Tief in der geologischen Vergangenheit unseres Planeten, vor 720 bis 635 Millionen Jahren, erlebte die Erde eine ihrer dramatischsten klimatischen Prüfungen. Während einer Periode, die als Kryogenium bekannt ist, war der Planet in einer Reihe von globalen Vereisungen, die Wissenschaftler populär als „Schneeball-Erde“ bezeichnen, in Eis gefesselt. Die globalen Durchschnittstemperaturen stürzten auf unglaubliche -50 Grad Celsius ab und verwandelten den größten Teil der Erdoberfläche in eine gefrorene Einöde. Trotz dieser extremen Bedingungen verschwand das Leben nicht. Im Gegenteil, es überlebte und legte den Grundstein für die spätere Explosion komplexer vielzelliger Organismen, einschließlich unserer eigenen Vorfahren. Aber die Schlüsselfrage, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten quälte, war: Wo versteckte sich das Leben während dieser langen, eisigen Jahrtausende?

Die neuesten Forschungen, angeführt von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT), bieten eine faszinierende und überzeugende Antwort. Ihrer Studie zufolge könnten die wichtigsten Zufluchtsorte für frühe Eukaryoten – komplexe Zellen mit einem Zellkern, die evolutionär allen heutigen Tieren, Pflanzen und Pilzen vorausgingen – flache Oasen aus Schmelzwasser auf der Oberfläche der riesigen Eisschilde gewesen sein.

Das Geheimnis der gefrorenen Welt: Schneeball oder Matschball?

Die Hypothese der „Schneeball-Erde“ ist eine der faszinierendsten in der Paläoklimatologie. Sie schlägt vor, dass sich die Eiskappen von den Polen bis zum Äquator ausdehnten und fast den gesamten Planeten bedeckten. Der Hauptantrieb dieses Prozesses war die Albedo-Rückkopplung – je mehr Eis die Oberfläche bedeckte, desto mehr Sonnenlicht wurde zurück ins All reflektiert, was zu weiterer Abkühlung und Ausdehnung des Eises führte. Geologische Beweise, wie glaziale Ablagerungen in Gesteinen, die sich zu dieser Zeit in den Tropen befanden, stützen diese Idee nachdrücklich.

Innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft wird jedoch darüber debattiert, ob die Erde ein „harter“ Schneeball war, bei dem die Ozeane vollständig unter kilometerdickem Eis versiegelt waren, oder ein „weicher“ Schneeball, bzw. „Matschball“, mit einem Gürtel aus offenem Meer oder dünnerem Eis um den Äquator. Das Szenario des „harten“ Schneeballs stellt ernsthafte Herausforderungen für das Überleben von photosynthetischen Organismen dar, die auf Licht angewiesen sind. Andererseits würde ein „Matschball“ die Existenz eines Wasserkreislaufs ermöglichen und dem Leben eine Zuflucht bieten. Aber unabhängig vom genauen Szenario erforderte das Überleben des Lebens in einer solchen Welt die Existenz stabiler Mikrohabitate. Es gab mehrere Theorien über mögliche Zufluchtsorte, einschließlich hydrothermaler Quellen am Meeresboden oder Taschen mit flüssigem Wasser unter den Eisschilden. Dennoch gewinnt die Theorie der Oasen auf der Eisoberfläche immer mehr an Gewicht.

Oasen des Lebens auf dem Eis

Die Idee, dass flache Schmelzwasserteiche Zufluchtsorte für das Leben gewesen sein könnten, basiert auf einem einfachen physikalischen Prinzip. Wissenschaftler nehmen an, dass sich auf den Eisschilden in äquatorialen Gebieten dunkle Staub- und Sedimentpartikel ansammeln konnten, die vom Wind getragen oder vom Meeresboden an die Eisoberfläche transportiert wurden. Diese dunklen Partikel würden im Gegensatz zum weißen Eis, das das Sonnenlicht reflektiert, die Sonnenwärme absorbieren. Diese absorbierte Energie würde ausreichen, um das umgebende Eis zu schmelzen und kleine, flache Teiche mit flüssigem Wasser zu schaffen. In diesen Wassertaschen könnte die Temperatur um den Gefrierpunkt gehalten werden, was eine relativ stabile und, was am wichtigsten ist, beleuchtete Umgebung schafft, die für photosynthetische Organismen geeignet ist.

Diese Teiche wären nicht nur Wasserpfützen gewesen, sondern echte kleine, sich selbst erhaltende Ökosysteme. Cyanobakterien und andere Mikroben würden klebrige, geschichtete Matten am Boden bilden, das Sediment stabilisieren und eine nährstoffreiche Umgebung schaffen, die komplexere Lebensformen – Eukaryoten – unterstützen könnte.

Moderne Beweise vom kältesten Kontinent

Um ihre Hypothese zu testen, wandte sich das Forschungsteam dem einzigen Ort auf der heutigen Erde zu, der den Bedingungen des Kryogeniums ähnelt: den Eiswüsten der Antarktis. Das Team, angeführt von Fatima Husain, einer Doktorandin am MIT, und dem Geobiologieprofessor Roger Summons, analysierte Proben aus einer Reihe solcher Schmelzwasserseen auf dem McMurdo-Schelfeis. Dieses Gebiet, das bereits 1903 von Mitgliedern der Expedition von Robert Falcon Scott als „schmutziges Eis“ beschrieben wurde, erwies sich als perfektes natürliches Labor.

