Simulation of iron mineral diagenesis in ancient iron formations by P/T-treatment of biogenic and abiogenic iron minerals
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Präkambrische gebänderte Eisenformationen (engl. „Banded Iron Formations“, BIFs) stellen die weltgrößten Eisenvorräte dar und wurden über mehrere Milliarden Jahre hinweg auf der frühen Erde abgelagert. Während die jüngsten BIFs nach der Evolution der Cyanobakterien durch molekularen Sauerstoff, O2, gebildet wurden, gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass die ältesten BIFs in Abwesenheit von O2 gebildet wurden. Das übergeordnete Ziel dieses von der DFG geförderten Projekts war, die mögliche Beteiligung von phototrophen Eisen (II)-oxidierenden Bakterien an der Ablagerung dieser ältesten BIFs einzugrenzen und diagenetische Prozesse, die an der Bildung der BIFs beteiligt waren, besser zu verstehen. In diesem Projekt haben wir deshalb mehrere verschiedene phototrophe eisenoxidierende Bakterien im Labor kultiviert und die durch diese Mikroorganismen gebildeten Minerale und Zell-Mineral-Aggregate mittels verschiedenster Techniken (z.B. XRD, Mössbauer Spektroskopie und Elektronenmikroskopie) untersucht, ihre Zusammensetzung beschrieben und potentielle organische Biomarker identifiziert. Wir haben dann erstmalig die Druck- Temperatur-abhängige Diagenese solcher Zell-Mineral-Aggregate bzw. von Mineralen, wie sie von diesen Organismen gebildet werden, in Hochdruckautoklaven simuliert und die gebildeten Minerale sowie unter diesen Bedingungen stabile, organische Biomarker identifiziert. Besonders interessant hierbei war, dass die wichtigsten in BIFs vorhandenen eisenhaltigen Minerale Hämatit, Siderit und Magnetit durch Druck-Temperaturdiagenese von Eisenmineralen, wie sie durch die Bakterien ausgefällt werden, gebildet wurden. Darüber hinaus haben wir in unseren Diagenese-Simulationsexperimenten globuläre Siderit-Strukturen entdeckt, wie sie in BIFs gefunden wurden. Eine mögliche Interpretation dieser Ergebnisse ist, dass die Minerale in den BIFs durch eisenoxidierende Bakterien gebildet wurden und nach der Ablagerung während der Erdgeschichte hinweg unter dem Einfluss von Druck und Temperatur zu den heute vorhandenen Mineralen umgewandelt wurden. Unsere Untersuchungen zu möglichen organischen Biomarkern haben ebenfalls überraschende und spannende Ergebnisse gebracht: wir haben erstens herausgefunden, dass 2-Methylhopanoide, die ansonsten mit der Anwesenheit von O2-bildenden Cyanobakterien verknüpft waren, durch phototrophe eisenoxidierende Bakterien während der Eisenoxidation in erhöhtem Maße gebildet werden. Zweitens konnten wir dann zeigen, dass diese Moleküle bei hohen Drücken und Temperaturen, wie sie BIFs ausgesetzt waren, erhalten bleiben. Dies eröffnet jetzt die Möglichkeit, solche Moleküle in alten Gesteinen ebenfalls als Biomarker für phototrophe eisenoxidierende Bakterien heranzuziehen. Insgesamt kann man das bearbeitete Projekt meiner Meinung nach als sehr erfolgreich bezeichnen. Es hat sowohl für zukünftige Arbeiten meiner Arbeitsgruppe als auch für andere Wissenschaftler zahlreiche neue und wichtige Erkenntnisse erbracht. Über Arbeiten aus diesem Projekt wurde u.a. im Jahresbericht 2011 der DFG und im DFG Magazin berichtet: http://www.dfg.de/download/pdf/dfg_im_profil/geschaeftsstelle/publikationen/dfg_jb2011.pdf http://www.dfg.de/dfg_magazin/aus_der_wissenschaft/archiv/mehr_als_die_summe_der_teile_jb_ 11/rost_ohne_sauerstoff/index.html
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) Extracellular iron biomineralization by photoautotrophic iron-oxidizing bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 75 5586-5591
Miot, J.; Benzerara, K; Obst, M.; Kappler, A.; Hegler, F.; Schaedler, S.; Bouchez, C.; Guyot, F.; Morin, G.
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(2010) Role of microorganisms in Banded Iron Formations. In: Geomicrobiology: Molecular and Environmental Perspective. Larry Barton, Martin Mandl and Alexander Loy (Editors). 485p.
Koehler, I., Konhauser, K.O., Kappler, A.
