Die Erde könnte in der Vergangenheit mehrfach fast vollständig vereist gewesen sein. Grünalgen haben das überlebt, indem sie ein spezielles Fettmolekül entwickelten.
Jena – Als die Erde vor rund 2,5 Milliarden Jahren klimatisch etwas aus den Fugen geriet, dürfte das Leben über das Einzellerstadium noch nicht hinaus gekommen sein. Immer wiederkehrende Perioden extremer Kaltzeiten ließen unseren Planeten gleich mehrfach fast vollständig vereisen. Forscher vermuten, dass während dieser Schneeball-Erde-Phasen der Globus allenfalls rund um den Äquator eisfrei geblieben war.
Vor etwa 640 Millionen Jahren war es mit diesen Eiszeitaltern zumindest vorerst vorbei. Als das Cryogenium endete und das bedeutend wärmere Ediacarium begann, explodierte das Leben geradezu und Spezies erschienen auf der Bildfläche, die mit dem modernen Artenstammbaum nur wenig gemein hatten. Eine australische Studie vom vergangenen August hält Mineralstoffe, die Gletscher vom Festland abgerieben und ins Meer transportiert haben, für den Auslöser dieses biologischen Aufschwungs, den zunächst vor allem Algen betraf.
Siegeszug der Grünalgen mit Steroiden
Möglichereweise hat aber auch die Evolution der Grünalgen selbst etwas damit zu tun, wie internationale Forscher nun herausfanden. Die Photosynthese-betreibenden Einzeller bilden heute das Fundament der Nahrungspyramide in den Ozeanen. Das war vor dem Cryogenium vermutlich anders.
Vor 635 Millionen Jahren neigte sich die wahrscheinlich größte und längste Eiszeit der Erdgeschichte dem Ende zu. Zuvor hatten zwei dicht aufeinanderfolgende Kälteperioden den gesamten Globus 85 Millionen Jahre lang fest im Griff. Grünalgen gab es damals möglicherweise schon seit fast einer Milliarde Jahren. Doch vor den großen Vereisungen spielten sie für die Entwicklung des Lebens kaum eine Rolle. Dies änderte sich erst mit dem Ende der Schneeball-Erde.
Für Christian Hallmann vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und seine Kollegen liegt der Schlüssel zur Antwort möglicherweise in den sogenannten Stigmasteroiden der Grünalgen. Diese dem Cholesterin verwandten Fettmoleküle sind charakteristisch für Grünalgen und finden sich ausschließlich erst in Gesteinsproben, die jünger als 635 Millionen Jahre alt sind. Stigmasteroide sind Steroide, die 29 Kohlenstoff-Atome enthalten – zum Vergleich: Das bekannte Cholesterin besitzt 27 Kohlenstoff-Atome.
Suche in aller Welt
Die Wissenschafter analysierten Gesteinsproben aus allen Teilen der Erde, die vor, während und nach der großen Vereisung abgelagert worden waren. Das Ergebnis: In Gesteinsproben der späten Eiszeit und der folgenden eisfreien Zeit sind C-29-Steroide durchgängig am häufigsten vertreten. Proben davor enthalten dagegen gar keine Stigmasteroide. "Egal, ob in den Tropen oder an den Polen, ob in Süßwasser- oder Meeressedimenten – wir finden sie davor einfach nicht", erklärt Yosuke Hoshino, der Erstautor der neuen Studie.
Etwas müssen die längeren Fettmoleküle also an sich haben, dass sie innerhalb relativ kurzer Zeit einen wahren Siegeszug angetreten haben und seither von Zellen auf dem ganzen Globus verwendet werden. Frühere Laborexperimente anderer Wissenschafter brachten Hallmann und sein Team dann auf die richtige Spur: Wenn Zellen diese langen Moleküle in ihre Zellmembran einbauen, werden sie widerstandsfähiger gegenüber Temperaturschwankungen.
Oasen mit schwankenden Temperaturen
Und solche gab es auch während der Millionen Jahre langen völligen Vereisung der Erde. Einer Modellstudie zufolge bilden sich selbst bei einer derart langen Vereisung auf den Landflächen eisfreie Bereiche. Dort verwitterte das Gestein zu Staub, wurde vom Wind weggetragen und sammelte sich an anderen Stellen wieder an. Durch die Sonneneinstrahlung erwärmte sich der dunkle Gesteinsstaub schneller als das helle Eis, und an manchem Stellen schmolzen kleine Löcher in die Gletscher. "Oasen, in denen sich wahrscheinlich viele Organismen sammelten – die aber auch großen Temperaturschwankungen ausgesetzt waren", meint Hallmann.
Die neuen Ergebnisse fügen sich zu einem schlüssigen Bild eines wichtigen Abschnitts in der Frühzeit der Evolution: Zunächst gelang es einigen wenigen Grünalgen-Zellen dank zufälliger Mutationen neue, längere Steroide zu produzieren. Sie konnten dadurch den großen Temperaturunterschieden in den Gletscherteichen besser trotzen als ihre Mitbewohner und vermehrten sich schneller. Von nun an dominierten sie für viele Jahrmillionen die Weltmeere. (red, 26.9.2017)