Jena – Die menschliche Zivilisation hat sich einem warmen Intermezzo entwickelt, das in geologischen Dimensionen betrachtet sehr kurz ist. Diese Warmzeit – und mehrere vergleichbare, die ihr vorangegangen sind – fallen in ein wesentlich längeres Erdzeitalter, das von außerordentlicher Kälte geprägt ist. Im engeren Sinne hat diese sogenannte Känozoische Eiszeit vor 2,7 Millionen Jahren begonnen.

Das Cryogenium

Selbst in ihren extremsten Kaltphasen reichte dieses Eiszeitalter aber nie an zwei Eiszeiten heran, die in einem viel früheren Abschnitt der Erdgeschichte stattfanden. Dieses Zeitalter, das Cryogenium vor 720 bis 635 Millionen Jahren, ist sogar nach der extremen Kälte benannt. Zweimal soll die Erde in diesem Zeitraum annähernd total vereist sein: Die Gletscher rückten bis in Äquatornähe vor.

Die Vorstellung von einer derart extremen Vereisung wurde unter dem Schlagwort "Schneeball Erde" anschaulich zusammengefasst. In jüngerer Vergangenheit wurde dies etwas relativiert: Es sei nicht die gesamte Erdoberfläche zugefroren gewesen, sondern es habe stets apere Regionen gegeben – also eher ein "Matschball Erde". Nichtsdestotrotz waren die Vereisungen im Cryogenium wesentlich massiver als alles, was viel später Mammuts & Co erlebten. Für die damaligen Lebewesen muss dies eine extreme Herausforderung gewesen sein.

Spurensuche im Grand Canyon

Ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena hat nun den Grand Canyon aufgesucht, um zu untersuchen, welche Organismen die bis zu 50 Millionen Jahre langen Eiszeiten des Cryogeniums überdauern konnten. Der Canyon hat sich erst vor etwa sechs Millionen Jahren gebildet und dabei Schichten freigelegt, die aus wesentlich älterer Zeit stammen.

Obwohl organische Spuren von urzeitlichen Organismen rasch zerfallen, sind manche Fette sogar aus der Zeit vor dem Kambrium, in dem das Leben förmlich explodierte, unversehrt erhalten geblieben. Wie die Max-Planck-Gesellschaft berichtet, fanden die Forscher in Gesteinsproben aus dem Grand Canyon Moleküle, die höchstwahrscheinlich von räuberischem Plankton stammen, das vor 635 Millionen Jahren, also am Ende des Cryogeniums, lebte.

"Wie alle höheren Lebewesen, die Menschen eingeschlossen, Cholesterin produzieren, erzeugen auch Plankton und Bakterien ähnlich charakteristische Fettmoleküle", erläutert Lennart van Maldegem vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie. "Diese Fettmoleküle können im Gestein Millionen Jahre überdauern und uns Aufschluss darüber geben, welche Lebensformen vor langer Zeit im Ozean gediehen."

Überraschende Entdeckung

Diese Urlebewesen waren etwas anders aufgebaut als gedacht. Teamleiter Christian Hallmann dazu: "Wir waren völlig verblüfft, denn diese Moleküle sahen anders aus als alles, was wir je zuvor gesehen hatten!" Die Struktur der Verbindung (25,28-Bisnorgammaceran oder kurz BNG) konnte aufgeschlüsselt werden, ihr Ursprung blieb zunächst aber ein Rätsel. "Wir forschten natürlich nach, ob diese neue Substanz noch irgendwo anders vorkommt", sagt van Maldegem, der dafür Hunderte alter Gesteinsproben unterschiedlichster Herkunft untersuchte.

Die wurden schließlich in noch älteren Schichten gefunden. Detaillierte weiterführende Untersuchungen über wahrscheinliche BNG-Vorläufer-Moleküle sowie über die Anteile verschiedener Kohlenstoff-Isotope in den Molekülen aus den Gesteinen des Grand Canyon führten die Forscher zum Schluss: BNG stammt höchstwahrscheinlich von heterotrophem Plankton ab, also von winzigen Organismen, die ihre Energie nicht durch Photosynthese gewannen, sondern andere Organismen fraßen.

"Die BNG-haltigen Organismen waren demnach echte Räuber, die ihren Energiebedarf deckten, indem sie andere Algen und Bakterien jagten und verschlangen", sagt van Maldegem. Heute gibt es solche Mini-Räuber reichlich in den Weltmeeren. Doch die Entdeckung, dass es auch vor 635 Millionen Jahren, also unmittelbar nach der weltweiten Vergletscherung, schon so häufig vorkam, ist laut den Forschern ein bedeutender Fortschritt für unser Verständnis der Geschichte des Lebens.

Entscheidender Wandel

Was die Forscher da im Grand Canyon entdeckten, sind letztlich also die Spuren einer Wendezeit und eines fundamentalen Wandels im Erdaltertum: Den Übergang von einer Welt, deren Meere praktisch ausschließlich von Bakterien bevölkert waren, zu einem stärker der heutigen Erde ähnelnden Ökosystem mit deutlich mehr Algen im Ozean, wie es van Maldegem zusammenfasst.

Die Forscher gehen davon aus, dass das massive Auftreten von räuberischem Verhalten dazu beigetragen hat, die Ozeane von Bakterien zu säubern und so Raum für Algen und anderes Plankton zu schaffen. So konnten sich immer komplexer werdende Nahrungsketten herausbilden, was letztlich den Weg für größere und höher entwickelte Lebensformen ebnete, wie sie im nachfolgenden Zeitalter des Ediacariums und noch stärker im daran anschließenden Kambrium die Meere bevölkerten. Nachdem die Erde immerhin mehrere Milliarden Jahre lang von Einzellern geprägt gewesen war, begann sie nun langsam das uns heute vertraute Gesicht anzunehmen. (red, 31. 1. 2019)