Rost als UV-Schutz: Bakterien auf der frühen Erde nutzten möglicherweise selbst produzierte Eisenminerale als Sonnenschutz, bevor die Erde eine schützende Ozonschicht hatte. Diese Minerale blockieren UV-Licht, aber nicht das zur Fotosynthese wichtige Sonnenlicht – Rost-produzierende Bakterien überleben die Strahlung daher besser, wie Wissenschaftler herausgefunden haben. Dieser rostige Sonnenschutz der Mikroorganismen könnte erklären, wie sich das Leben unter der harten Strahlenbelastung auf der jungen Erde entwickeln konnte, schreiben die Forscher im Magazin „Geology“.
Sauerstoff ist für uns lebensnotwendig: Wir benötigen ihn zum Atmen, und als Ozon in der oberen Atmosphäre schützt er uns vor schädlicher UV-Strahlung. Doch diese Atemluft und die Schutzhülle um die Erde existierten nicht immer: Vor drei bis vier Milliarden Jahren enthielt die Erdatmosphäre kaum Sauerstoff, eine Ozonschicht gab es nicht. Doch zu dieser Zeit entstand auch das erste Leben auf der Erde. „Die Erdoberfläche, aber auch Flachwassergebiete der Urozeane waren damals hoher UV-Strahlung ausgesetzt“, erklärt Andreas Kappler von der Universität Tübingen. „Trotzdem entstand mikrobielles Leben, wir haben uns gefragt, wie das möglich war.“
Eisenminerale filtern UV-Licht
Der erste Sauerstoff stammte von Mikroorganismen, die so wie heutige Grünpflanzen mit der Energie des Sonnenlichts Fotosynthese betrieben. Sauerstoff entsteht dabei gewissermaßen als Nebenprodukt. Doch es gibt auch Mikroorganismen, die Sonnenlicht anders umsetzen und dabei keinen Sauerstoff produzieren. Sie nutzen gelöstes Eisen als Energiequelle. Als Abfallprodukte entstehen dabei Eisenminerale und Rost.
Diese Minerale haben eine für die Bakterien besonders vorteilhafte Eigenschaft: Sie absorbieren UV-Licht, lassen aber das zur Fotosynthese nötige übrige Sonnenlicht durch. Die Forscher überprüften nun, wie stark die Mikroorganismen auf ihren selbstproduzierten Sonnenschutz angewiesen sind. In ihren Experimenten bestrahlten sie solche Bakterien mit einer schädlichen Dosis UV-Licht.
Eigener Sonnenschutz zum Überleben
„In Gegenwart von selbst gebildetem Rost überlebten deutlich mehr Bakterien und waren aktiv“, sagt Erstautorin Tina Gauger. „Außerdem wurde die DNA der Bakterienzellen weniger geschädigt. Im Experiment überlebten mehr Bakterien mit Mineralen als Sonnenschutz als ohne.“ Die neuen Ergebnisse helfen den Wissenschaftlern zu verstehen, wie Organismen auf der frühen Erde die viel höhere Strahlenbelastung überlebten und sich Leben in flachen Gewässern mit genügend Sonnenlicht entwickeln konnte.
Es gebe viele Hinweise, dass solche Fotosynthese treibende Bakterien in den Urozeanen der Erde und Eisen oxidiert haben: „Das zur Mineralbildung notwendige Eisen war in den sauerstofffreien Urozeanen der frühen Erde in viel größeren Mengen vorhanden als heute“, sagt Kappler. „Das Ergebnis können wir heute noch in riesigen eisenhaltigen Gesteinsformationen, den sogenannten Banded Iron Formations sehen. Das sind die weltgrößten Eisenvorräte, die wir besitzen.“ (Geology, 2015; doi: 10.1130/G37095.1)
(Eberhard Karls Universität Tübingen, 26.10.2015 – AKR)
