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  REVOLUTION DES LEBENS
Bohrung soll Sauerstoff-Raetsel loesen
Von Cornelia Reichert
Vor knapp drei Milliarden Jahren kam es auf der jungen Erde zu einem dramatischen Wandel: In rasantem Tempo entwickelten sich Lebewesen, fuer die Sauerstoff kein Gift, sondern Lebenselixier war. Bohrungen in Russland sollen das Raetsel der Sauerstoff-Revolution jetzt loesen.
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Beharrlich frisst sich der Meißel durchs Gestein. Meter um Meter Metallgestaenge verschwinden im Boden. Bohrung 1A bei Monchegorsk ist beschwerlich: Laster fahren das noetige Spuelwasser heran, natuerliche Quellen sind in der Naehe spaerlich. Dafuer gibt es Myriaden von Muecken.
Victor Melezhik vom Norwegischen Geologischen Dienst und sein internationales Team bohren "Far-Deep": Im Rahmen des "Fennoscandia Arctic Russia-Drilling Early Earth-Project", das zum Internationalen Kontinentalen Forschungsbohrprogramm (ICDP) gehoert, treiben die Wissenschaftler 15 bis 500 Meter tiefe Loecher in den Boden Nordwestrusslands. Sie erhoffen sich Antworten auf ein geologisches Raetsel: Was geschah, als vor fast drei Milliarden Jahren Sauerstoff in die Atmosphaere kam und das Leben erstmals Luft holte?

Vorher beschraenkte sich das Leben auf Meereseinzeller, die ihre Lebensenergie durch Chemosynthese bezogen: Sie bauten Kohlenstoffverbindungen ab, wofuer sie Energie aus lichtunabhaengigen Stoffumsetzungen nutzten. Als erste lernten vermutlich die sogenannten Cyanobakterien, mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser zu spalten: Aus dem frei werdenden Wasserstoff und Kohlendioxid aus der Luft produzierten sie Zucker. Als Nebenprodukt der eben erfundenen Fotosynthese entstand Sauerstoff.
Sauerstoff war Gift fuer Lebewesen
"Sein Anteil in den Meeren und in der Luft war mindestens 100-mal, vielleicht auch 100.000-mal niedriger als heute", sagt Harald Strauss von der Westfaelischen Wilhelms-Universitaet Muenster. Trotzdem, so der Geochemiker, ereignete sich damals eine Revolution: Das irdische Leben war angepasst an eine Umgebung ohne Sauerstoff. Fuer sie war das heutige Lebenselixier reines Gift. "Die Organismen starben oder zogen sich in den tiefen Ozean oder ins Sediment zurueck", sagt Strauss. "Der einzige Ausweg war, mit dem neuen Stoff umgehen zu lernen."
Ohne diesen Wandel haette sich niemals tierisches Leben entwickelt, glaubt David Catling von der University of Washington in Seattle. Im Zuge seiner Forschung zu moeglichem weiterem Leben im All hatte der Astrobiologe festgestellt, dass atmende Organismen aus Nahrung etwa zehnmal mehr Energie gewinnen koennen als Wesen, die ohne Sauerstoff leben. Mehrzelliges Leben bildet sich daher nur auf Planeten, in deren Atmosphaere sich ausreichend rasch Sauerstoff ansammelt, vermutet Catling.

Google Earth / TerraMetrics
Lage des "Far-Deep"-Projekts: Bohrung in russischer Arktis
Nach gaengiger Ansicht begannen die Umwaelzungen vor rund 2,7 Milliarden Jahren. Warum aber duempelte der Sauerstoffanteil der Luft 400 Millionen Jahre vor sich hin, bevor er endlich vor 2,3 Milliarden Jahren deutlich anstieg? Hatten sich die Cyanobakterien ploetzlich ausgebreitet? Oder fuehrten geologische Entwicklungen zu mehr Sauerstoff an der Erdoberflaeche?
Spuren dramatischer Ereignisse
Gesteine aus diesem Zeitfenster bergen Signaturen dramatischer Ereignisse: vom Aufbrechen und der Umverteilung der Kontinente, von ausgedehntem Vulkanismus, vom Rosten eisenhaltiger Sedimente, von ersten Kohlenwasserstoff-Lagerstaetten am Meeresboden und von einer womoeglich komplett ueberfrorenen Erde. "In Russlands Untergrund finden sich von fast allen Ereignissen Spuren. Er ist das wahrscheinlich beste und vollstaendigste Datenarchiv weltweit", schwaermt Strauss.
Hat er erst Proben im Labor, wird er sie gezielt nach Pyrit durchsuchen, einer mineralischen Eisen-Schwefel-Verbindung. "Mich interessiert die Verteilung unterschiedlicher Schwefeltypen darin." Die meisten Schwefelatome besitzen 32 Bausteine in ihrem Kern, 16 Protonen und 16 Neutronen. Es gibt aber auch stabile Varianten mit 17, 18 oder 20 Neutronen. Die jeweiligen Anteile der Isotope variieren unter anderem mit dem Sauerstoffgehalt in der Umgebung. "Beim Abbau toter Organismen setzen Bakterien Sulfat zu Sulfid um", erklaert Strauss. "Und das tun sie nicht wahllos. Sie bevorzugten Sulfat, das die leichten Schwefelatome mit nur 16 Neutronen enthaelt."
Bei den schwereren Varianten ist die Bindungsenergie hoeher, und die Bakterien koennen sie nur schwer knacken. Strauss: "Mit den heutigen Messmoeglichkeiten koennen wir punktgenau sagen, welches Pyritkorn biogenen Schwefel enthaelt." Hieraus schließen die Forscher, wann Biomasse auf diese Weise umgesetzt wurde - und damit auch, seit wann unzweifelhaft Sauerstoff produziert wird. Selbst kleinste Veraenderungen koennen die Wissenschaftler so aufdecken.
Analysen werden Jahre dauern
Bis es so weit ist, muss ein optischer Eindruck reichen. "Im Gelaende halten wir nur fest, welche Arten von Gestein zu sehen sind, welche Farbe sie haben, wie grob oder wie fein sie sind und wie gut die Schichtung ist", sagt Strauss, der sich im Oktober selbst einige Wochen an den Gelaendearbeiten beteiligen wird. Lastwagen fahren die Kerne in ein Zwischenlager an der finnischen Grenze. Geht beim Zoll alles gut, bringen Schiffe die zusammen knapp vier Kilometer langen Bohrkerne nach Trondheim.
Ab Januar werden 20 Arbeitsgruppen aus aller Welt, die an dem Projekt beteiligt sind, die Bohrkerne detailliert untersuchen und beschreiben, roentgen und chemisch analysieren. Erste Ergebnisse wollen Forschungsleiter Melezhik und seine Kollegen im August naechsten Jahres auf einem internationalen Geologenkongress in Oslo vorstellen. Spaeter steht das Material auch anderen Forschern frei zur Verfuegung. Anmeldungen gibt es bereits reichlich - es wird viele Jahre dauern, alles zu untersuchen.

http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,494022,00.html

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