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 Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon
22.11.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Klimawandel begünstigt Methanfreisetzung aus Gewässern
22.11.2017 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften