Mit jedem Atemzug versorgen sich Mensch und Tier mit einer Portion des Gases, das sie für ihren Stoffwechsel benötigen: Etwa 21 Prozent Sauerstoff enthält unsere Luft und in gelöster Form steht O₂ auch den Wassertieren zur Verfügung. Das Oxidationsmittel zur Freisetzung von Energie bildet damit ein Fundament des Lebens, wie wir es kennen. Doch diesen Schatz an verfügbarem O₂ hatte unsere Welt nicht immer zu bieten, wie aus geologischen Untersuchungen bekannt ist: In den ersten zwei Milliarden Jahren der Erdgeschichte enthielt die Atmosphäre kaum Sauerstoff. Das war auch noch lange der Fall, nachdem sich bereits photosynthetische Mikroben entwickelt hatten, die Sauerstoff freisetzen. Dennoch konnte sich nicht genügend Sauerstoff ansammeln, um die globale Biosphäre zu beeinflussen. Offenbar wurde er im gleichen Maße wieder gebunden, wie er zuvor freigesetzt wurde.
Doch dann kam schließlich das sogenannte Great Oxygenation Event: Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren verschob sich das stabile, sauerstoffarme Gleichgewicht – das Atemgas begann sich in der Atmosphäre anzusammeln und erreichte schließlich die Werte, die bis heute Mensch und Tier das Leben ermöglichen. Es handelte sich damit um einen der folgenreichsten Prozesse in der Erdgeschichte. Was unseren Planeten aus seinem sauerstoffarmen Zustand herausholte, ist bisher allerdings ein Rätsel der Wissenschaft. Es gibt zwar bereits Erklärungsansätze und Hypothesen, doch ein rundes Bild zeichnet sich bisher nicht ab.
Dem gasförmigen Schatz auf der Spur
Der jüngste Beitrag zur Klärung des Great Oxygenation Events stammt nun von einem Wissenschaftlerteam um Gregory Fournier vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Die Basis ihrer Studie bildetet der Blick auf die Grundlagen des irdischen Sauerstoff-Systems: Der heutige Gehalt in der Atmosphäre entsteht durch ein stabiles Gleichgewicht zwischen Prozessen, die Sauerstoff produzieren, und solchen, die ihn verbrauchen. Offenbar existierte vor dem Great Oxygenation Event allerdings ein anderes System, bei dem das Verhältnis von Sauerstoffproduzenten und -verbrauchern nicht viel zusätzlichen Sauerstoff für die Atmosphäre übrig ließ.
“Wenn man sich die Erdgeschichte ansieht, scheint es zwei Sprünge gegeben zu haben, bei denen das System von einem stabilen Zustand mit wenig Sauerstoff zu einem stabilen Zustand mit viel mehr Sauerstoff überging – einmal im Paläoproterozoikum und einmal im Neoproterozoikum”, sagt Fournier. “Diese Sprünge können somit nicht durch einen allmählichen leichten Anstieg des Sauerstoffüberschusses verursacht worden sein“. So widmete sich das Team der Frage, durch welchen Prozess die Sprünge entstanden sein könnten. Dabei rückte der organisch gebundene Kohlenstoff in den Fokus: Er wird hauptsächlich durch Oxidation abgebaut: Mikroben im Ozean verbrauchen Sauerstoff, um das organische Material zu verwerten, wie etwa Detritus, der sich im Sediment abgesetzt hat. Um Hinweise zu erhalten, welche Entwicklungen in diesem System eine Rolle für die Anreicherung von Sauerstoff gespielt haben könnten, entwickelten die Wissenschaftler Computermodelle.
