Jahrzeitelalte Gesteinskerne, die von Bergbauunternehmen aus dem Untergrund gebohrt wurden, liegen nun auf Tabletts in einem Lagerhaus in Darwin, Australien. In diesen Tonsteinen haben Forscher mehr als 12.000 Fossilien winziger Lebewesen entdeckt, die auf 1,7 Milliarden Jahre zurückgehen. Die Fossilien geben Aufschluss über die Geschichte des Sauerstoffs, komplexer Zellen und wie das Leben, wie wir es kennen, entstanden ist.
Eine neue Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, hat identifiziert, was die Forscher als die ältesten bekannten eukaryotischen Fossilien der Erde bezeichnen. Diese Organismen gehören zu der Gruppe, die Tiere, Pflanzen, Algen und Pilze umfasst – jede Lebensform mit einem Zellkern und inneren Strukturen. Prokaryoten, die keine Zellkerne besitzen und Bakterien und Archäen umfassen, bilden den anderen Hauptzweig des Lebens.
Eine aktuelle Studie untermauert die zentrale Rolle des Sauerstoffs im Aufstieg komplexen Lebens. Sie markiert einen bescheidenen, aber aussagekräftigen Fortschritt bei der Lösung einer der größten Fragen der Biologie: wie sind Eukaryoten entstanden?
Tonsteinkerne aus antiken Meeren
Die Bohrungen im Norden Australiens reichen hunderte Meter unter die Oberfläche, und die Unternehmen, die sie vorgenommen haben, suchten nach Mineralien und nicht nach Fossilien. Stattdessen bargen sie verfestigten Meeresboden aus einem einstigen Binnenmeer, das die Region vor mehr als 1,5 Milliarden Jahren bedeckte.
Winzige Kreaturen, die auf dem Meeresboden lebten, wurden im Tonstein bewahrt. Der Stein wurde zerbrochen und sein Gehalt aufgelöst, und was übrig blieb, war organisches Rückstandsgestein von den Fossilien selbst. Unter dem Mikroskop wurden mehr als 12.000 Exemplare unter den Überresten gezählt.
Fossilien wurden aus einer Vielzahl von Meereshabitaten geborgen, darunter Küsten-Schlickebene und offene Gewässer. Ihre Präsenz beschränkt sich jedoch auf Ablagerungen, die unter Bedingungen entstanden sind, unter denen Sauerstoff im Wasser vorhanden war. Proben, die aus Umgebungen ohne Sauerstoff entnommen wurden, ergaben nur einfache, prokaryotische Lebensformen.
Die Beweise untermauern die seit langem bestehende Idee, dass Sauerstoff für die Entwicklung früher Eukaryoten zentral war. Sie tragen auch zu einem wachsenden Fall an, dass während der anfänglichen Phasen der Eukaryotenentwicklung die Sauerstoffwerte wahrscheinlich viel niedriger waren als heute.
Die zelluläre Teilung
Das Leben auf der Erde lässt sich in Bezug auf die Zellstruktur in zwei grundlegende Arten einteilen. Eine Art, die Prokaryoten, hat Zellen, die einfach sind und meist als Einzellern existieren. Die andere Art, die Eukaryoten, ist recht unterschiedlich. Ihre Zellen tragen einen Zellkern und enthalten Strukturen, die als Organellen bezeichnet werden und bestimmte Funktionen innerhalb der Zelle abwickeln.
Der Aufstieg der Eukaryoten veränderte den Planeten dramatisch und schuf die Voraussetzungen für das Auftreten von Tieren und letztendlich Menschen. Moderne genetische Beweise unterstützen die Schlussfolgerung, dass der jüngste gemeinsame Vorfahre aller lebenden Eukaryoten durch eine Verschmelzung zwischen zwei unterschiedlichen prokaryotischen Organismen entstanden ist: einem Archäon und einem Bakterium.
Diese Fossilien von einzelligen Organismen markieren den frühesten bekannten Beleg für eukaryotisches Leben. Ihre Zellen zeigen ein Ausmaß an Komplexität, das sie von Prokaryoten unterscheidet, während sie dem entsprechen, was typisch für Eukaryoten ist.
Die Sauerstofffrage
Die meisten Arten von Bakterien können unter Bedingungen ohne Sauerstoff überleben und sich vermehren. Im Gegensatz dazu sind fast alle lebenden Eukaryoten auf Sauerstoff für ihre Existenz angewiesen. Der Grund dafür ist die aerobe Atmung – die Nahrung mithilfe von Sauerstoff abbaut – liefert die großen Mengen an Energie, die kompliziertes Leben benötigt.
