Die Entdeckung von Mikrofossilien, die die Evolution des Lebens neu definiert

In Westaustralien gefundene Mikrofossilien weisen auf einen großen Anstieg der Komplexität des Lebens während des Großen Oxidationsereignisses hin und weisen auf die frühe Entwicklung komplexer Organismen wie Algen hin.

Laut einem internationalen Wissenschaftlerteam könnten Mikrofossilien aus Westaustralien einen Sprung in der Komplexität des Lebens darstellen, der mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre und den Ozeanen einhergeht.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht GeologieDieses Bild bietet einen seltenen Einblick in das Große Oxidationsereignis, eine Zeit vor etwa 2,4 Milliarden Jahren, als die Sauerstoffkonzentration auf der Erde zunahm und die Oberfläche des Planeten grundlegend veränderte. Wissenschaftler glauben, dass dieses Ereignis zu einem Massensterben führte und die Tür zur Entwicklung komplexeren Lebens öffnete, doch vor der Entdeckung der neuen Mikrofossilien gab es im Fossilienbestand kaum direkte Beweise.

Mikrofossilien finden sich in schwarzem Feuerstein wie dem hier gezeigten. Bildnachweis: Erica Barlow

Der erste direkte Beweis, der Umweltveränderungen mit komplexem Leben in Verbindung bringt

„Was wir zeigen, ist der erste direkte Beweis, der die sich verändernde Umgebung während eines großen Oxidationsereignisses mit einer erhöhten Komplexität des Lebens in Verbindung bringt“, sagte die korrespondierende Autorin Erica Barlow, außerordentliche Forschungsprofessorin am Department of Earth Sciences der Penn State University. „Dies ist eine Hypothese, aber es gibt kaum etwas im Fossilienbestand, das wir nicht testen konnten.“

Im Vergleich zu modernen Organismen und Algen

Im Vergleich zu modernen Organismen ähneln die Mikrofossilien eher einer Algenart als einfacherem prokaryotischem Leben – Organismen wie Bakterien zum Beispiel –, das vor dem großen Oxidationsereignis existierte, sagten die Wissenschaftler. Algen sind wie alle anderen Pflanzen und Tiere Eukaryoten, also komplexere Organismen, deren Zellen einen membrangebundenen Zellkern enthalten.

Wissenschaftler sagten, es sei noch mehr Arbeit nötig, um festzustellen, ob die Mikrofossilien von eukaryotischen Organismen hinterlassen wurden, aber diese Möglichkeit hätte erhebliche Auswirkungen. Es würde den Rekord der eukaryotischen Mikrofossilien um 750 Millionen Jahre nach hinten verschieben.

Die Hammersley Range, eine Bergregion in Westaustralien, in der die Forscher ihre Arbeit durchführten. Bildnachweis: Erica Barlow

„Die Mikrofossilien weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit einer modernen Familie namens Volvocaceae auf“, sagte Barlow. „Dies deutet darauf hin, dass es sich bei dem Fossil möglicherweise um ein frühes eukaryotisches Fossil handelt. Das ist eine große Behauptung und etwas, das noch mehr Arbeit erfordert, aber es wirft eine spannende Frage auf, auf der die Gemeinschaft aufbauen und sie testen kann.“

Barlow entdeckte das Gestein, das die Fossilien enthielt, während ihrer Bachelor-Forschung an der University of New South Wales (USNW) in Australien und führte die aktuelle Arbeit im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der UNSW und anschließend während ihrer Arbeit als Postdoktorandin an der Penn State durch.

Implikationen und zukünftige Forschung

„Diese spezifischen Fossilien sind bemerkenswert gut erhalten, was eine kombinierte Untersuchung ihrer Morphologie, Zusammensetzung und Komplexität ermöglichte“, sagte Christopher House, Professor für Geowissenschaften an der Penn State und Mitautor der Studie. „Die Ergebnisse bieten einen faszinierenden Einblick in die sich verändernde Biosphäre vor Milliarden von Jahren.“

Die Wissenschaftler analysierten die chemische Zusammensetzung und die Kohlenstoffisotopenzusammensetzung der Mikrofossilien und stellten fest, dass der Kohlenstoff von lebenden Organismen erzeugt wurde, was bestätigte, dass es sich bei den Strukturen tatsächlich um biologische Fossilien handelte. Sie lieferten auch Einblicke in den Lebensraum, die Fortpflanzung und den Stoffwechsel von Mikroorganismen.

Barlow verglich die Proben mit Mikrofossilien vor dem großen Oxidationsereignis und konnte keine ähnlichen Organismen finden. Sie sagte, die Mikrofossilien, die sie gefunden habe, seien größer und hätten komplexere Zellanordnungen gehabt.

„Die Aufzeichnung scheint eine Welle des Lebens zu offenbaren – die Vielfalt und Komplexität dieses versteinerten Lebens, das wir finden, nimmt zu“, sagte Barlow.

Im Vergleich zu modernen Organismen weisen Mikrofossilien deutliche Ähnlichkeiten mit Algenkolonien auf, sagte Barlow, einschließlich der Form, Größe und Verteilung sowohl der Kolonie als auch einzelner Zellen sowie der Membranen, die sowohl die Zelle als auch die Kolonie umgeben.

„Sie weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit auf, und anhand dieser Vergleichsmethode können wir sagen, dass diese Fossilien relativ komplex waren“, sagte Barlow. „Es gibt nichts Vergleichbares im Fossilienbestand, es weist jedoch verblüffende Ähnlichkeiten mit modernen Algen auf.“

Umfassendere Implikationen für das Verständnis des Lebens auf der Erde und darüber hinaus

Wissenschaftler sagten, die Ergebnisse hätten Auswirkungen darauf, wie lange es dauerte, bis sich komplexes Leben auf der frühen Erde bildete – der älteste unumstrittene Beweis für Leben ist 3,5 Milliarden Jahre alt – und was die Suche über Leben anderswo im Sonnensystem verraten könnte.

„Ich denke, wenn man ein so relativ großes und komplexes Fossil findet, das relativ früh in der Geschichte des Lebens auf der Erde vorkommt, fragt man sich irgendwie: Wenn wir irgendwo anders Leben finden, handelt es sich möglicherweise nicht nur um prokaryotisches Bakterienleben“, sagte Barlow. . „Möglicherweise besteht die Möglichkeit, dass etwas Komplexeres erhalten bleibt – auch wenn es noch mikroskopisch klein ist, könnte es etwas von etwas höherer Ordnung sein.“

Referenz: „Besondere Mikrofossilien unterstützen die Entstehung komplexer Zellorganisationen im Paläozoikum“ von Erica V. Barlow, Christopher H. House, Ming-Chang Liu und Maxwell T. Witherington und Martin J. Van Kranendonck, 6. Oktober 2023, Geologie.
doi: 10.1111/gbi.12576

Maxwell Witherington, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Penn State, leistete ebenfalls einen Beitrag; Ming Chang Liu, Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory; und Martin Van Kranendonck, Professor an der University of New South Wales in Australien.

Australischer Forschungsrat, NASA Die National Science Foundation hat diese Arbeit finanziell unterstützt.