Fossilisierter Stromatolith im Strelley-Pool- Chert , etwa 3,4 Milliarden Jahre alt , [ 1 ] aus dem Pilbara-Kraton , Westaustralien
Moderne Stromatolithen in der Shark Bay , Westaustralien

Stromatolithen ( / s troʊ ˈ m æ t ə ˌ l aɪ t s , s tr ə - / stroh- MAT -ə -lytes, strə- ) [ 2 ] [ 3 ] oder Stromatolithen (vom altgriechischen στρῶμα ( strôma ) , GEN στρώματος ( strṓmatos ) ' Schicht, Stratum ' und λίθος ( líthos ) ' Fels ' ) [ 4 ] sind geschichtete Sedimentformationen ( Mikrobialite ) , die hauptsächlich von photosynthetischen Mikroorganismen wie Cyanobakterien , sulfatreduzierenden Bakterien und Pseudomonadota (früher Proteobakterien) gebildet werden . Diese Mikroorganismen produzieren Haftverbindungen, die Sand und andere Gesteinsmaterialien zu mineralischen „ mikrobiellen Matten “ verfestigen . Diese Matten bauen sich Schicht für Schicht auf und wachsen so mit der Zeit. [ 5 ] [ 6 ]

Dieser Prozess erzeugt die charakteristische Schichtung von Stromatolithen, ein Merkmal, dessen zeitliche und ökologische Bedeutung schwer zu interpretieren ist. [ 7 ] [ 8 ] Verschiedene Schichtungsstile von Stromatolithen wurden beschrieben, [ 9 ] [ 10 ] die mithilfe mikroskopischer und mathematischer Methoden untersucht werden können. [ 10 ] Ein Stromatolith kann einen Meter oder mehr erreichen. [ 11 ] [ 12 ] Fossilisierte Stromatolithen liefern wichtige Zeugnisse einiger der ältesten Lebensformen. Seit dem Holozän sind lebende Formen selten.

Definition

Paläoproterozoische Onkoide aus dem Franceville-Becken , Gabun, Zentralafrika. Onkoide sind unfixierte Stromatolithen mit einer Größe von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern.

Stromatolithen sind geschichtete, biochemische Akkretionsstrukturen, die in flachen Gewässern durch das Einfangen, Binden und Verfestigen von Sedimentkörnern in Biofilmen (insbesondere mikrobiellen Matten) unter der Wirkung bestimmter mikrobieller Lebensformen, vor allem Cyanobakterien , entstehen . [ 12 ]

Die Schichtung der Stromatolithen unterscheidet sie von Thrombolithen , die durch ihre klumpige, ungeschichtete innere Struktur definiert sind. Der Begriff „Stromatolith“ wird manchmal mit dem falsch geschriebenen Wort „Strombolit“ verwechselt – wahrscheinlich eine Vermischung der eng verwandten geologischen Begriffe Stromatolithen und Thrombolithen .

Uralte Stromatolithen

Fossilisierte Stromatolithen, etwa 425 Millionen Jahre alt, in den Soeginina-Schichten (Paadla-Formation, Ludlow, Silur ) bei Kübassaare , Estland

Morphologie

Fossilisierte Stromatolithen weisen eine Vielzahl von Formen und Strukturen bzw. Morphologien auf, darunter konische, schichtförmige, kuppelförmige, säulenförmige [ 13 ] und verzweigte Typen. [ 14 ] Stromatolithen sind im Fossilienbestand des Präkambriums weit verbreitet , heute jedoch selten. [ 15 ] Nur sehr wenige archaische Stromatolithen enthalten fossilisierte Mikroben, während diese in proterozoischen Stromatolithen mitunter häufig vorkommen. [ 16 ]

Während einige Merkmale alter Stromatolithen auf biologische Aktivität hindeuten, weisen andere Merkmale auf, die eher mit abiotischer (nicht-biologischer) Entstehung übereinstimmen. [ 17 ] Die Entwicklung zuverlässiger Methoden zur Unterscheidung zwischen biologisch und abiotisch entstandenen Stromatolithen ist ein aktives Forschungsgebiet der Geologie. [ 18 ] [ 19 ] In einer einzigen lokalen oder geologischen Schicht können Stromatolithen in unterschiedlichen Morphologien vorkommen, abhängig von den spezifischen Bedingungen ihrer Entstehung, wie beispielsweise der Wassertiefe. [ 20 ]

