Die Rolle von Fe(II)-Silikat und Fe(III)-Silikat Komplexen und Nanopartikeln für das Überleben von Cyanobakterien und phototrophen Eisenoxidierern auf der frühen Erde

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404675831

Das Leben ist auf der Erde vor ca. 4 Milliarden Jahren entstanden, wobei noch relativ wenig verstanden ist, unter welchen Umweltbedingungen dies passiert ist. Mikrobielle Fossile und Isotopendaten gaben einige Hinweise darauf, dass es vor 3.5 Milliarden bzw. evtl. sogar bereits vor 3.8 Milliarden Jahren bereits funktionierende photosynthetische marine Ökosysteme gab. Solche Habitate waren jedoch hoher UV Strahlung und der gleichzeitigen Anwesenheit toxischer Konzentrationen an Eisen ausgesetzt. Solche Bedingungen sollten solche frühe marine Habitate eigentlich unbewohnbar gemacht haben. Die Antwort wie frühe photosynthetische Bakterien, insbesondere Cyanobakterien und phototrophe eisenoxidierende Bakterien, diese Stressfaktoren überwinden konnten, liegt vermutlich in der Zusammensetzung des archaischen Meerwassers selbst. Hohe Silikat-Konzentrationen im Meerwasser zu dieser Zeit könnten durch die Bildung von Fe(II)-Silikat und Fe(III)-Silikat Komplexen und Nanopartikeln hauptverantwortlich dafür gewesen sein, dass frühe photosynthetische Mikroorganismen überlebt haben was die Besiedelung von ufernahen marinen Habitaten ermöglichte. Diese Komplexe und Nanopartikel hätten nicht nur als Sonnen-schutz gegen die hohe UV Strahlung gedient. Durch die Komplexierung von Fe(II) hätte das Silikat die Konzentration von gelöstem, bioverfügbaren und giftigem Fe(II) deutlich reduziert auf ein erträgliches Niveau und hätte so das Überleben und die Evolution der frühen Bakterien in Anwesenheit von hohen Fe(II) Konzentrationen ermöglicht. Um diese Prozesse genauer zu untersuchen, hat der vorliegende Antrag folgende zwei Ziele: i) die geochemische Zusammensetzung und Struktur der Fe(II)-Silikat und Fe(III)-Silikat Komplexe und Nanopartikel zu identifizieren und ii) die Fähigkeit zu bestimmen, dieser Aggregate planktonische Cyanobakterien und phototrophe Eisenoxidierer von der langfristigen Exposition an archaische UV-Strahlung zu schützen. Durch die Verbindung mit Gesteinsdaten aus dem Archaikum sowie geochemischen und biologischen Modellen, erlaubt uns der multidisziplinäre Ansatz dieses Antrags die Interaktionen zwischen der Hydro-, Litho- und Atmosphäre sowie Leben auf der frühen Erde besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth