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Entstehung des Lebens: Nickel könnte zentrale Rolle gespielt haben

Vor zwei Milliarden Jahren stieg der Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre schlagartig an, erst danach konnten höhere Lebensformen entstehen. Forscher glauben, dass Nickel dabei eine entscheidende Rolle gespielt hat.

Die Ursuppe war noch am Köcheln, in der Atmosphäre gab es nur wenig Sauerstoff, ausschließlich primitive Mikroorganismen bevölkerten die Erde. Doch dann, vor 2,4 Milliarden Jahren, änderte sich die Situation dramatisch: Plötzlich erhöhte sich der Sauerstoffanteil in der Luft. Und die Evolution bekam einen neuen Schub. Der ausschlaggebende Faktor dafür könnte das für methanbildende Bakterien wichtige Element Nickel gewesen sein, berichten nun Forscher aus den USA und Kanada.

Weil der Nickelgehalt der Urozeane bis vor 2,4 Milliarden Jahren sehr hoch war, vermehrten sich die Bakterien entsprechend gut und gaben große Mengen Methan in die Atmosphäre ab, verhinderten aber gleichzeitig die Bildung von Sauerstoff. Doch müsse der Nickelgehalt gesunken sein, erklären die Wissenschaftler um Kurt Konhauser von der University of Alberta in Edmonton im Fachmagazin "Nature" - mit weitreichenden Folgen für Atmosphäre und Biosphäre.

Den entscheidenden Hinweis für ihre Theorie fanden die Forscher in uraltem Gestein: Sie untersuchten gebänderte Eisenerze, hell-dunkel-gestreifte Ablagerungen, die bis zu 3,8 Milliarden Jahre alt sind. Aus diesen Ablagerungen lässt sich der Gehalt an Spurenelementen ablesen, die zu dieser Zeit in den Urozeanen gelöst waren. Bei ihren Untersuchungen verglichen die Forscher Gesteinsproben verschiedenen Alters miteinander. Dabei fiel ihnen auf, dass die Nickelkonzentration in den Urozeanen vor 2,5 Milliarden Jahren tatsächlich rapide zurückgegangen ist.

Diesen Rückgang erklären sich die Forscher mit der Abkühlung des Erdmantels. Bis dahin hatten unzählige Vulkanausbrüche immer wieder nickelreiche Lava an die Erdoberfläche befördert. Durch Erosion gelangte das Element so auch in die Ozeane. Mit dem Ausbleiben der Vulkanausbrüche fehlte plötzlich die wichtigste Nickelquelle. "Das Timing passt sehr gut. Der Nickelrückgang könnte die Bühne für die Anreicherung von Sauerstoff bereitet haben", erklärt Dominic Papineau, "und ausgehend von dem, was wir von noch lebenden methanbildenden Bakterien wissen, führen niedrigere Nickelgehalte zu einem starken Rückgang der Methanproduktion".

Methanbildende Bakterien benötigen Nickel, um drei lebenswichtige Enzyme herstellen zu können. Durch den Rückgang an Nickel dürfte nach Einschätzung der Forscher auch die Bakterienpopulationen in den Urozeanen zusammengebrochen sein. Sauerstoffbildner wie Algen und Cyanobakterien verwenden hingegen verschiedene Enzyme, weshalb sie von dem niedrigeren Nickelgehalt weniger betroffen waren. In der Folge dürfte darum der Methangehalt der Atmosphäre stark gesunken sein, während sich zunehmend Sauerstoff anreicherte, schließen die Forscher.

hda/ddp

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