4,6 Milliarden Jahre ist unsere gute Erde alt. Es dauerte aber immerhin fast eine Milliarde Jahre, bis die ersten fadenförmigen Meeresorganismen überliefert wurden. In welchen Schritten Lebewesen das Festland eroberten und wie es zur Entwicklung höherer Lebensformen an Land kommen konnte, liegt noch weit gehend im Dunklen.

Einig sind sich die Forscher darüber, dass es ohne Sauerstoff kein höher entwickeltes Leben geben kann. Nur er ermöglicht eine wirklich effiziente Energiegewinnung. Als Cyanobakterien die Fotosynthese erfanden, entstand das Gas aber zunächst nur als Abfallprodukt. Es reagierte mit Eisen, das in Meerwasser gelöst war, und später mit den Gesteinen der Erdoberfläche.

Doch vor etwa zwei Milliarden Jahren begann der Sauerstoff-Gehalt der Atmosphäre sich zu erhöhen und blieb einige Zeit auf hohem Niveau. Im Zeitraum zwischen 1,1 Milliarden und 540 Millionen Jahren vor heute schoss die Sauerstoff-Kurve aber noch einmal in die Höhe und sank nach einigen Schwankungen wieder ab – allerdings auf ein wesentlich höheres Niveau als zuvor. Was verursachte diese plötzliche Zunahme viele Millionen Jahre nach dem ersten Anstieg? Welcher Prozess konnte dauerhaft so große Mengen an Sauerstoff freisetzen?

Martin Kennedy und seine Kollegen von der Columbia-Universität in Riverside vermuteten, dass hier Tonminerale und das frühe Leben Hand in Hand wirkten. So sollen Bodenlebewesen chemische Verwitterung und Tonmineralbildung angeheizt haben. Diese so genannten Schichtsilikate entstehen im Unterschied zu anderen Mineralen nicht beim mechanischen Zerfall von Gerüstsilikaten wie Feldspat oder Quarz, sondern durch deren chemische Verwitterung an der Erdoberfläche. Mikroorganismen spielen dabei eine wesentliche Rolle: Flechten, Pilze und Bodenbakterien scheiden Stoffwechselprodukte aus, welche die Gesteinsoberflächen zermürben. Im Zuge der Bodenbildung entstehen dann Tonminerale wie Illit, Glimmer und Kaolinit.

Als die Forscher 850 bis 530 Millionen Jahre alte Sedimente untersuchten, fanden sie in den Schichten aus der Zeit vor dem mysteriösen Sauerstoff-Peak vor allem Quarz und Kationen reiche Feldspäte. In den jüngeren Sedimenten aber stieg der Tonmineralgehalt deutlich an. Isotopenuntersuchungen belegten, dass die Tonminerale tatsächlich vom Festland und nicht etwa aus dem Meer kamen, und der hohe Anteil von Aluminium-Oxiden zeichnet die Sedimente als Produkte intensiver Verwitterung aus.

Aber wie hängt das alles mit einem höheren Sauerstoff-Gehalt in der Atmosphäre zusammen? Für einen Überschuss an Sauerstoff aus der Fotosynthese muss ein Teil der abgestorbenen Lebewesen verschwinden. Sie dürfen nicht verwesen, denn dabei wird Sauerstoff aufgezehrt. Viele der gestorbenen Meeresorganismen sinken nach ihrem Tod zum Grund nieder und werden von Sedimenten überdeckt. Der Verwesungssauerstoff wird dadurch eingespart und verbleibt in der Atmosphäre.

Tonminerale schaffen einen ähnlichen Effekt auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften. Die feinen Staubkörner sind nur winzige zwei Mikrometer klein – aber durch ihre relativ große Oberfläche haben sie ein enormes Adsorptionsvermögen: Sie schnappen sich organische Partikel und lassen sie nicht mehr los. Werden die Tonminerale vom Niederschlag in Flüsse befördert und im Meer abgelagert, nehmen sie ihre organische Fracht mit ins Grab.

Weit weg von Sauerstoff und bedeckt von der nächsten Sedimentschicht werden so enorme Mengen organischer Masse im Meeresboden ohne Sauerstoff-Verbrauch konserviert. "Wir sind davon überzeugt, dass der höhere Sauerstoff-Gehalt mit einer irreversiblen Veränderung der chemischen Verwitterungsraten und einer langfristigen Zunahme der Tonminerale in den Sedimenten zusammenhängt", ist sich Kennedy sicher.

Das Auftreten von Tonmineralen in den Sedimenten des späten Proterozoikums ist seiner Auffassung nach der Schlüssel zum Einblick in die Entwicklungsschritte des Lebens vom Meer auf das Festland. Der enorme Anstieg von Sauerstoff muss erheblichen Einfluss auf alle biochemischen Prozesse gehabt haben. Es könnte der Auslöser für die unmittelbar anschließende Entwicklung erster mehrzelliger Tiere gewesen sein – und damit ein Meilenstein auf dem Weg zur Entwicklung höherer Lebensformen auf der Erde.