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Neue Erkenntnisse zur Erdfrühzeit Dank Siderophoren?
Mithilfe von Lösungen wird in der Arbeitsgruppe für Rohstoff- und Umweltgeochemie von Prof. Dr. Michael Bau die Wasser-Gesteins-Wechselwirkung mit Siderophoren erforscht. (Quelle: Nico Fröhberg)
30. Juli 2020 Wo Leben vorhanden ist, trägt es zur Veränderung seiner Umgebung bei. Dabei hat nicht erst der Mensch seine Umwelt maßgeblich geprägt, Spuren von Bakterien lassen sich über drei Milliarden Jahre zurückverfolgen. Auch Pilze und Pflanzen beeinflussen ihre Umwelt, sie bekommen dabei Unterstützung von dafür eigens produzierten Biomolekülen. Während der Einfluss dieser Moleküle auf die heutige Umwelt relativ gut erforscht ist, sind Untersuchungen zur Wechselwirkung von Biologie und Geologie für frühe Phasen der Erdgeschichte selten.
Ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit 290.000 Euro gefördertes Projekt an der Jacobs University Bremen will diese Forschungslücke schließen. In Kooperation mit der Leibniz-Universität Hannover untersucht es den Einfluss bestimmter Biomoleküle, sogenannter Siderophoren, auf das Umweltverhalten von Spurenelementen und ihre Bedeutung für Klimastudien der Erdfrühgeschichte.
Strukturformel der Siderophore Desferrioxamine-B. (Quelle: Dennis Krämer)
Siderophoren werden von Bakterien, Pilzen und Pflanzen produziert. Sie sind in der Lage, sich in Böden und Gesteinen chemisch an Metalle zu binden und weil sie wasserlöslich sind, erhöhen sie die Bioverfügbarkeit dieser Metalle. Diese Biomoleküle sind heute allgegenwärtig: Sie befinden sich zusammen mit einer Vielzahl anderer natürlicher organischer Verbindungen in Böden und Gesteinen, im Fluss- und Meerwasser. Doch gegeben haben dürfte es sie bereits seit dem Erscheinen der ersten Formen einzelligen Lebens auf der Erde. Nur sind sie schwerer nachweisbar. Anders als Bakterien, Pflanzen oder Tiere hinterlassen sie keine direkt sichtbaren Spuren ihrer Existenz.
In dem neuen Forschungsprojekt wird nun gezielt der Einfluss solcher Biomoleküle auf sogenannte "redox-empfindliche" Elemente untersucht. Dies sind chemische Elemente, die in Anwesenheit von genügend Sauerstoff ihren Oxidationszustand ändern können, so wie Eisen an der Erdoberfläche oxidiert und rostet. Sedimente und Sedimentgesteine werden in den Geowissenschaften unter anderem als Gesteinsarchive genutzt, mit deren Hilfe die klimatische Entwicklung der Erde rekonstruiert werden kann. Redox-empfindliche Elemente und ihre Isotope können in solchen Archiven als Indikatoren für freien Sauerstoff in der Atmosphäre oder im Ozean dienen.
Viele der heutigen Modelle, beispielsweise zum Sauerstoffgehalt der frühen Erdatmosphäre, beruhen auf der Annahme, dass Bakterien, Pilze und Pflanzen keinen oder nur geringen Einfluss auf diese Klimaarchive ausgeübt haben. „In Anbetracht der intensiven Wechselwirkungen von Biologie und Geologie in unserer heutigen Umwelt scheint das aber sehr unwahrscheinlich“, so Dr. Dennis Krämer, der das neue Projekt in der Forschungsgruppe für Rohstoff- und Umweltgeochemie von Prof. Dr. Michael Bau an der Jacobs University Bremen leitet. „Die Annahme, dass bestimmte geochemische Signale auf die Anwesenheit von freiem Sauerstoff zurückzuführen sind, muss also kritisch überprüft werden. Stattdessen könnten diese Signale als Biosignaturen genutzt werden, um bislang unsichtbare Spuren von Leben in der Erdvergangenheit sichtbar zu machen.“
Fragen beantwortet: Dr. Dennis Krämer Jacobs University Bremen, Campus Ring 1, 28759 Bremen Tel.: +49 (0)421 2003261 Email: d.kraemer [at] jacobs-university.de
Über die Jacobs University Bremen: In einer internationalen Gemeinschaft studieren. Sich für verantwortungsvolle Aufgaben in einer digitalisierten und globalisierten Gesellschaft qualifizieren. Über Fächer- und Ländergrenzen hinweg lernen, forschen und lehren. Mit innovativen Lösungen und Weiterbildungsprogrammen Menschen und Märkte stärken. Für all das steht die Jacobs University Bremen. 2001 als private, englischsprachige Campus-Universität gegründet, erzielt sie immer wieder Spitzenergebnisse in nationalen und internationalen Hochschulrankings. Ihre mehr als 1.500 Studierenden stammen aus mehr als 120 Ländern, rund 80 Prozent sind für ihr Studium nach Deutschland gezogen. Forschungsprojekte der Jacobs University werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft oder aus dem Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der Europäischen Union ebenso gefördert wie von global führenden Unternehmen.
