Die schlimmste Zeit in der Erdgeschichte ist unbestreitbar das End-Permium vor etwa 250 Millionen Jahren. Es ist die Zeit, in der das größte jemals aufgezeichnete Aussterbeereignis stattfand, das 97 % aller Arten auslöschte, ein Ereignis, das so schwerwiegend war, dass es „Das große Sterben“ genannt wurde.
Dieses Ereignis wurde im Allgemeinen auf massive Vulkanausbrüche geschoben, die zur gleichen Zeit stattfanden. In einer neuen Analyse argumentieren Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) nun, dass das Massenaussterben möglicherweise von Mikroben ausgelöst wurde. Diese Mikroben führten zu einer Störung des Kohlenstoffkreislaufs, die Umweltschocks wie die globale Erwärmung und die Versauerung der Ozeane verursachte. Die Schocks löschten die Arten in großer Zahl über einen Zeitraum von Zehntausenden von Jahren aus – eine kurze Zeitspanne in geologischen Maßstäben.
Fühlte sich an wie das Ende der Zeit
Das Aussterben am Ende des Permeriums, das vor etwa 250 Millionen Jahren stattfand, ist das schwerste von fünf bekannten Massenaussterben. Es tötete die letzten Trilobiten – eine widerstandsfähige Meeresart, die zwei frühere Massenaussterben überlebt hatte. Während die Landpflanzen überlebten, verschwanden fast alle Wälder. Schlimmer noch: Es ist das einzige bekannte Aussterbeereignis, bei dem auch Insekten nicht verschont blieben.
Damit ein Ereignis dieses Ausmaßes stattfinden konnte, mussten viele Dinge schief gehen. Zu dieser Zeit bestand die Welt aus einem einzigen Superkontinent namens Pangea. Diese große Landmasse könnte durch die Veränderung der Dynamik des Kohlenstoffkreislaufs mit subduzierenden Platten die globalen Temperaturen auf den höchsten Stand aller Zeiten getrieben haben.
Dann, im Laufe von etwa einer Million Jahre, schufen riesige Eruptionen in Sibirien Basalte, die ein Gebiet bedeckten, das etwa siebenmal so groß war wie Frankreich. Dies könnte dazu geführt haben, dass die Umwelt einen Kipppunkt überschritten hat, indem noch mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangte. Dies hätte zur Folge gehabt, dass die Ozeane versauerten, mehr Meereslebewesen abstarben und sich aufheizten, wodurch gefrorenes Methan freigesetzt wurde. Das Ergebnis wäre ein „außer Kontrolle geratenes“ Klima, das sich immer weiter aufheizt und der Umwelt immer mehr Sauerstoff entzieht.
Die mächtige Mikrobe
Doch Daniel Rothman vom MIT glaubt, dass die Zahlen nicht stimmen. „Die globalen Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf lassen sich nur schwer mit der vulkanischen Aktivität in Sibirien vereinbaren“, sagt er.
Seine Berechnungen, die gerade in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass etwas anderes den Runaway-Effekt verursacht haben muss. Eine Hypothese war, dass mikrobielles Leben dafür verantwortlich gewesen sein könnte.
„Diese Hypothese ist nicht so abwegig, wie sie scheint. Schließlich waren es vor etwa 2,4 Milliarden Jahren Mikroben in Form von Cyanobakterien, die unsere Atmosphäre mit Sauerstoff versorgten“, so Rothman weiter. In diesem Zeitraum, dem so genannten Great Oxygenation Event, starben auch die meisten Organismen, die an den Sauerstoffmangel angepasst waren, und es begann eine der längsten Kälteperioden der Erdgeschichte. Mikroben können also durchaus globale Auswirkungen haben.
Mit Kollegen am MIT untersuchte Rothman die Evolutionsgeschichte der Erde und entdeckte das Aufkommen einer bestimmten Art von Mikroben, das um die Zeit des Großen Sterbens herum stattfand. Diese Mikrobe, Methanosarcina genannt, war in der Lage, organisches Material zu verdauen und Methan zu produzieren. (Molekularbiologen am MIT haben gezeigt, dass Methanosarcina diese Fähigkeit durch den Transfer eines einzigen Gens aus der Bakterienklasse der Clostridien erlangt hat.)
