Warum wir heute überhaupt atmen können – und was das mit uralten Ozeanen zu tun hat

Mal kurz darüber nachgedacht, was passiert wäre, wenn die Erde ihren Sauerstoff nicht festgehalten hätte? Kein Witz: Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren passierte etwas, das Forscher als "Große Sauerstoffkatastrophe" bezeichnen – der Moment, als Sauerstoff sich dauerhaft in unserer Atmosphäre ansiedelte. Zuvor war das Gas immer nur in kleinen, flüchtigen Mengen aufgetaucht und wieder verschwunden.

Ein gewaltiger Umbruch. Die Frage, die Wissenschaftler lange beschäftigt hat: Wie schaffte es die Erde, diesen frischen Sauerstoff auch tatsächlich zu behalten? Denn Ozeane, Gesteine und unzählige chemische Reaktionen hätten das wertvolle Gas am liebsten sofort wieder aufgefressen.

Jetzt haben Forscher eine Antwort gefunden – und sie ist tatsächlich ziemlich faszinierend.

Der geniale Mechanismus der alten Ozeane

Ein Team um den Geologen Andrey Bekker von der University of California Riverside untersuchte Gesteinsproben aus Südafrika, die älter als zwei Milliarden Jahre sind. Diese Steine sind keine gewöhnlichen Brocken – sie funktionieren wie Zeitkapseln, die uns erzählen, wie die Erde aussah, als unsere Atemluft noch ein ziemlich neuer Trick war.

Was sie entdeckten, war ein Rückkopplungsmechanismus von solch eleganter Einfachheit, dass man fast glauben könnte, der Planet hätte das alles geplant. (Tut er natürlich nicht. Aber ihr versteht, was ich meine.)

So funktionierte das System:

Als der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre stieg, reagierte er mit den Ozeanen und erhöhte die Sulfat-Konzentrationen. Sulfat klingt vielleicht weniger aufregend als Sauerstoff oder Kohlendioxid, erwies sich aber als entscheidend. Bestimmte Mikroben lieben Sulfat regelrecht. Sie nutzen es, um organisches Material abzubauen – und dabei wird Phosphor wieder ins Wasser freigesetzt.

Phosphor ist im Grunde die Goldilocks-Zutat der biologischen Welt: Zu wenig davon, und nichts wächst. Zu viel, und die Sache gerät außer Kontrolle. Dieses uralte Recyclingsystem hielt den Phosphor in genau den richtigen Mengen verfügbar.

Mehr verfügbarer Phosphor bedeutete: Mehr Leben konnte gedeihen. Und wo mehr Leben existierte, wurde mehr organischer Kohlenstoff in Sedimenten am Meeresboden vergraben – anstatt zu verrotten und dabei Sauerstoff zu verbrauchen. Der Planet hatte quasi eine Methode gefunden, seinen selbst produzierten Sauerstoff zu sichern, indem er den Kohlenstoff einschloss statt ihn abbauen zu lassen.

Je mehr ich darüber erfahre, desto mehr bin ich davon überzeugt, dass die Erde seit Milliarden von Jahren spektakuläre natürliche Ingenieursprojekte durchführt.

Warum diese Entdeckung alles verändert

Das wirklich Spannende daran: Die Forscher entwickelten eine neue Methode, um diese uralten Gesteine zu untersuchen – und die liefert ein deutlich klareres Bild als alles zuvor.

Frühere Studien konnten messen, wie viel Phosphor in den Gesteinen vorhanden war. Aber sie konnten nicht unterscheiden zwischen Phosphor, den Organismen tatsächlich nutzen konnten, und Phosphor, der in Mineralien gefangen war und für lebende Zellen völlig unerreichbar blieb.

Der neue Ansatz? Die Forscher lösten die Gesteine Mineral für Mineral auf und trennten den verfügbaren Phosphor vom quasi in Stein eingemauerten Phosphat.

"Plötzlich können wir den Phosphor, der Organismen tatsächlich zur Verfügung stand, von dem Phosphor unterscheiden, der praktisch unerreichbar war", erklärte Bekker. "Das gibt uns ein viel klareres Bild von den Nährstoffbedingungen in alten Ozeanen."

Genau solche wissenschaftlichen Fortschritte finde ich faszinierend. Nicht nur eine Antwort finden, sondern bessere Werkzeuge entwickeln, um überhaupt die richtigen Fragen stellen zu können.

Die komplizierte Beziehung zwischen Erde und Sauerstoff

Eine der faszinierendsten Implikationen dieser Forschung: Die Sauerstoffgeschichte der Erde war vermutlich viel dramatischer als wir dachten.

Wissenschaftler vermuteten lange, dass nach der Großen Sauerstoffkatastrophe die Sauerstoffwerte relativ stabil blieben – sich einfach langsam aufbauten, bis irgendwann Tiere entstehen konnten. Aber wenn dieses Phosphor-Recyclingsystem solche Rückkopplungsschleifen erzeugte, könnten die Sauerstoffwerte über Hunderte von Millionen Jahren erhebliche Schwankungen durchgemacht haben.

Denkt mal darüber nach: Die Erdatmosphäre war nicht einfach diese graduelle, gleichmäßige Steigerung hin zu mehr Sauerstoff. Sie war eher wie eine Achterbahn mit allen möglichen Hochs und Tiefs.

Und das wirft eine interessante Frage auf: Wenn Sauerstoff über so lange Zeiträume verfügbar war – warum hat es dann so unglaublich lange gedauert, bis komplexes Leben auftauchte? Wir haben diese wunderschönen milliardenjahrealten, sauerstoffreichen Ozeane. Und trotzdem vergingen weitere zwei Milliarden Jahre, bevor irgendetwas Komplizierteres als einzellige Organismen auftauchte.

Vielleicht war Sauerstoff gar nicht der begrenzende Faktor. Vielleicht hat etwas anderes die Show aufgehalten. Solche wissenschaftlichen Rätsel halten Forscher nachts wach – und ich kann es kaum erwarten zu sehen, was sie als Nächstes herausfinden.

Warum sollte euch das interessieren?

Ich höre euch schon denken: "Interessante Wissenschaft, aber was geht mich das an?"

Hier ist der Grund: Zu verstehen, wie die Erde Bedingungen aufrechterhielt, die Leben ermöglichten – das ist im Grunde der erste Schritt herauszufinden, was Planeten überhaupt bewohnbar macht. Wenn wir draußen im All nach potenziell bewohnbaren Welten suchen, können uns Rückkopplungsmechanismen wie dieser Phosphorkreislauf helfen zu erkennen, welche Planeten das Zeug dazu haben könnten.

Und dann ist da noch etwas zutiefst Bescheidenes und Ehrfurchtiges daran, zu begreifen, dass unsere Atmosphäre – etwas, ohne das wir nicht einmal wenige Minuten überleben können – das Ergebnis von Milliarden Jahren komplizierter chemischer und biologischer Abläufe ist. Jeder Atemzug verbindet euch mit uralten Ozeanen, mit Mikroben, die vor Abermilliarden Jahren lebten, mit einem planetaren System, das es geschafft hat, sich selbst durch schiere chemische Beharrlichkeit am Leben zu erhalten.

Das ist ziemlich erstaunlich, wenn man darüber nachdenkt.

Also, das nächste Mal, wenn ihr tief einatmet – vielleicht lasst einen kleinen Dank an die alten Ozeane da, die diese Arbeit längst erledigt haben, bevor es überhaupt jemanden gab, der es hätte würdigen können.

Quelle: ScienceDaily