Die meisten Stromatolithen sind spongiostromat und weisen keine erkennbare Mikrostruktur oder Zellreste auf. Eine Minderheit ist porostromat und besitzt eine erkennbare Mikrostruktur; diese sind aus dem Präkambrium größtenteils unbekannt, kommen aber im gesamten Paläozoikum und Mesozoikum vor . Seit dem Eozän sind porostromate Stromatolithen nur noch aus Süßwasserumgebungen bekannt. [ 21 ]

Fossilienbestand

Einige archaische Gesteinsformationen weisen makroskopische Ähnlichkeiten mit modernen mikrobiellen Strukturen auf, was zu der Annahme führt, dass diese Strukturen Zeugnisse urzeitlichen Lebens, nämlich Stromatolithen, darstellen. Andere wiederum betrachten diese Muster als Ergebnis natürlicher Ablagerungen oder anderer abiogener Prozesse. Wissenschaftler argumentieren für einen biologischen Ursprung der Stromatolithen aufgrund des Vorhandenseins organischer Kügelchencluster in den dünnen Schichten der Stromatolithen, von Aragonit- Nanokristallen (beides Merkmale heutiger Stromatolithen) [ 18 ] und anderer Mikrostrukturen in älteren Stromatolithen, die denen in jüngeren Stromatolithen ähneln und starke Hinweise auf einen biologischen Ursprung liefern. [ 22 ] [ 23 ]

Fossilisierte Stromatolithen im Hoyt-Kalkstein ( Kambrium ), die im Lester Park in der Nähe von Saratoga Springs , New York, zutage treten.
Präkambrische fossilisierte Stromatolithen in der Siyeh-Formation , Glacier-Nationalpark
Fossilisierte Stromatolithen (Pika-Formation, mittleres Kambrium) in der Nähe des Helen Lake, Banff-Nationalpark , Kanada

Stromatolithen sind ein wichtiger Bestandteil der Fossilienfunde der ersten Lebensformen auf der Erde. [ 24 ] Ihre Häufigkeit erreichte vor etwa 1,25 Milliarden Jahren ihren Höhepunkt [ 22 ] und nahm anschließend in ihrer Abundanz und Diversität ab [ 25 ] , sodass sie zu Beginn des Kambriums nur noch 20 % ihres Höchststandes aufwiesen. Die am weitesten verbreitete Erklärung ist, dass die Stromatolithenbildner Weidetieren zum Opfer fielen (die kambrische Substratrevolution ); diese Theorie impliziert, dass ausreichend komplexe Organismen um 1 Ga häufig vorkamen. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Eine andere Hypothese besagt, dass Protozoen wie Foraminiferen für den Rückgang verantwortlich waren, indem sie durch mikroskopische Bioturbation die Bildung von Thrombolithen gegenüber Stromatolithen begünstigten . [ 29 ]

Proterozoische Stromatolithen-Mikrofossilien (erhalten durch Permineralisation in Kieselsäure) umfassen Cyanobakterien und möglicherweise einige Formen der eukaryotischen Chlorophyten (d. h. Grünalgen ). Eine im geologischen Archiv sehr häufige Stromatolithengattung ist Collenia .

Der Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Weidegängern und Stromatolithen ist in der jüngeren ordovizischen Evolutionsradiation gut dokumentiert ; die Stromatolithenhäufigkeit nahm auch nach dem Massenaussterben im späten Ordovizium und dem Massenaussterben an der Perm-Trias-Grenze zu , die die Meeresfauna dezimierten, und sank mit der Erholung der Meeresfauna wieder auf frühere Werte ab. [ 30 ] Schwankungen in der Population und Diversität der Metazoen waren möglicherweise nicht der einzige Faktor für den Rückgang der Stromatolithenhäufigkeit. Faktoren wie die Umweltchemie könnten für die Veränderungen verantwortlich gewesen sein. [ 31 ] [ 15 ]

