zeigt, wie stark die Photosynthese auf die Kalkfällung wirkt, kamen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass der bislang postulierte Mechanismus nur bei hohen Calcium-Gehalten, niedrigen Konzentrationen an gelöstem anorganischen Kohlenstoff (CO₂, HCO₃^-, CO₃^2-) und entsprechend schwacher pH-Pufferung möglich ist.

Berücksichtigt man die verschiedenen CO₂-Gehalte in der Atmosphäre der jeweiligen Erdzeitalter, so kann erstmals exakt berechnet werden, wie hoch die Calcium-Konzentrationen der Ozeane mindestens gewesen sein müssen, sofern die entsprechenden Gesteinsformationen verkalkte Mikrofossilien dieser Cyanobakterien aufweisen. Die Berechnungen der Forscher stützen damit Hypothesen, nach denen die chemische Zusammensetzung der Ozeane im Laufe der Erdgeschichte immer wieder tiefgreifenden Veränderungen unterworfen war und dadurch die Evolution möglicherweise stärker beeinflusste als bisher angenommen.