🫧 Das Leben atmete bereits, bevor Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden war

Vor zwei Milliarden Jahren war die Erde frei von atmosphärischem Sauerstoff. Tatsächlich trat freier Sauerstoff, wie wir ihn heute atmen, erst zu einem Zeitpunkt nachhaltig in Erscheinung, der als Große Sauerstoffkatastrophe bezeichnet wird.

Ein Team des MIT hat den Ursprung einer für die Atmung essentiellen Verbindung untersucht, eines Enzyms, das in der Mehrzahl der sauerstoffnutzenden Lebewesen vorkommt. Ihre Arbeit, veröffentlicht in Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, zeigt, dass dieses Enzym bereits im Mesoarchaikum existierte, einer Ära, die zwischen 3,2 und 2,8 Milliarden Jahren vor unserer Zeitrechnung liegt. Diese Zeit liegt mehrere hundert Millionen Jahre vor dem Moment, in dem sich Sauerstoff in der Luft ansammelte, und platziert damit das Auftreten dieses biologischen Mechanismus wesentlich früher als angenommen.


Während dieser fernen Epoche waren die Hauptproduzenten von Sauerstoff Cyanobakterien, Mikroben, die zur Photosynthese fähig sind. Ihr Auftreten wird auf etwa 2,9 Milliarden Jahre zurückdatiert, lange vor der Großen Sauerstoffkatastrophe. Sie konnten also über einen sehr langen Zeitraum Sauerstoff freisetzen, ohne dass dieser sich nennenswert ansammelte. Lange Zeit gingen Wissenschaftler davon aus, dass chemische Reaktionen mit Gesteinen den größten Teil dieses Gases aufnahmen. Die neue Studie stellt eine zusätzliche Idee in den Raum: Das Leben selbst könnte diesen entstehenden Sauerstoff verbraucht haben.

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, analysierten die Forscher die Evolution des Enzyms im Laufe der Zeit. Sie untersuchten seine genetische Sequenz bei mehreren tausend modernen Arten und platzierten diese Informationen in den Stammbaum des Lebens. Durch den Abgleich dieser Daten mit den bekannten Daten bestimmter fossiler Arten konnten sie abschätzen, in welcher Periode das Enzym aufgetreten war. Ihr Modell deutet darauf hin, dass diese Fähigkeit, Sauerstoff zu verarbeiten, kurz nach dem Auftreten der Cyanobakterien entstand.


Diesem Szenario zufolge hätten Organismen, die in der Nähe von Cyanobakterien lebten, sich schnell weiterentwickelt, um die geringen produzierten Sauerstoffmengen aufzunehmen und zu nutzen. Indem sie ihn verbrauchten, hätten diese ersten atmenden Wesen dazu beigetragen, seine Ansammlung in der Atmosphäre um Hunderte von Millionen Jahren zu verzögern. Diese Dynamik würde teilweise die lange Verzögerung zwischen der anfänglichen Sauerstoffproduktion und dem Zeitpunkt erklären, an dem er zu einer stabilen Komponente der Luft wurde. Das Ganze zeigt einmal mehr die schnelle Anpassungsfähigkeit des Lebens an neue Energiequellen.

Die Forscher des MIT und der University of Oregon, die diese Studie durchgeführt haben, weisen darauf hin, dass diese Ergebnisse unsere Wahrnehmung der aeroben Atmung verändern. Es handelt sich demnach nicht mehr um eine Innovation, die erst auftrat, nachdem die Atmosphäre sauerstoffreich geworden war. Im Gegenteil, einige Lebewesen hatten diese Fähigkeit bereits entwickelt, als die globalen Bedingungen dafür noch nicht gegeben waren.

Letztlich erweist sich die Geschichte des Sauerstoffs auf der Erde als anders. Sein dauerhaftes Vorhandensein in der Luft resultiert aus einem Gleichgewicht zwischen seiner Produktion durch Organismen wie Cyanobakterien und seinem Verbrauch durch andere Lebensformen oder durch Gesteine. Diese jüngsten Arbeiten zeigen, dass die aerobe Atmung eine extrem alte Erfindung ist. Sie hat wahrscheinlich zur Diversifizierung des Lebens beigetragen, lange bevor es sich in der Atmosphäre ansammelte.