Neuer Fingerabdruck zur frühen Erdgeschichte

Neue Erkenntnisse über das frühe Leben auf der Erde: Forschungsergebnisse zeigen, dass die Isotopenzusammensetzung von Uran Rückschlüsse auf die mikrobiologische Aktivität in der frühen Erdgeschichte zulässt.

Das sind die neuesten Ergebnisse des internationalen Forschungsteams unter Beteiligung von Dr. Nadja Neubert und Prof. Dr. Stefan Weyer vom Institut für Mineralogie der Leibniz Universität Hannover. In einer Publikation in der renommierten Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“ stellt das internationale Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Hannover, Lausanne und Arizona jetzt eine Methode vor, bei der die Isotope von Uran verwendet werden, um zwischen der Reduktion durch Mikroorganismen und der chemischen Reduktion zu unterscheiden.

Das Wissen, welcher dieser Prozesse in der Erdgeschichte überwiegend stattgefunden hat, liefert wertvolle Erkenntnisse über die Entwicklung von Mikroorganismen und des frühen Lebens auf der Erde.

Vor einigen Jahren entdeckte Weyer mit seinen Kooperationspartnern, dass Sedimente mit reduziertem Uran meist eine auffällige Isotopensignatur besitzen. Durch gezielte Laborexperimente konnte das Forschungsteam nun zeigen, dass diese Isotopensignatur nur durch die Aktivität von Bakterien erzeugt werden kann.

„Damit ist es erstmals möglich, die Reduktion durch Mikroorganismen von anderen chemischen Formen der Reduktion zu unterscheiden“, berichtet Weyer. Da die Isotopenzusammensetzung des Urans in Sedimenten über Milliarden von Jahren gespeichert werden kann, lässt sich durch die Isotopenanalyse von winzigen Uranmengen im Sediment feststellen, ob irgendwann in der Vergangenheit bei der Bildung der Sedimente Bakterien aktiv waren.

„Beispielsweise legen Uranisotopendaten von 2,5 Milliarden Jahre alten Sedimenten aus Westaustralien nahe, dass es wahrscheinlich schon zu dieser Zeit solche Bakterien gegeben hat“, sagt Weyer. „Wir haben mittlerweile eine Reihe von Hinweisen, dass es schon früh in der Erdgeschichte erste Spuren von Sauerstoff in einer insgesamt anoxischen Welt gegeben hat. Nun wissen wir, dass es auch Mikroorganismen gegeben hat, die diesen Sauerstoff indirekt genutzt haben.“ Um die komplexe Entwicklung des frühen Lebens auf unserem Planeten zu rekonstruieren, könnte das Element Uran also ein entscheidendes, bislang fehlendes Puzzleteil liefern.

Hintergrund:
Uran ist ein Spurenelement, das an der Erdoberfläche je nach Sauerstoffgehalt in einer oxidierten, gut löslichen Form oder in einer reduzierten unlöslichen Form vorkommt. Es gibt zwei Möglichkeiten, um Uran von der löslichen in die unlösliche Form zu überführen: Entweder durch die Aktivität von Bakterien oder durch chemische Wechselwirkung, zum Beispiel mit Mineraloberflächen.

Wofür brauchen Bakterien Uran? Im Prinzip wollen sie Elektronen loswerden und oxidiertes Uran kann diese abnehmen. Eine ganze Reihe anderer Elemente in oxidierter Form, wie zum Beispiel die viel häufigeren Elemente Schwefel und Eisen können das auch. Voraussetzung ist nur, dass etwas Sauerstoff vorhanden sein muss, um sie zu oxidieren. Das Besondere am Uran ist, dass die Bakterien bei der Aufnahme von Elektronen wählerisch zu sein scheinen. Sie bevorzugen die des schweren Uranisotops 238U gegenüber denen des leichteren 235U. Das wiederum verursacht den spezifischen Fingerabdruck der Uranreduktion durch Bakterien.

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Stefan Weyer, Professor für Geochemie am Institut für Mineralogie der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 2933 oder per E-Mail unter s.weyer@mineralogie.uni-hannover.de gern zur Verfügung.