Alte Plankton-ähnliche Mikrofossilien umfassen zwei Kontinente

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Große, robuste, linsenförmige Mikrofossilien aus der ca. 3,4 Milliarden Jahre alten Kromberg-Formation des Kaapvaal-Kratons in Ost-Südafrika gehören nicht nur zu den bislang ältesten und ausgefeiltesten Mikroorganismen, sondern sind auch mit anderen Mikrofossilien gleichen Alters aus dem Pilbara Craton in Australien verwandt. Dies hat nun ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der  Louisiana State University, Nagoya University,  Pennsylvania State University und der University of California herausgefunden.

Die Forscher berichten in der Juli-Ausgabe der Precambrian Research, dass die „Kromberg Formation (KF) – Formen echte, organische, archaische  Mikrofossilien sind und einige der ältesten morphologisch konservierten Organismen auf der Erde darstellen“. Die Kombination von Morphologie, Vorkommen und Kohlenstoff-Isotopen-Werten lässt vermuten, dass die linsenförmigen Formen Mikroben darstellen, die planktonische Stadien in ihren Lebenszyklen besaßen.

Lentikuläre Bio-Mikrofossilien in der Kromberg-Formation, Onverwacht Group, Barberton Mountain, Südafrika. Das dargestellte Bild ist eine optische Mikrophotographie eines polierten Dünnschnittes im Durchlicht. (Bild: Dorothy Oehler, Louisiana State University).

„Wir wollten feststellen, ob die südafrikanischen Fossilien mit den australischen verknüpft werden könnten, da es uns einen zusätzlichen Einblick in die Evolutionsgeschichte und die Bedeutung dieser ungewöhnlichen Formen geben würde“, sagte Dorothy Z. Oehler, Wissenschaftlerin am Planetary Science Institute, Tuscon Arizona. „Maud (M. Walsh, Professor für Pflanzen-, Umwelt- und Bodenwissenschaften, Louisiana State University) entdeckte zuerst die linsenförmigen Formen in der Kromberg-Formation und schickte uns einige Proben und wir arbeiteten an der Interpretation. Wir untersuchten Isotopenanalysen mit der Gegenüberstellung der südafrikanischen und australischen Fossilien in Bezug auf ihre Morphologien, die Arten der vorkommenden Gesteine und der geologischen Umgebung, in denen die Fossilien aufgetreten sind.“

Diese Fossilien treten alle in Sedimentgesteinen auf – sogenannte Cherts -, die einst von flachen Gewässern bedeckt waren. Und nach den neuesten Erkenntnissen der Forscher hat es den Anschein, dass die Proben beider Standorte, die aus Australien und aus Südafrika, verwandt sind.

 

Eine Karte, die den Ort der Probenentnahme aus Südafrika zeigt. Der Pfeil zeigt auf den spezifischen Ort, an dem Dr. Maud Walsh die Proben sammelte. Sie sind in einer geologischen Formation namens Kromberg Formation und befinden sich südwestlich der Stadt Barberton, im Barberton Greenstone Gürtel, oft als das Barberton Mountain Land bezeichnet.
(Quelle: Maud Walsh, Louisiana State University)

„Viele Leute glauben, dass der Kaapvaal-Kraton des südlichen Afrika und der Pilbara-Kraton von Australien zu diesem Zeitpunkt einen einzigen Kontinent bildete“, sagte Christopher H. House, Professor für Geowissenschaften und Direktor des Penn State Astrobiology Research Center. „Aber wir wissen es nicht wirklich.“

 

Diese Mikrofossilien sind nicht nur deshalb ungewöhnlich, weil sie so alt sind und in der geologischen Aufzeichnung schon etwa eine Milliarde Jahre nach Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren erscheinen, sondern weil sie große, komplexe, planktonartige und autotrophische Organismen sind, die anorganische Elemente in organisches Material umwandeln können.

 

Vertraute Fossilien wie Trilobiten lebten vor 200 Millionen Jahren und tauchten erstmals vor 500 Millionen Jahren auf. Diese linsenförmigen Organismen erschienen vor 3.450 Millionen Jahren, verbreiteten sich von Australien nach Südafrika und verschwanden dann aus der fossilen Überlieferung. Sie sind größer und komplexer als jeder andere Organismus, der zu dieser Zeit existierte.

„Diese Fossilien scheinen sich aus nichts vorangegangenem evolutionär entwickelt zu haben, was bis dahin auf der Erde existierte und uns bekannt wäre.“, sagte House. „Sie scheinen ein Experiment in der Anpassung zu sein, das keine Linie hinterlassen hat.“

Die Forscher analysierten die Fossilien, um die isotopische Beziehung zwischen Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 13 zu bestimmen, zwei Isotope von Kohlenstoff, die in allem vorhanden sind, deren Verhältnisse jedoch organisches Material anzeigen könnte. Sie verwendeten die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie, ein Prozess, bei dem ein Ionenstrahl Ionen von der Oberfläche einer Substanz stößt, so dass diese Ionen identifiziert werden können.

„Als die Kohlenstoff-Isotopendaten zurückkamen, waren wir aufgeregt“, sagte Oehler. „Es half, die Biogenität der südafrikanischen Formen zu bestätigen und sagte uns, dass die organischen Mikrofossilien aus den drei Lagerstätten wahrscheinlich Organismen darstellen, die biologisch verwandt waren.“

Die Wissenschaftler stellten zudem fest, dass die isotopische Zusammensetzung und Morphologie dieser Fossilien sie von anderen Mikrofossilien des Präkambriums – vor 4.600 Millionen Jahren bis vor 541 Millionen Jahren – unterschied. Diese robusten Mikroorganismen bestanden für 400 Millionen Jahre und waren weiträumig verbreitet. Da sie dicke, robuste Wände hatten und sich wie Plankton verhalten haben dürften – sie schwammen vor allem in ozeanischen Oberflächengewässern – hatten sie dadurch vielleicht einen Vorteil für das Überleben auf der frühen Erde. Das Leben war damals von höherer ultravioletter Strahlung, chaotischen Umweltbedingungen und großen extraterrestrischen Bombardements geprägt.

 

Veröffentlichung:

Dorothy Z. Oehler, Maud M. Walsh, Kenichiro Sugitani, Ming-Chang Liu, Christopher H. House. Large and robust lenticular microorganisms on the young EarthPrecambrian Research, 2017; 296: 112 DOI: 10.1016/j.precamres.2017.04.031

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Pia Gaupels

Pia Gaupels, 30, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. Sie hat die Facebook-Seite GeoHorizon gegründet. Zudem hat sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung.