Dieses Metall veränderte vor Milliarden von Jahren das Schicksal des urzeitlichen Lebens

Die ersten Lebensformen der Erde waren offenbar raffinierter, als lange angenommen. Wissenschaftler konnten nachweisen, dass Mikroorganismen bereits vor 3,7 bis 3,1 Milliarden Jahren Molybdän nutzten – zu einer Zeit, als das Metall in den Ozeanen noch kaum vorhanden war.

Der Befund des internationales Forschungsteams ist überraschend, weil die damaligen Meere nahezu frei von Sauerstoff waren und Molybdän unter diesen Bedingungen extrem selten war. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Ein seltenes Metall mit enormer Wirkung

Molybdän gehört zu den wichtigsten Metallen der biologischen Chemie. „Molybdän befindet sich im katalytischen Zentrum von Enzymen, die zentrale Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelreaktionen steuern“, erklärt Betül Kaçar, Leiterin des Kaçar Labors an der University of Wisconsin–Madison und Hauptautorin der von der NASA geförderten Studie.

Ohne solche Katalysatoren würden viele Prozesse zwar weiterhin stattfinden – allerdings zu langsam sein, um lebende Organismen zu versorgen.

Für die neue Untersuchung rekonstruierten die Forschenden deshalb die evolutionäre Geschichte jener Proteine, die Molybdän und Wolfram nutzen. Dabei zeigte sich, dass beide Metalle bereits sehr früh in der Entwicklung des Lebens auftauchten. Das widerspricht der bisherigen Vorstellung, wonach zunächst vor allem Wolfram genutzt wurde und Molybdän erst später eine Rolle spielte.

Die Analyse deutet stattdessen darauf hin, dass primitive Mikroben beide Elemente beinahe zeitgleich einsetzten. Besonders bemerkenswert ist dabei die Nutzung von Molybdän: Wer in einer nahezu metallarmen Umwelt gezielt nach diesem Stoff greift, muss bereits über hochentwickelte biochemische Mechanismen verfügt haben.

Bedingungen der frühen Erde

Vor mehr als drei Milliarden Jahren unterschied sich die Erde grundlegend von der heutigen Welt. Sauerstoff war in der Atmosphäre kaum vorhanden, und die Ozeane besaßen eine völlig andere chemische Zusammensetzung – wobei Metalle nur lokal vorkamen.

Erst in der Großen Sauerstoffkatastrophe vor rund 2,45 Milliarden Jahren erhöhte sich der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre. Dadurch gelangte über Verwitterungsprozesse wesentlich mehr Molybdän in die Meere. Nach bisherigen Annahmen hätte biologischer Molybdän-Einsatz deshalb erst nach diesem Umbruch einsetzen dürfen.

Die neue Studie widerspricht nun dieser Vorstellung. Stattdessen vermuten die Forschenden, dass hydrothermale Quellen am Meeresboden eine entscheidende Rolle gespielt haben könnten, weil sich dort zahlreiche Metalle wie Eisen, Nickel, Kupfer, Kobalt, Wolfram – und eben auch Molybdän ansammeln konnten.

Während die globalen Ozeane noch arm an Spurenelementen waren, könnten diese hydrothermalen Systeme bereits lokale Metallreservoirs gebildet haben. Dort hätten Mikroben offenbar ideale Bedingungen vorgefunden, um seltene Katalysatoren für ihren Stoffwechsel zu nutzen.

Die Suche nach außerirdischem Leben

Die neue Studie zeigt, dass selbst eine lebensfreundliche Erde vor 3,4 Milliarden Jahren kaum Ähnlichkeit mit dem modernen Planeten hatte. Trotzdem existierten bereits Organismen, die hochkomplexe Stoffwechselprozesse entwickelten und seltene Metalle effizient einsetzten.

Demnach könnte die Entdeckung auch Auswirkungen auf die Astrobiologie haben. Denn bisher orientiert sich die Suche nach außerirdischem Leben häufig an Bedingungen, die der heutigen Erde ähneln. Doch nun steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Leben auch auf anderen Planeten unter völlig anderen chemischen Voraussetzungen entstehen kann.

Lange vor Pflanzen, Tieren oder einer sauerstoffreichen Atmosphäre haben winzige Mikroben offenbar durch das rare Molybdän einen evolutionären Vorteil gehabt. Das seltene Metall könnte dabei geholfen haben, die Maschinerie des Lebens überhaupt erst in Gang zu setzen.

Quellenhinweis:

Klos, A. S., Sobol, M. S., Boden, J. S., Stüeken, E. E., Anderson, R. E., Konhauser, K. O., & Kaçar, B. (2026): Biological use of molybdenum and tungsten stems back to 3.4 billion years ago. Nature Communications.