Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum sich der Sauerstoff in der Erdatmosphäre nur langsam angereichert hat

05.01.2015

Die Dosis macht‘s: Eisen könnte die frühen Cyanobakterien vergiftet und den Start der Evolution von sauerstoffatmenden Tieren verzögert haben

Vor drei Milliarden Jahren bestand die Erdatmosphäre zu weniger als einem Promille aus Sauerstoff. Dass es heute etwa 20 Prozent sind, verdanken wir frühen Lebewesen in den Urozeanen, die trotz ihrer Winzigkeit diese umwälzende Entwicklung herbeigeführt haben.

Cyanobakterien, die es in ähnlicher Form auch heute noch gibt, haben wahrscheinlich schon vor 3,5 Milliarden Jahren mithilfe der Energie des Sonnenlichts Fotosynthese betrieben und damit einen kleinen Teil des vorhandenen Kohlendioxids der frühen Atmosphäre in organische Stoffe umgesetzt.

Sauerstoff entstand dabei als Abfallprodukt. Er machte nach rund zwei Milliarden Jahren die Evolution der zahlreichen heute lebenden Tiere, die Sauerstoff benötigen, erst möglich.

Nach Einschätzung von Wissenschaftlern hätte die massenhafte Sauerstofffreisetzung durch die Cyanobakterien eigentlich sehr viel schneller ablaufen können. Die Geomikrobiologen Dr. Elizabeth Swanner und Professor Andreas Kappler und Kollegen vom Fachbereich Geowissenschaften der Universität Tübingen haben in Zusammenarbeit mit Kollegen von der University of Alberta im kanadischen Edmonton erforscht, was die frühen Bakterien an einer schnelleren Ausbreitung gehindert hat.

Sie haben eine Erklärung gefunden, über die sie in der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Geoscience" berichten: Sie gehen davon aus, dass sich lösliches Eisen in den Urozeanen mit dem Sauerstoff schnell zu Rost umsetzte und als Nebenprodukt sogenannte Sauerstoffradikale bildete. Diese schädigen biologische Gewebe und bremsten Wachstum und Tätigkeit der sauerstoffproduzierenden Bakterien beträchtlich.

Heute ist Eisen im Meerwasser oft Mangelware. Doch in den Ozeanen der frühen Erde war es in viel größeren Mengen vorhanden. Zum einen war der Sauerstoff, der das reduzierte Eisen zu Rost ausfällt, noch nicht bis in die Tiefen des Ozeans vorgedrungen. Zum anderen enthielt der Meeresboden zu dieser Zeit reiche Eisenvorkommen, die durch hydrothermale Aktivität ins Wasser freigesetzt wurden.

„In diesen Perioden fanden wir regelmäßig keine Hinweise auf Sauerstofffreisetzung mehr“, sagt Elizabeth Swanner, die Erstautorin der Studie. Gemeinsam mit ihren Kollegen überprüfte sie im Labor, ob zwischen hohen Eisenkonzentrationen und geringem Wachstum der Cyanobakterien ein Zusammenhang bestehen könnte.

Tatsächlich konnte das Eisen, das auch die Cyanobakterien zum Leben benötigen, in größeren Mengen die Fotosynthese hemmen und so die Energieversorgung der Bakterien abschneiden. „Zu viel Eisen in Anwesenheit von Sauerstoff wirkte schädlich. So gesehen haben sich die frühen Cyanobakterien selbst vergiftet“, sagt Andreas Kappler.

Die neuen Ergebnisse helfen den Wissenschaftlern, die globalen Kreisläufe von Kohlenstoff und Sauerstoff in den wiederkehrenden Perioden mit hoher Eisenkonzentration zu verstehen. Sie beleuchten auch die Vorgänge, bei denen Eisen für Cyanobakterien und andere Fotosynthese treibende Organismen vom Nährstoff zum Gift wird. Außerdem haben die neu erkannten Zusammenhänge Einfluss auf die Rekonstruktion der zeitlichen Abläufe in der Entwicklung von Tieren, die große Mengen an Sauerstoff verbrauchen.

Originalpublikation:
Swanner, E.D., Mloszewska, A.M., Cirpka, O.A., Schoenberg, R., Konhauser, K.O., Kappler, A. (2015). Modulation of oxygen production in Archaean oceans by episodes of Fe(II) toxicity. Nature Geoscience, in press.

Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Kappler und Elizabeth D. Swanner
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG) – Geomikrobiologie
Telefon +49 7071 29-74992
andreas.kappler[at]uni-tuebingen.de und elizabeth.swanner[at]ifg.uni-tuebingen.de

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Stagnation im tiefen Südpazifik erklärt natürliche CO2-Schwankungen
23.02.2018 | Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

nachricht Birgt Mikroplastik zusätzliche Gefahren durch Besiedlung mit schädlichen Bakterien?
21.02.2018 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Good vibrations feel the force

23.02.2018 | Physik Astronomie

Empa zeigt «Tankstelle der Zukunft»

23.02.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics