Über Kilometer hinweg dominieren sie das Landschaftsbild der südafrikanischen Steppe. In der australischen Wildnis ragen die bizarren Felsstrukturen ebenfalls hervor, und auch in Kanada beeindruckt ihr rot-silbriger Glanz Touristen wie Einheimische. Eisenerzablagerungen haben einen ästhetischen Wert, doch vor allem sind sie von erheblichem wirtschaftlichem Interesse, denn sie decken einen Großteil unseres Bedarfs an dem Metall. Ihre möglicherweise am wenigsten bekannte Bedeutung liegt hingegen im Bereich der Wissenschaft: Die Felsformationen, so vermuten Forscher um den Tübinger Geomikrobiologen Andreas Kappler, geben als steinerne Zeugen Auskunft über die ersten Lebensformen auf unserem Planeten.

Mit einem Alter von bis zu vier Milliarden Jahren entstanden die Erze teilweise relativ kurz nach der Erde selbst. Zu jener Zeit gab es noch keine Pflanzen, welche die Atmosphäre mit Sauerstoff anreichern konnten. Und trotzdem bildeten sich gigantische Ablagerungen von Eisenoxiden – was die Wissenschaftler lange vor ein Rätsel stellte. Fotosynthetische Zyanobakterien haben allerdings schon sehr früh Sauerstoff produziert, welcher das Eisen auf chemischem Weg oxidierte, vermuten die einen. Noch bevor Zyanobakterien auf den Plan traten, haben Eisen oxidierende Bakterien diese Reaktionen in Gang gebracht, lautet die Gegenmeinung. Den jüngsten Ergebnissen von Kappler und Kollegen zufolge waren beide Gruppen von Mikroorganismen an der Entstehung der Eisenformationen beteiligt – und zwar in jeweils unterschiedlichen Zonen des Urmeers.

"Um der Frage nachzugehen, ob sich in den Formationen irgendwelche Spuren mikrobieller Aktivität nachweisen lassen, haben wir oxidiertes Eisen gemeinsam mit organischem Material bei 170 Grad Celsius unter hohem Druck inkubiert", erzählt Inga Köhler, die Erstautorin der Studie. Derartigen Bedingungen waren die Eisenformationen im Lauf der Erdgeschichte ebenfalls ausgesetzt. Nach zwei Wochen im Druckbehälter hatten sich in den Ansätzen charakteristische ballförmige Strukturen aus Eisenkarbonat gebildet. Vergleichbare Strukturen entdeckten die Geomikrobiologen auch in mehreren natürlich vorkommenden Eisenformationen wie zum Beispiel in der 1,88 Milliarden Jahre alten Gunflint-Formation im kanadischen Ontario. "Diese Beobachtung stützt die These, dass die Eisenoxide, aus denen die kugeligen Karbonate entstanden sind, einen biogenen Ursprung haben. Das bedeutet, dass Eisen oxidierende Bakterien aller Wahrscheinlichkeit nach direkt an der Bildung der Eisenformationen beteiligt waren", sagt Andreas Kappler.

Als die Forscher den Organikanteil in ihren Experimenten erhöhten, bildete sich aber auch eine andere Sorte von Eisenkarbonaten, die ein kreuzförmiges Muster enthielten. Diese Strukturen, die auf einen abiotischen Ursprung der Ausgangsminerale hindeuten, finden sich in einigen der natürlichen Eisenformationen ebenfalls. Den Autoren zufolge haben sich die Karbonate mit den Kreuzen aus Eisenoxiden gebildet, die durch Sauerstoff fotosynthetischen Ursprungs entstanden sind. In einem Modell des Urozeans lokalisieren die Geomikrobiologen diesen Prozess in der seichten Küstenregion. Dort wurde verhältnismäßig wenig gelöstes Eisen aus der Tiefsee eingespült, während Zyanobakterien gleichzeitig viel organisches Material produzierten.

An der Oberfläche des offenen Meers dagegen herrschte ein wesentlich niedrigeres Verhältnis von Biomasse zu Eisen. Hier waren nach Meinung der Forscher Eisen oxidierende Bakterien am Werk, welche ebenfalls die Sonnenenergie als Antriebskraft nutzten. Unter hohem Druck und großer Hitze reagierte ein Teil des oxidierten Eisens mit organischem Material zu den kugeligen Karbonatstrukturen. Der Rest lagerte sich in Form von Eisenoxiden ab, die wir heute an vielen verschiedenen Orten rund um den Globus bestaunen können.