Während die Ozeane alkalisierten, entwickelte das Leben Knochen und Muscheln

Ein kritisches Merkmal vieler vielzelliger Lebewesen auf der Erde sind harte biologische Strukturen, wie Tierknochen und Schneckenhäuser, die aus Mineralien bestehen.

Kürzlich in Kanada entdeckte winzige Fossilien haben die ältesten bekannten Beweise der "Biomineralisation" vor 810 Millionen Jahren zurückgeschoben. Der Fund könnte Einsichten in die Lokalisierung von Fossilien auf anderen Planeten liefern und Aufschluss darüber geben, wie sich Lebensformen und ihre Planeten im Laufe der Zeit entwickeln.

Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science Advances detailliert. Sie erhielten finanzielle Unterstützung vom MIT-Knoten des NASA-Astrobiologie-Instituts und durch ein Postdoc-Stipendium der NASA Astrobiologie. [5 kühne Ansprüche auf außerirdisches Leben]

Mehrzellige Organismen wie Tiere, Pflanzen und Pilze sind alles Beispiele für Eukaryoten, deren Zellen Kerne besitzen. Die Evolution der Bio-Mineralisierung war ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte der Eukaryoten und der Erde im Allgemeinen, da biominerale Strukturen wie Korallenriffe dramatische Auswirkungen auf die Geologie des Planeten hatten. Doch frühe Anzeichen von eukaryotischen Die Mineralisierung ist im Fossilienbestand unbekannt geblieben, so dass es schwierig ist, das Alter und die Umweltbedingungen zu kennen, in denen diese biologischen Strukturen zuerst entstanden sind.

Um herauszufinden, wann sich die eukaryotische Biomineralisierung entwickelt haben könnte, sammelten Wissenschaftler Proben aus einem etwa 200 Fuß (60 Meter) langen Abschnitt aus Kalkstein und schwarzem und grauem Schiefer in der Nähe des Mount Slipper im kanadischen Yukon, nahe der Grenze zu Alaska .

"Wir waren Ende Juni dort, aber es war immer noch sehr kalt", sagte die Hauptautorin der Studie, Phoebe Cohen, eine Paläobiologe am Williams College in Williamstown, Massachusetts. "Es lag noch viel Schnee auf dem Boden, aber das war eigentlich okay, denn hier bekommen wir unser Trinkwasser."

Die Forscher konzentrierten sich auf Mikrofossilien innerhalb des Gesteins, die während des Neoproterozoikums zwischen 541 Millionen und 1 Milliarde Jahren entstanden.

"Der Berghang, an dem die Fossilien gefunden werden, ist sehr steil und ein großer Teil des Gesteins ist locker. Deshalb haben wir viel Zeit auf steilen Hängen verbracht, um mit unseren Steinhämmern an Felsen zu hämmern, um Proben zu sammeln", sagte Cohen.

Die Mikrofossilien, die Cohen und ihr Team entdeckten, die als einzellige marine Eukaryoten betrachtet werden, sind in einer Vielzahl von Formen erhältlich. "Jedes der winzigen Fossilien, die wir finden, denken wir, ist nicht sein eigener Organismus, sondern Teil einer einzelnen Zelle. Stellen Sie sich eine runde einzelne Zelle vor, die von diesen kleinen Panzerplatten umgeben ist", sagte Cohen.

Mit Hilfe von hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopen fanden Cohen und ihre Kollegen heraus, dass diese Mikrofossilien größtenteils aus komplexen, miteinander verwobenen Netzwerken von faserigen Kristallen eines Minerals, Apatit genannt, bestanden. Die komplizierte Natur dieser Netzwerke bestätigte, dass sie durch einen biologischen, im Gegensatz zu einem geologischen Prozess geschaffen wurden, sagten die Forscher.

Die Analyse der Isotope der Elemente Rhenium und Osmium im Gestein legte nahe, dass diese Fossilien etwa 810 Millionen Jahre alt sind und damit die ältesten Exemplare der bisher gefundenen eukaryotischen Biomineralisierung darstellen. Sie sind in der Tat älter als frühere Exemplare um etwa 200 Millionen Jahre, sagte Cohen.

"Eukaryoten bauten viel früher sehr komplexe biomineralisierte Strukturen als wir dachten", sagte Cohen. [Early Earth: Eine zerschlagene, höllische Welt mit Wasseroasen für das Leben]

Zu Lebzeiten dieser Organismen war es eine andere Welt als heute; fast das ganze Leben existierte im Wasser, und Pflanzen und Tiere waren noch nicht in die Szene eingetreten. Aber damals gab es eine große Vielfalt mikroskopischer Eukaryoten. Einige dieser Organismen waren Algen, die den heutigen Rot- und Grünalgen ähnlich sind, während andere kein ähnliches modernes Analogon haben, wie die mysteriösen Fossilien, die Cohens Team gefunden hat.

Die Analyse der Gesteine, die die Fossilien umgeben, deutet darauf hin, dass chemische Veränderungen in den Ozeanen, als diese Eukaryoten noch lebten, die Menge an Phosphatverbindungen, die im Wasser, in dem diese Lebensformen lebten, gelöst waren, verstärkten. Dies wiederum erklärt, warum diese Organismen Strukturen aus Apatit, einem Phosphatmineral, geschaffen haben könnten. Und es deutet darauf hin, dass sich die Bio-Mineralisierung als Organismen entwickelt hat und ihre Umwelt sich im Laufe der Zeit entwickelt hat, sagte Cohen.

"Viel verfügbarer Phosphor? Dann werden Sie vielleicht erwarten, Organismen zu sehen, die dieses Element zur Bio-Mineralisierung nutzen", sagte Cohen.

Diese Forschung könnte auch Aufschluss darüber geben, wo man Fossilien auf anderen Planeten findet. Wenn man zum Beispiel nach Fossilien sucht, die größtenteils aus Phosphaten bestehen, können Wissenschaftler sich auf Gebiete konzentrieren, die früher reich an gelösten Phosphaten waren oder sind.

"Wir haben mehr über die Bedingungen erfahren, unter denen diese Arten von biologisch mineralisierten Fossilien gefunden werden können, was nützlich ist, wenn wir Orte wie den Mars nach möglichen fossilen Lebensbeweisen erkunden", sagte Cohen.

Zukünftige Forschung könnte sich darauf konzentrieren, solche Fossilien anderswo in der Welt zu finden, sagte Cohen.

"Ich arbeite auch daran, zu verstehen, warum diese Fossilien hier erhalten werden und wie sie erhalten bleiben, was uns helfen wird, sie anderswo zu finden und uns dabei hilft, generell zu verstehen, wie bio-mineralisierte Fossilien in alten Gesteinen erhalten werden", sagte sie .

"Es gibt auch viele Fragen darüber, warum wir seit fast 200 Millionen Jahren keine eukaryotische Biomineralisierung mehr sehen", sagte Cohen. "War es, weil diese Organismen ausgestorben sind? Warum haben dann andere Organismen diese Fähigkeit nicht entwickelt? War es wegen der chemischen Bedingungen der Ozeane? Es gibt auch viele interessante Fragen, die weiter verfolgt werden."