Laut einem internationalen Wissenschaftlerteam könnten Mikrofossilien aus Westaustralien einen Sprung in der Komplexität des Lebens darstellen, der mit dem Anstieg des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre und den Ozeanen zusammenfiel.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Geobiologie, bieten einen seltenen Einblick in das Große Oxidationsereignis, eine Zeit vor etwa 2,4 Milliarden Jahren, als die Sauerstoffkonzentration auf der Erde anstieg und die Oberfläche des Planeten grundlegend veränderte.
Man geht davon aus, dass das Ereignis ein Massensterben ausgelöst und die Tür für die Entwicklung komplexeren Lebens geöffnet hat, aber vor der Entdeckung der neuen Mikrofossilien gab es im Fossilienbestand nur wenige direkte Beweise, sagten die Wissenschaftler.
„Was wir zeigen, ist der erste direkte Beweis, der die sich verändernde Umwelt während des Großen Oxidationsereignisses mit einer Zunahme der Komplexität des Lebens in Verbindung bringt“, sagte die korrespondierende Autorin Erica Barlow, außerordentliche Forschungsprofessorin am Department of Geosciences der Penn State. „Dies ist eine Hypothese, aber es gibt so wenig Fossilienbestand, dass wir es nicht testen konnten.“
Im Vergleich zu modernen Organismen ähnelten die Mikrofossilien eher einer Algenart als einfacherem prokaryotischem Leben – Organismen wie Bakterien zum Beispiel –, die vor dem Großen Oxidationsereignis existierten, sagten die Wissenschaftler. Algen sind wie alle anderen Pflanzen und Tiere Eukaryoten, komplexere Lebewesen, deren Zellen einen membrangebundenen Zellkern haben.
Es bedarf weiterer Arbeit, um festzustellen, ob die Mikrofossilien von eukaryotischen Organismen zurückgelassen wurden, aber die Möglichkeit hätte erhebliche Auswirkungen, sagten die Wissenschaftler. Es würde den bekannten Rekord an eukaryotischen Mikrofossilien um 750 Millionen Jahre verschieben.
„Die Mikrofossilien haben eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit einer modernen Familie namens Volvocaceae“, sagte Barlow. „Dies deutet darauf hin, dass es sich bei dem Fossil möglicherweise um ein frühes eukaryotisches Fossil handelt. Das ist eine große Behauptung und etwas, das noch mehr Arbeit erfordert, aber es wirft eine spannende Frage auf, auf der die Gemeinschaft aufbauen und sie testen kann.“
Barlow entdeckte das Gestein, das die Fossilien enthielt, während ihrer Bachelor-Forschung an der University of New South Wales (USNW) in Australien. Die aktuelle Arbeit führte sie im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der UNSW und anschließend als Postdoktorandin an der Penn State durch.
„Diese spezifischen Fossilien sind bemerkenswert gut erhalten, was die kombinierte Untersuchung ihrer Morphologie, Zusammensetzung und Komplexität ermöglichte“, sagte Christopher House, Professor für Geowissenschaften an der Penn State und Mitautor der Studie. „Die Ergebnisse bieten einen großartigen Einblick in eine sich verändernde Biosphäre vor Milliarden von Jahren.“
Die Wissenschaftler analysierten die chemische Zusammensetzung und die Kohlenstoffisotopenzusammensetzung der Mikrofossilien und stellten fest, dass der Kohlenstoff von lebenden Organismen erzeugt wurde, was bestätigte, dass es sich bei den Strukturen tatsächlich um biologische Fossilien handelte. Außerdem gewannen sie Einblicke in den Lebensraum, die Fortpflanzung und den Stoffwechsel der Mikroorganismen.
Barlow verglich die Proben mit Mikrofossilien aus der Zeit vor dem Großen Oxidationsereignis und konnte keine vergleichbaren Organismen finden. Die von ihr gefundenen Mikrofossilien seien größer und wiesen komplexere Zellanordnungen auf, sagte sie.
„Die Aufzeichnung scheint einen Ausbruch von Leben zu offenbaren – die Vielfalt und Komplexität dieses versteinerten Lebens, das wir finden, nimmt zu“, sagte Barlow.
Im Vergleich zu modernen Organismen, sagte Barlow, weisen die Mikrofossilien deutliche Ähnlichkeiten mit Algenkolonien auf, einschließlich der Form, Größe und Verteilung sowohl der Kolonie als auch einzelner Zellen und Membranen um Zelle und Kolonie herum.
„Sie weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit auf und daher könnten wir anhand dieses Vergleichs sagen, dass diese Fossilien relativ komplex waren“, sagte Barlow. „Im Fossilienbestand gibt es nichts Vergleichbares, und doch weisen sie ziemlich verblüffende Ähnlichkeiten mit modernen Algen auf.“
Die Ergebnisse haben Auswirkungen sowohl darauf, wie lange es dauerte, bis sich komplexes Leben auf der frühen Erde bildete – der früheste, unumstrittene Beweis für Leben ist 3,5 Milliarden Jahre alt – als auch darauf, was die Suche nach Leben anderswo im Sonnensystem offenbaren könnte, sagten die Wissenschaftler.
„Ich denke, dass die Entdeckung eines Fossils, das relativ groß und komplex ist, relativ früh in der Geschichte des Lebens auf der Erde, irgendwie zu der Frage führt: Wenn wir anderswo Leben finden, handelt es sich möglicherweise nicht nur um bakterielles prokaryotisches Leben“, sagte Barlow . „Vielleicht besteht die Möglichkeit, dass etwas Komplexeres erhalten bleibt – selbst wenn es noch mikroskopisch klein ist, könnte es etwas von etwas höherer Ordnung sein.“
Mehr Informationen:
Erica V. Barlow et al., Markantes Mikrofossil unterstützt den frühen paläoproterozoischen Aufstieg der komplexen Zellorganisation, Geobiologie (2023). DOI: 10.1111/gbi.12576