Bakterien haben im Präkambrium riesige Mengen Eisen abgelagert

Geomikrobiologe belegt neue Hypothese zur Bildung der gebänderten Eisenerze

In Westaustralien und Südafrika gibt es bis zu mehreren hundert Meter dicke Gesteinsschichten, die gebänderte Eisenerze (Banded Iron Formations, BIFs) heißen und tatsächlich auch mit bloßem Auge eine klare Schichtung erkennen lassen. Dabei wechseln sich Lagen von Eisenmineralen und Siliziumoxyd ab. Bisher konnte nicht eindeutig geklärt werden, wie diese merkwürdigen Formationen entstanden sind. Die Geologen gehen davon aus, dass das Eisen durch die Aktivität von Lebewesen dort abgelagert wurde. Bisher standen hauptsächlich Sauerstoff produzierende Cyanobakterien, auch bekannt unter dem Namen Blaualgen, im Verdacht, das Eisen durch chemische Oxidation des Eisens mit dem gebildeten Sauerstoff abgelagert zu haben. Unter Wissenschaftlern wird aber diskutiert, wann in der Erdatmosphäre überhaupt ausreichend Sauerstoff durch Cyanobakterien gebildet worden war, um solche Eisenformationen zu bilden. Denn die gebänderten Eisenerze stammen bereits aus dem Präkambrium, sie sind bis 3,8 Milliarden Jahre alt – das Alter der Erde wird auf 4,5 bis 4,6 Milliarden Jahre geschätzt. Nun hat der Geomikrobiologe Dr. Andreas Kappler vom Zentrum für angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen, vormals California Institute of Technology, zusammen mit anderen kalifornischen Forschern, Claudia Pasquero und Dianne K. Newman, sowie dem kanadischen Forscher Kurt O. Konhauser von der University of Alberta in Edmonton eine andere Entstehungshypothese der gebänderten Eisenformationen mit Experimenten untermauert: Danach sind die Eisenschichten durch die lichtabhängige Aktivität von Eisenbakterien entstanden, die ohne Sauerstoff auskommen. Die Forschungsergebnisse sind in der Novemberausgabe der Fachzeitschrift Geology veröffentlicht (Geology, November 2005, Ausgabe 33, Nummer 11, Seiten 865-868).

Wenn Sauerstoff in der Atmosphäre fehlt, kann zweiwertiges Eisen in einer chemischen Reaktion durch ultraviolettes Licht oxidiert und als dreiwertiges Eisen abgelagert werden. Eine solche Entstehung ist jedoch bei den gebänderten Eisenerzen höchst unwahrscheinlich, weil diese Bereiche zur Zeit des Präkambriums im Meerwasser lagen. Aber auch bestimmte Mikroorganismen, die so genannten anoxygenen phototrophen Eisenbakterien, können zweiwertiges Eisen lichtabhängig mit Hilfe ihrer Zellwerkzeuge zu dreiwertigem Eisen umsetzen. Diese Bakterien sind die entwicklungsgeschichtlich ältesten Organismen, die das Sonnenlicht für Synthesen nutzen können. Sauerstoff benötigen sie nicht. Doch von den winzigen Bakterien gibt es keine Fossilien. So haben die Wissenschaftler um Andreas Kappler in Experimenten die Bedingungen der früheren Erdatmosphäre und eines präkambrischen Ozeans simuliert und den Stoffwechsel heutiger anoxygener phototropher Bakterien der Stämme Thiodictyon und Rhodobacter ferrooxidans untersucht. Sie stellten fest, dass diese Organismen unter den Lichtbedingungen in der Tiefe des Ozeans, bei bewegtem Oberflächenwasser und sauerstofffreiem Umgebungswasser Eisen in großen Mengen ablagern können. Das ist nach ihren Untersuchungen selbst dann der Fall, wenn sich in den höheren Wasserschichten zusätzlich sauerstoffbildende Cyanobakterien angesiedelt hätten. Die Wissenschaftler halten die anoxygenen phototrophen Eisenbakterien daher für die wahrscheinlichsten Verursacher der Eisenablagerungen in den gebänderten Eisenformationen.

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Dr. Andreas Kappler
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