Der Entstehungsmechanismus dieser Seen in der Antarktis ist faszinierend. Der Eisverlust von der Oberfläche durch Wind und Sublimation erzeugt eine Art Förderband, das über lange Zeiträume Sedimente und am Meeresboden gefangene Organismen an die Spitze des Schelfeises hebt. Wenn diese dunklen Sedimente an die Oberfläche gelangen, absorbieren sie die Sonnenwärme und schmelzen das Eis, wodurch flache Teiche von nur wenigen zehn Zentimetern Tiefe und mehreren Metern Breite entstehen. Für Wissenschaftler ist dies ein direktes Fenster in die mögliche Vergangenheit der Erde und eine perfekte Gelegenheit zur Erforschung des Lebens in der Antarktis.

Am Boden jedes Teiches befinden sich dicke, mehrschichtige Matten aus Mikroben, vorwiegend Cyanobakterien. Obwohl bekannt ist, dass diese alten, einzelligen Organismen extrem widerstandsfähig und in der Lage sind, unter den härtesten Bedingungen zu überleben, interessierte die Wissenschaftler, ob auch Eukaryoten – Organismen, deren Zellen einen Kern und andere Organellen enthalten – unter den gleichen Umständen überleben könnten.

Überraschende Biodiversität in einem Wassertropfen

Da mikroskopische Eukaryoten allein aufgrund ihres Aussehens schwer zu unterscheiden sind, wandte das Team ausgeklügelte biochemische und genetische Analysemethoden an. Sie suchten nach spezifischen Lipiden, sogenannten Sterolen, die ausschließlich von Eukaryoten produziert werden, und nach genetischem Material, insbesondere ribosomaler RNA (rRNA), deren Sequenzen als eindeutiger Identifikator für verschiedene Organismengruppen dienen. Die Ergebnisse waren erstaunlich.

In jedem analysierten See wurden klare biochemische und genetische Signaturen eukaryotischen Lebens gefunden. Es wurden verschiedene Arten von Algen, Protisten (einzellige Raubtiere) und sogar mikroskopisch kleine Tiere wie Rotiferen und Tardigraden (Wasserbären) identifiziert. Was noch überraschender war, war, dass die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften nicht einheitlich war. Jeder Teich hatte seine eigene einzigartige Kombination von Arten.

„Kein Teich glich dem anderen“, betont Fatima Husain. „Es gibt eine wiederkehrende Besetzung von Charakteren, aber sie sind in unterschiedlichen Häufigkeiten vorhanden. Wir fanden vielfältige Gemeinschaften von Eukaryoten aus allen Hauptgruppen in allen untersuchten Teichen.“

Die Forscher entdeckten auch, dass der Salzgehalt eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung dieser Gemeinschaften spielt. Teiche mit höherem Salzgehalt hatten ähnlichere eukaryotische Gemeinschaften, die sich von denen in Teichen mit Süßwasser unterschieden. Diese Ergebnisse zeigen, dass selbst innerhalb eines kleinen geografischen Gebiets unterschiedliche Mikrobedingungen existierten, die die Entwicklung einer überraschenden Biodiversität ermöglichten.

Das Erbe des Eises und die Implikationen für die Zukunft

Diese Studie liefert den bisher stärksten Beweis dafür, dass Schmelzwasserteiche auf der Eisoberfläche als wichtige Zufluchtsorte, eine Art „Arche Noah“ auf dem Eis, während der globalen Vereisungen gedient haben könnten. Sie zeigt, dass das Leben eine unglaubliche Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit besitzt. Die Eukaryoten, die in diesen Oasen überlebten, waren die direkten Vorfahren der Organismen, die nach dem Rückzug des Eises die sogenannte kambrische Explosion auslösten – einen plötzlichen Anstieg der Biodiversität und das Auftreten aller Haupttiergruppen, die wir heute kennen.

Diese winzigen, isolierten Ökosysteme ermöglichten nicht nur das Überleben, sondern könnten auch als Inkubatoren der Evolution gewirkt haben. Die Isolation und die spezifischen Bedingungen in jedem Teich könnten die genetische Diversifizierung und die Entwicklung neuer Anpassungen gefördert haben. Laut den Wissenschaftlern unterstreichen diese Ergebnisse, dass Schmelzwasserteiche während der „Schneeball-Erde“ das eukaryotische Leben gefördert haben könnten, das die spätere Diversifizierung und Ausbreitung des komplexen Lebens – einschließlich uns – ermöglichte.

Die Implikationen dieser Forschung reichen auch über die Grenzen unseres Planeten hinaus. Die Suche nach außerirdischem Leben konzentriert sich oft auf eisige Welten wie den Jupitermond Europa oder den Saturnmond Enceladus. Studien über das Leben in diesen extremen Umgebungen auf der Erde helfen uns zu verstehen, welche Art von Lebensräumen auf solchen Welten existieren könnten und nach welchen biochemischen Spuren des Lebens wir suchen sollten.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology