Seltenes Ökosystem mit Beispielen der frühesten Fossilien der Welt bietet Einblick in das frühe Leben auf der Erde

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Wissenschaftler haben in den Salzebenen ein bisher verborgenes Ökosystem mit einem ausgedehnten Lagunensystem entdeckt von Puna de Atacama, einem trockenen Plateau in Argentinien – mit riesigen Stromatolithen, die einer neuen Forschung zufolge einen Einblick in das früheste Leben auf der Erde und möglicherweise sogar auf dem Mars geben könnten.

Stromatolithen sind geschichtete Gesteine, die durch das Wachstum von Blaualgen oder Cyanobakterien durch Photosynthese entstehen. Die Strukturen gelten laut NASA als eines der ältesten Ökosysteme der Erde und stellen den frühesten fossilen Beweis für Leben auf unserem Planeten aus der Zeit vor mindestens 3½ Milliarden Jahren dar.

„Diese ähneln sicherlich einigen der frühesten Makrofossilien auf unserem Planeten und befinden sich in einer wirklich seltenen Umgebung auf der modernen Erde“, sagte Professor Brian Hynek im Fachbereich Geologie der University of Colorado Boulder, der bei der Dokumentation des Ökosystems half. „Sie sind ein Fenster in die ferne Vergangenheit und zeigen, wie das Leben auf unserem Planeten vor 3½ Milliarden Jahren ausgesehen haben könnte.“

Uralte riesige Stromatolithen waren im präkambrischen Zeitalter der Erde, das die frühe Zeitspanne von etwa 4,6 bis 541 Millionen Jahren umfasst, weit verbreitet, heute sind sie jedoch nur noch spärlich auf der Welt verbreitet. Nach Angaben der gemeinnützigen Naturschutzorganisation Bush Heritage Australia befinden sich die am besten entwickelten Gebiete auf den Bahamas und in der Shark Bay-Region in Westaustralien.

Moderne Stromatolithen seien relativ klein, sagte Hynek, während alte Stromatolithen früher bis zu 20 Fuß (6 Meter) hoch und 16 bis 22 Fuß (5 bis 7 Meter) breit seien, sagte er. Laut einer Pressemitteilung der University of Colorado Boulder sind die kürzlich entdeckten Stromatolithen unter den Gewässern der Lagunen von Puna de Atacama bis zu 4,5 Meter breit und mehrere Fuß hoch.

Stromatolithen neigen auch dazu, unter alkalischen Bedingungen zu wachsen, aber das Lagunensystem der Puna de Atacama ist sauer. Bei den heute gefundenen Stromatolithen handelt es sich fast ausschließlich um Karbonatgesteine ​​(aus Kalkstein), aber diese Strukturen bestehen größtenteils aus den Mineralien Gips und Halit (Steinsalz), sagte Hynek.

Es sei unklar, warum die Stromatolithen so groß seien, sagte Hynek, aber er vermutete, dass das Ökosystem im Landesinneren über einen langen Zeitraum hinweg ungestört blieb, was ihnen ein ungehindertes Wachstum ermöglichte.

Im Gegensatz zu modernen Stromatolithen wuchsen alte Stromatolithen in einer Zeit, in der es in der Atmosphäre an Sauerstoff mangelte. Unter diesen Bedingungen nutzten die Mikroben der Stromatolithen die anoxygene Photosynthese, die keinen Sauerstoff benötigt, um Lichtenergie in Verbindungen umzuwandeln, die lebende Zellen unterstützen.

„Es ist spektakulär, in dieser ungewöhnlichen Höhe Strukturen zu finden, die biogen (von lebenden Organismen erzeugt) sein könnten“, sagte Pieter Visscher, Professor für Meereswissenschaften an der University of Connecticut, der sich intensiv mit Stromatolithen beschäftigt hat, in einer E-Mail. „Ein großes Problem bei der Entdeckung, ob biogen oder nicht, ist, dass diese in Gegenwart von Sauerstoff (in der aktuellen Atmosphäre) gebildet werden. Bis vor 2,3 Milliarden Jahren gab es keinen Sauerstoff.“

Während sich die Stromatolithen in einer sauerstoffhaltigen Umgebung befinden, sagte Hynek glaubt, dass die Schichten weiter unten im Gestein kaum oder gar keinen Zugang zu Sauerstoff haben und aktiv von Mikroben gebildet werden, die anoxygene Photosynthese nutzen. Dadurch würden die Strukturen denen auf der alten Erde ähneln.

Hynek entdeckte das Lagunensystem durch Satellitenbilder im April 2022, als er eine andere Lagune im Nordwesten Argentiniens untersuchte, in der es kleinere Stromatolithen mit Mikroben gab, die anoxygene Photosynthese nutzen.

„Wir sind nicht sicher, ob die Mikroben aktiv an ihrem Wachstum teilnehmen (in den neu entdeckten Stromatolithen). Wir glauben, dass sie es sind. Aber wir haben die Experimente noch nicht durchgeführt, um diesen Teil herauszufinden“, sagte Hynek, der vorläufige Beobachtungen mit der Mikrobiologin Maria Farías, Mitbegründerin von Punabio SA Environmental Consulting, dokumentierte. „Es gibt noch viel zu tun. Wir haben sie gerade erst entdeckt und kaum an der Oberfläche gekratzt.“

Einer Pressemitteilung zufolge sollten Hynek und Farías ihre Ergebnisse am 11. Dezember auf dem Treffen der American Geophysical Union 2023 in San Francisco vorstellen.

Wenn die Stromatolithen von Mikroben mittels anoxygener Photosynthese produziert werden, könnte die Entdeckung Einblicke in die Möglichkeit von Leben auf dem alten Mars geben, sagte Hynek.

„Wir haben mehr als 600 alte Seen auf dem Mars identifiziert; Möglicherweise gab es sogar einen Ozean. Es war also schon früh viel erdähnlicher“, sagte er. Hynek sagte auch, dass die Mineralien Gips und Halit, die in den Stromatolithen in Argentinien gefunden werden, auch in Salzablagerungen auf dem gesamten Mars vorkommen.

„Wenn auf dem Mars jemals Leben durch Photosynthese entstanden wäre, würden wir nach solchen Dingen (Stromatolithen) suchen – und nach solchen Dingen würden wir suchen“, sagte Hynek, der auch wissenschaftlicher Mitarbeiter am Mars ist Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado Boulder.

„Wenn wir irgendwelche Fossilien auf dem Mars finden, ist dies unsere beste Vermutung, um welche es sich handelt, denn es handelt sich um die ältesten Fossilien aus den Gesteinsaufzeichnungen der Erde.“

Hynek sagte, er hoffe, bald in die Lagune zurückkehren zu können, um weitere Forschungen zu den Stromatolithen durchzuführen.

„Stromatolithen auf dem Mars? Ein langer Weg, aber wer weiß. Bisher gibt es keine Karbonate auf der Marsoberfläche, aber die Suche nach möglichen Lebenszeichen geht weiter“, sagte Visscher.