Heute besteht unsere Atmosphäre zu etwa 21 % aus Sauerstoff – ein selbstverständlicher Teil unseres Lebensraums. Doch das war nicht immer so. Lange bevor Sauerstoff die Luft füllte, lebten bereits Mikroorganismen auf der Erde, und neue Forschungsergebnisse deuten nun darauf hin, dass einige dieser frühen Bakterien schon viel früher als gedacht mit Sauerstoff umgehen konnten – sogar lange vor dem sogenannten „Großen Oxidationsevent“.
Vor rund 2,7 Milliarden Jahren begannen Cyanobakterien, auch als Blaualgen bekannt, durch Photosynthese Sauerstoff freizusetzen. Dieses Gas sammelte sich zunächst in den Ozeanen, bevor es über Jahrmillionen hinweg in die Atmosphäre überging. Dieser Prozess, das „Great Oxidation Event“ (GOE), vollzog sich zwischen 2,4 und 2,1 Milliarden Jahren vor heute – und stellte eine gewaltige Veränderung für das Leben auf der Erde dar.
Bisher gingen Wissenschaftler:innen davon aus, dass vor dem GOE fast alle Lebensformen anaerob waren – also ohne Sauerstoff lebten und ihn nicht zur Energiegewinnung nutzten. Doch genau das stellt nun eine internationale Studie in Frage, die heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde.
Eine neue Zeitlinie für die mikrobielle Evolution
Das Forschungsteam rekonstruierte den Stammbaum einiger der frühesten Lebensformen der Erde – mit spannenden Ergebnissen. Mit einem interdisziplinären Ansatz analysierten sie geologische Daten, Fossilienhinweise und über 1.000 unterschiedliche Bakteriengenome. Sie nutzten dabei auch moderne Methoden wie phylogenetische Rekonstruktion und Computermodelle, um die Entwicklungsschritte präzise zurückzuverfolgen.
Laut ihren Erkenntnissen existierte der letzte gemeinsame Vorfahre aller heutigen Bakterien wahrscheinlich schon vor 4,4 bis 3,9 Milliarden Jahren. Und: Einige bakterielle Linien entwickelten die Fähigkeit zur Sauerstoffnutzung schon zwischen 3,22 und 3,25 Milliarden Jahren – also rund 800 Millionen Jahre vor dem GOE.
„Die Kombination aus Genomanalyse, Fossilienfunden und geochemischen Erdgeschichte bietet eine neue Klarheit für evolutionäre Zeitlinien – besonders bei Mikroben, die keine Fossilüberlieferung haben“, erklärt Gergely Szöllősi, Evolutionsbiologe am Okinawa Institute of Science and Technology und Mitautor der Studie.
Sauerstoff war da – nur nicht viel
Wichtig: Die frühe Erde war zwar nicht reich an Sauerstoff, aber es gab ihn in sehr geringen Mengen – etwa durch geochemische Prozesse oder einzelne Mikroorganismen. Und offenbar reichte das aus, damit sich einige Bakterien an diese Spurengase anpassten. Diese frühen Sauerstoffnutzer könnten die Vorfahren der Cyanobakterien gewesen sein – jener Gruppe, die später die Photosynthese perfektionierte und damit die Erde für immer veränderte.
Das Team vermutet, dass die Fähigkeit, kleinste Mengen Sauerstoff zu verwerten, eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Photosynthese gespielt haben könnte. Eine Art evolutionärer Probelauf, bevor die große Sauerstoff-Revolution startete.
„Unsere Methode eignet sich hervorragend, um zu untersuchen, wie sich sauerstoffabhängige Stoffwechselprozesse ausbreiteten“, sagt Tom Williams von der Universität Bristol, ebenfalls Mitautor der Studie. „Sie könnte auch dabei helfen, andere evolutionäre Merkmale im Zusammenspiel mit den Umweltveränderungen der Erdgeschichte besser zu verstehen.“
Mikroben – die stillen Gestalter unseres Planeten
Die neue Studie rückt einmal mehr ins Licht, wie stark das heutige Leben von Prozessen geprägt wurde, die Milliarden Jahre zurückliegen – und wie wichtig Mikroorganismen für die Entwicklung unseres Planeten waren. Die Luft, die wir atmen, ist nicht einfach da – sie ist das Ergebnis eines gigantischen, mikrobiellen Langzeitprojekts.
Kurz gesagt: Unsere ersten Vorfahren waren vermutlich echte Überlebenskünstler – und haben schon Sauerstoff geatmet, als dieser noch kaum vorhanden war. Ein erstaunlicher Einblick in eine Welt, die lange vor uns existierte – aber unsere bis heute mitgestaltet.