In den letzten Jahren wurde die Vorstellung, dass Sauerstoff immer allen Eukaryoten zugute gekommen ist, in Frage gestellt. Der Grund dafür ist die unerwartete Entdeckung seltsamer Eukaryoten, die ohne ihn gedeihen können.
Das geologische Archiv enthält nun zunehmend den Beweis, dass während der frühen Tage des eukaryotischen Lebens Sauerstoff wahrscheinlich viel weniger verbreitet war als heute. Das würde bedeutet, dass sauerstoffarme Gewässer die typische Umgebung für das Leben im Meer gewesen wären.
Zusammen ergeben diese Beobachtungen nun Zweifel an der lang gehegten Idee, dass Eukaryoten sich immer auf Sauerstoff für ihr Überleben verlassen haben.
Die Darwin-Sammlung
Eine Sammlung in Darwin, Australien, beherbergt die Fossilien. Bohrfirmen führten diese Arbeit vor langer Zeit für die Rohstofferkundung durch. Darunter befindet sich Tonstein, der sich aus erstarrtem Meeresboden bildet.
Eukaryotische Fossilien gehören zu den ältesten bekannten, und die frühesten davon lassen sich auf etwa 1,75 Milliarden Jahre zurückdatieren.
Um zu ergründen, wie die Umweltbedingungen bei der Ablagerung der Sedimente waren, untersuchten die Autoren der Studie, Maxwell Lechte und Leigh Anne Riedman, die Tonsteine, die die Fossilien enthielten. Sie analysierten die Chemie dieser Tonsteine, was ihnen Auskunft darüber gab, ob das antike Meerwasser Sauerstoff enthielt.
Die Ergebnisse zeigen, dass eukaryotische Fossilien in einer Vielzahl von Lebensräumen auftauchten, darunter Küsten-Schlickebene und offene See. Diese Fossilien traten jedoch ausschließlich in Sedimenten auf, die unter sauerstoffreichen Bedingungen abgelagert wurden. Proben aus sauerstoffarmen Umgebungen enthielten nur einfache, prokaryotische Lebensformen.
Was die Ergebnisse bedeuten
Diese Ergebnisse stützen die Idee, dass Sauerstoff eine wesentliche Rolle bei der Förderung der Entwicklung früher Eukaryoten spielte. Sie zeigen zudem, wie wenig wir noch über die ferne Vergangenheit wissen, in der diese Organismen erstmals entstanden.
Diese Forschung liefert weitere Belege für die Diskussion, obwohl sie die Frage nicht beantwortet, ob komplexes Leben Sauerstoff brauchte, um zu entstehen.
Der Weg vor uns
Eine der Schlüssel-unbeantworteten Fragen der Lebenswissenschaften betrifft die Kräfte hinter dem großen Sprung, der zur Entstehung früher Eukaryoten führte. Weitere Forschung über diese rätselhaften, antiken Mikrofossilien wird sicherlich mehr Licht auf unsere Herkunft – und unsere Position im großen Ganzen – werfen.
Wissenschaftler werden weiterhin zu den Fossilien in Darwin zurückkehren, und jeder Besuch verspricht weitere Daten.
Faktenbox
- Fossilien: Mehr als 12.000
- Älteste bekannte eukaryotische Fossilien: 1,75 Milliarden Jahre alt
- Studie veröffentlicht in: Nature
- DOI: 10.1038/s41586-026-10533-4
- Proben: Mudstone-Kerne aus Nordaustralien
Es gibt Hinweise darauf, dass frühe Lebensformen Umgebungen mit viel Sauerstoff bewohnten, was die Vorstellung stützt, dass Sauerstoff von Bedeutung war. Diese Überreste belegen jedoch nicht, dass Sauerstoff den Aufstieg der Eukaryoten angetrieben hat.
Diese Forschung stellt einen Fortschritt dar, aber keine endgültige Antwort. Sie konzentriert die Untersuchung, löst sie aber nicht. Die ferne Vergangenheit birgt noch viele Geheimnisse, und vieles über die frühesten Eukaryoten ist noch ein Rätsel.
Diese Studie wurde gemeinsam mit Susannah M. Porter, Galen P. Halverson und Margaret Whelan durchgeführt.
Quellenmaterial: „1,7-Milliarden-jährigen-alte Fossilien enthüllen einen entscheidenden Hinweis auf den Aufstieg komplexen Lebens“, ScienceDaily.
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