Rothman wusste, dass der chemische Prozess zur Erzeugung von Methan auf das Metall Nickel angewiesen ist. Er suchte nach Beweisen dafür, dass Methanosarcina zu dieser Zeit in den Sedimentschichten der Meishan-Region in China gedieh. Wenn die damalige Umwelt mehr Nickel enthielt als normal, dann würden die Sedimente den Nachweis dafür erbringen.
Rothman wählte die Meishan-Region für die Suche nach Nickel, weil sie eine besonders gut untersuchte Region ist. Ihre Sedimentschichten wurden verwendet, um verschiedene Perioden der Erdgeschichte zu markieren und zu standardisieren, und sie umfassen die Zeit des Großen Sterbens.
Die Suche war erfolgreich. Die in dieser Zeit abgelagerten Sedimente enthielten tatsächlich eine größere Menge an Nickel. Methanosarcina wäre nicht nur bei der Erzeugung von Methan effektiv gewesen – sie hätte gedeihen können.
Das Nickel, so vermutet Rothman, wurde den Ozeanen, in denen Methanosarcina lebte und wuchs, durch die kontinuierliche vulkanische Aktivität in Sibirien zugeführt. Die zunehmende Menge an Nickel, die von den Meeresströmungen transportiert wurde, hätte es mehr Methanosarcina ermöglicht, organisches Material in Methan umzuwandeln, das durch Reaktionen mit Sauerstoff in Kohlendioxid umgewandelt würde. Dies hätte einen Anstieg der globalen Temperaturen und eine Versauerung der Ozeane zur Folge gehabt. Letzteres hätte in Verbindung mit dem Verlust von Sauerstoff (der bei der Bildung von Kohlendioxid verbraucht wird) das Aussterben der Ozeane beschleunigt. Und die toten Organismen hätten Methanosarcina mehr organisches Material zum Verdauen zur Verfügung gestellt.
Kurz gesagt, eine mikrobielle Innovation könnte das Gleichgewicht gekippt haben, um das große Sterben zu verursachen.
Marc Reichow von der Universität Leicester bleibt skeptisch gegenüber diesen Ergebnissen. Er argumentiert, dass es keinen Beweis dafür gibt, dass der erhöhte Nickelgehalt von den sibirischen Vulkanen stammt. Rothman stimmt zu, dass die gegenwärtigen Daten die Quelle des Nickels nicht identifizieren können.
„Dies ist eine interessante Hypothese, aber ich denke, dass das Große Sterben das Ergebnis vieler ‚Tötungsmechanismen‘ war und nicht nur eines einzigen hier vorgeschlagenen Mechanismus“, sagte Reichow.
Es gibt auch Zweifel über den genauen Zeitraum, in dem sich Methanosarcina tatsächlich entwickelt hat. Die derzeitigen Techniken zur Abschätzung der Ursprünge auf der Grundlage von Unterschieden in der DNA-Sequenz weisen eine große Fehlerspanne auf, was bedeutet, dass die Entwicklung weit vor oder nach dem Großen Sterben stattgefunden haben könnte.
Rothman räumt ein, dass es Grenzen gibt. „Wir glauben, dass Vulkanismus allein dieses Aussterbeereignis nicht verursacht haben kann. Stattdessen haben wir die Diskussion erweitert, indem wir andeuten, dass es möglich ist, dass Mikroben dieses Ereignis verursacht haben könnten.“
„Die Implikationen für heute sind, dass es viele Möglichkeiten gibt, wie natürliche Schwankungen im Kohlenstoffkreislauf der Erde auftreten können. Bei der Untersuchung der gegenwärtigen Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf sollten wir versuchen, so viele dieser Möglichkeiten wie möglich zu berücksichtigen, um Vorhersagen für die Zukunft treffen zu können.“