Mikroben sind die Bühne für die ersten Tiere

Es wird angenommen, dass das Tierleben zuerst während der Ediacaran-Periode zwischen 635 und 541 Millionen Jahren entstand, aber diese Organismen hatten wenig Ähnlichkeit mit den Tieren, die wir heute kennen. Das hat einige Wissenschaftler zu der Annahme verleitet, dass sie vielleicht gar keine Tiere waren, und stattdessen auf gescheiterte Experimente in der Multi-Zell-Evolution hinausliefen.

Die Überreste dieser seltsamen Kreaturen, von denen die meisten keine Anzeichen für ein Kreislauf- oder Verdauungssystem aufweisen, verschwanden zu Beginn des Kambriums vor 541 Millionen Jahren größtenteils aus der Gesteinsaufzeichnung. Ein Bild der Umgebung von Ediacaran zusammenzufügen, ist der Schlüssel zum Verständnis dieser rätselhaften Makroorganismen. Ein Forschungsteam enthüllt die Paläoumwelt dieser Zeit, indem es die entlegene Khatyspyt-Formation untersucht, eine Reihe von Sedimentgesteinen oberhalb des Polarkreises in Sibirien, die gelegt wurden, als das Gebiet eine seichte Meeresbodenumgebung war. [Tiny Life: Foto Beweise für frühe Tiere]

Geologe Huan Cui von der Universität von Wisconsin-Madison und Kollegen diskutieren ihre Ergebnisse in einer aktuellen Arbeit, "Redox-abhängige Verteilung von frühen Makro-Organismen: Beweise aus der terminalen Ediacaran Khatyspyt Formation in Arctic Sibirien" in der Zeitschrift Palaeogeography, Palaeoclimatology veröffentlicht , Paläoökologie.

Die Ediacaran Tiere waren weich, ohne Schalen oder Skelette, und ihre Fossilien sind am typischsten als Formen oder Abgüsse, wie Fußabdrücke im Sand konserviert. Edicacaran-Fossilien wurden in feinkörnigem Sedimentgestein wie Sandstein gefunden, das die Erhaltung von Paläoumwelt-Informationen nur schlecht bewältigt. In der Khatyspyt-Formation sind jedoch einige der Fossilien in gut erhaltenem Kalkstein eingeschlossen, der die antike Welt dieser Geschöpfe gut dokumentiert.

Paläo-Umweltveränderungen durch die Gesteinsfolge können durch Chemostratigraphie untersucht werden, die die Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Gesteine ​​im Laufe der Zeit betrachtet, als sie sich bildeten. Die Wissenschaftler untersuchten die Minerale in diesen Gesteinen, einschließlich Pyrit oder "Narrengold", um die Schwefelisotopenzusammensetzung über 130 Höhenmeter der Khatyspyt-Formation zu messen. Pyrit wird untersucht, da es Hinweise auf die Mikroben liefert, die es produziert haben, und auf die Verfügbarkeit von sowohl Nahrung als auch Sulfat, die benötigt werden, um ihre metabolischen Aktivitäten anzutreiben.

Die Gesteine ​​am unteren Rand des Pfahls sind älter als die an der Spitze, so dass Cui und seine Kollegen über die Veränderungen der Schwefelchemie im Laufe der Zeit über die Veränderung der Schwefelchemie informiert wurden. Diese Forscher fanden eine dramatische Anomalie in der Häufigkeit von Schwefelisotopen (Aromaten des atomaren Schwefels, die sich in der Anzahl der Neutronen unterscheiden, die dem Element mehr Gewicht verleihen) in den verschiedenen Schichten mit der höchsten Konzentration des schweren (mit mehr Neutronen) Isotops der obere Teil der Formation und der unterste Teil des Sedimentgesteins

Die Schwefelisotopenanomalie passt überraschend gut zu den erhaltenen Fossilien von Ediacara-Biota. Die unteren 45 Meter des Gesteins sind meist frei von Fossilien, während die oberen Regionen, wo die höchste Schwefel-Isotopenkonzentration am höchsten ist, mit ihnen wimmelt. Die Wissenschaftler spekulieren, dass die leichten Schwefelisotope am Grund der Gesteinsfolge höchstwahrscheinlich auf die Verbreitung anaerober Mikroben zurückzuführen sind, die im anoxischen (sauerstofffreien) Wasser des Beckens lebten. Diese Mikroben hätten die Chemie des Wassers verändert, indem sie giftigen Schwefelwasserstoff produziert hätten, der sie für das Tierleben unbewohnbar machen würde.

"Wir vermuten, dass die stark negativen (Schwefelisotop) Werte am unteren Ende der Sukzession auf anoxische Bedingungen zurückzuführen sind, wenn die Mikroben in der Wassersäule leben könnten", erklärte der Hauptforscher Jay Kaufman. "Da das Verfahren Sulfid bildet, vermuten wir, dass es sich in der tiefen Wassersäule gebildet hat, was zu euxinischen (sulfidischen) Zuständen geführt hat."

Das euxinische Wasser, das durch diese anaeroben Mikroben entsteht, hat zu viel Sulfid und zu wenig Sauerstoff, um das Tierleben zu ermöglichen, weshalb im unteren Teil der Formation keine Tierfossilien gefunden wurden. "Diese euxine Bedingungen könnten durch chemische Verwitterung verstärkt worden sein, wo Sulfate in die Ozeane gebracht wurden, die somit zu Treibstoff für die Mikroben wurden", sagte Cui.

45 Meter über dem Fuß der Khatyspyt-Formation haben sich die Umweltbedingungen offensichtlich verändert, und die Ediacara-Fossilien beginnen sich zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Schwefelisotope zunehmend schwerer, was möglicherweise auf weniger Verwitterung und somit weniger Sulfat zurückzuführen ist, das den Mikroben zur Verfügung steht.

Der Wechsel von euxinischen zu nicht euxinischen Bedingungen am Ende der Ediacaran-Periode erlaubte es den Ediacara-Tieren, den heute oxidierteren und bewohnbareren Ozean zu kolonisieren, obwohl der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre und in den Ozeanen weit unter dem heutigen lag.

Die Forschung wurde durch das Element der Exobiologie und Evolutionsbiologie des NASA Astrobiologie Programms unterstützt