Die ältesten Fossilien der Welt oder öliger Dreck? Untersuchungen deuten darauf hin, dass diese 3,5 Milliarden Jahre alten Felsen keine Lebenszeichen enthalten

Die Region Pilbara in Westaustralien beherbergt eines der ältesten erhaltenen Teile der Erdkruste, das seit seiner Entstehung vor etwa 3,5 Milliarden Jahren geologisch unverändert geblieben ist.

Einige der ältesten Lebenszeichen wurden hier im Nordpolgebiet westlich der Stadt Marble Bar in schwarzen Felsen gefunden, die aus feinkörnigem Quarz namens Hornstein bestehen.

Einige Merkmale im sogenannten „Apex Chert“ wurden als versteinerte Überreste von Mikroben identifiziert, ähnlich wie die Bakterien, die heute noch überleben. Wissenschaftler haben jedoch den wahren Ursprung dieser Merkmale diskutiert, seit sie vor 30 Jahren entdeckt wurden.

In neuen Forschungsergebnissen, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte, zeigen wir, dass die kohlenstoffreichen Verbindungen, die auch im Hornstein gefunden wurden, möglicherweise durch nicht-biologische Prozesse hergestellt wurden. Dies deutet darauf hin, dass die angeblichen „Fossilien“ keine Überreste früher Lebensformen sind, sondern eher Artefakte chemischer und geologischer Prozesse.

Umstrittene Pilbara-Fossilien

1993 entdeckte der amerikanische Paläobiologe William Schopf kohlenstoffreiche Filamente in Aufschlüssen des 3,45 Milliarden Jahre alten Hornsteins Apex. Er interpretiert sie als die verkohlten Überreste versteinerter Mikroben ähnlich wie Cyanobakterien, die die ersten sauerstoffproduzierenden Organismen der Erde waren und noch heute reichlich vorhanden sind.

Die Existenz versteinerter Cyanobakterien in solch alten Gesteinen würde bedeuten, dass das Leben bereits Sauerstoff in die Luft gepumpt hat, mehr als eine Milliarde Jahre bevor die Erdatmosphäre reich an Sauerstoff wurde.

Ein wichtiger Beweis für das Leben war die Assoziation organischer Verbindungen mit den alten Fossilien. Denn lebende Zellen bestehen aus großen organischen Molekülen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff sowie Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und anderen Elementen bestehen.

In 2002, Schopfs Interpretation wurde in Frage gestellt vom englischen Paläobiologen Martin Brasier und seinem Team. Sie zeigten, dass die „Fossilien“ eine Vielzahl von Formen und Größen aufwiesen, die für Cyanobakterien uncharakteristisch und tatsächlich nicht mit dem mikrobiellen Leben vereinbar waren. Darüber hinaus zeigten sie auch, dass die fossilhaltigen schwarzen Hornsteine ​​keine horizontalen Schichten waren, die sich auf dem Meeresboden abgelagert hatten, sondern abgewinkelte Adern, die die darunter liegenden Gesteinsschichten durchschnitten.

Die fossilhaltigen Hornsteine ​​scheinen sich bei hohen Temperaturen während vulkanischer Aktivität gebildet zu haben. Brasier argumentierte, dass diese Umgebung lebensfeindlich sei und die „Fossilien“ tatsächlich aus Graphitverunreinigungen im Gestein entstanden seien. Sie spekulierten auch, dass der mit den „Fossilien“ verbundene Kohlenstoff nicht einmal biologischen Ursprungs sein könnte.

Es folgte eine lebhafte Debatte, die seitdem andauert.

Mikroben oder heiße Flüssigkeiten?

Um herauszufinden, woher die kohlenstoffreichen Ablagerungen in den schwarzen Chert-Adern stammen, haben wir sie uns mit einem stark vergrößernden Elektronenmikroskop ganz genau angesehen.

Wir fanden heraus, dass es nicht von versteinerten Bakterien stammte. Die ölartige Substanz tritt als Rückstände in Brüchen und als versteinerte Tröpfchen auf, die zuvor mit alten Fossilien verwechselt wurden.

Die Texturen in den schwarzen Chert-Adern weisen darauf hin, dass sie entstanden sind, als heiße Flüssigkeiten, die reich an Kieselsäure und Kohlenstoff waren, durch Risse in Lavaströmen unter Öffnungen im Meeresboden strömten, ähnlich wie bei modernen „schwarzer raucher„Öffnungen. Als sie sich dem Meeresboden näherten, infiltrierten die heißen Flüssigkeiten Schichten aus vulkanischem Sediment und ersetzten sie durch schwarzen Hornstein.

Wenn der Kohlenstoff aus einer so heißen Flüssigkeit stammte, stützt dies die Erkenntnisse, dass die kohlenstoffreichen Filamente im Apex-Hornstein keine Fossilien sind. Es wirft aber auch eine neue Frage auf.

Typischerweise entstehen organische Verbindungen wie Öl und Gas, die als „fossile Brennstoffe“ bezeichnet werden, weil sie sich aus den toten Überresten von Algen, Bakterien und Pflanzen bilden, wenn diese Überreste vergraben und auf Temperaturen über 65 °C erhitzt werden. Chemische Reaktionen setzen organische Verbindungen frei, die sich ansammeln können, um Öl- und Gasfelder zu bilden.

Die Sedimente aus dem Nordpolgebiet sind jedoch sehr dünn (weniger als 50 m dick), arm an organischen Molekülen und eingeklemmt zwischen kilometerlangen Lavaströmen. Wie sind also die organischen Verbindungen in einer solchen Umgebung entstanden?

Meeresbodenentlüftungen auf der frühen Erde

Ein möglicher alternativer Weg wird aus experimentellen Beweisen vorgeschlagen und Forschungen zu Marsmeteoriten. In Ermangelung herkömmlicher biologischer Quellen könnten einige der organischen Moleküle in den Hornsteinvenen durch nichtbiologische Prozesse entstanden sein.

Wenn beispielsweise heißes Wasser durch Lava oder andere Eruptivgesteine ​​zirkuliert, können Wasser und Kohlendioxid mit mineralischen Oberflächen reagieren und organische Verbindungen bilden. Ähnliche Reaktionen wurden vorgeschlagen, um das Vorhandensein organischer Moleküle in Marsmeteoriten und in einigen magmatischen Gesteinen auf der Erde zu erklären.

Der Kohlenstoff in schwarzen Hornsteinen aus dem Outback von Pilbara könnte daher Relikte organischer Verbindungen darstellen, die durch Reaktionen zwischen Wasser und Gestein entstanden sind. Tatsächlich haben auf der frühen Erde Meeresbodenöffnungen möglicherweise mehr organische Verbindungen erzeugt als biologische Prozesse, was es schwierig macht, zwischen echten kohlenstoffhaltigen Fossilien und öligen Artefakten zu unterscheiden.

Während weitere Arbeiten im Gange sind, deuten erste Ergebnisse darauf hin, dass das Leben vor 3,5 Milliarden Jahren gerade erst überlebte und darum kämpfte, in einer unwirtlichen Umgebung Fuß zu fassen. Die Welt wurde damals von regelmäßigen Vulkanausbrüchen erschüttert, die die Erdoberfläche mit Lava bedeckten, und in harte Sonnenstrahlung getaucht, die durch eine Atmosphäre ohne schützende Ozonschicht strömte.

Blickt man weiter in die Vergangenheit, bieten die schwarzen Hornsteine ​​einen Blick auf einen leblosen Planeten. Reaktionen zwischen Wasser und Gestein an Meeresbodenöffnungen erzeugten einen Cocktail organischer Verbindungen, die möglicherweise die Rohstoffe für den Zusammenbau der ersten lebenden Zellen lieferten.

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