Während sich prokaryotische Cyanobakterien ungeschlechtlich durch Zellteilung vermehren, spielten sie eine entscheidende Rolle bei der Vorbereitung der Umwelt für die evolutionäre Entwicklung komplexerer eukaryotischer Organismen. [ 24 ] Man geht davon aus, dass sie durch ihre kontinuierliche Photosynthese maßgeblich zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts in der frühen Erdatmosphäre beigetragen haben (siehe Große Sauerstoffkatastrophe ). Sie nutzen Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht zur Nahrungsherstellung. Über den Matten aus Cyanobakterienzellen bildet sich häufig eine Polysaccharidschicht . [ 32 ] In modernen mikrobiellen Matten können sich Ablagerungen aus der Umgebung in der Polysaccharidschicht festsetzen und durch Kalziumkarbonat zu dünnen Kalksteinschichten verfestigen . Diese Schichten können sich im Laufe der Zeit anhäufen und so das für Stromatolithen typische Streifenmuster bilden. Die kuppelförmige Morphologie biologischer Stromatolithen ist das Ergebnis des vertikalen Wachstums, das für den kontinuierlichen Lichteinfall und die Photosynthese der Organismen notwendig ist. Geschichtete, kugelförmige Wachstumsstrukturen, sogenannte Onkolithen, ähneln Stromatolithen und sind ebenfalls aus dem Fossilienbestand bekannt. Thromboliten sind schwach geschichtete oder nicht geschichtete, klumpige Strukturen, die von Cyanobakterien gebildet werden und häufig im Fossilienbestand sowie in rezenten Sedimenten vorkommen. [ 18 ] Es gibt Hinweise darauf, dass sich Thromboliten bevorzugt gegenüber Stromatolithen bilden, wenn Foraminiferen Teil der Lebensgemeinschaft sind. [ 33 ]

Das Zebra-River-Canyon-Gebiet der Kubis-Plattform im tief zerklüfteten Zaris-Gebirge im Südwesten Namibias bietet ein gut aufgeschlossenes Beispiel für die Thrombolith-Stromatolith-Metazoen-Riffe, die sich während des Proterozoikums entwickelten, wobei die Stromatolithen hier an hangaufwärts gelegenen Stellen unter Bedingungen höherer Strömungsgeschwindigkeiten und größeren Sedimenteintrags besser ausgebildet sind. [ 34 ]

Modernes Ereignis

Stromatolithen am Thetis-See , Westaustralien
Stromatolithen bei Highborne Cay, in den Exumas , Bahamas

Bildung

Zeitrafferaufnahmen der Bildung moderner mikrobieller Matten im Labor liefern aufschlussreiche Hinweise auf das Verhalten von Cyanobakterien in Stromatolithen. Biddanda et al. (2015) fanden heraus, dass Cyanobakterien, die lokalisierten Lichtstrahlen ausgesetzt waren, sich zum Licht hin bewegten ( Phototaxis ) und ihre Photosyntheseleistung erhöhten , was für ihr Überleben notwendig ist. [ 35 ] In einem neuartigen Experiment projizierten die Wissenschaftler ein Schullogo auf eine Petrischale mit den Organismen. Diese siedelten sich unterhalb des beleuchteten Bereichs an und bildeten das Logo aus Bakterien. [ 35 ] Die Autoren vermuten, dass diese Beweglichkeit es den Cyanobakterien ermöglicht, Lichtquellen aufzusuchen, um die Kolonie zu erhalten. [ 35 ]

Sowohl im Licht als auch im Dunkeln bilden die Cyanobakterien Klumpen, die sich dann nach außen ausbreiten, wobei die einzelnen Bakterien über lange Fortsätze mit der Kolonie verbunden bleiben. In rauen Umgebungen, wo mechanische Kräfte die mikrobiellen Matten zerstören könnten, bieten diese Substrukturen der Kolonie möglicherweise einen evolutionären Vorteil, indem sie ihr zumindest einen gewissen Schutz bieten.

Flechtenstromatolithen sind ein vorgeschlagener Bildungsmechanismus für bestimmte Arten von geschichteten Gesteinsstrukturen, die über Wasser, an der Grenze zwischen Gestein und Luft, durch wiederholte Besiedlung des Gesteins durch endolithische Flechten entstehen . [ 36 ] [ 37 ]

Salzwasserstandorte

Moderne Stromatolithen finden sich hauptsächlich in hypersalinen Seen und Meereslagunen, wo der hohe Salzgehalt das Beweiden durch Tiere verhindert. [ 38 ] [ 39 ] Ein solcher Ort, an dem hervorragende moderne Exemplare zu beobachten sind, ist das Hamelin Pool Marine Nature Reserve in der Shark Bay in Westaustralien . Im Jahr 2010 entdeckte Min Chen in Stromatolithen der Shark Bay einen fünften Chlorophylltyp , nämlich Chlorophyll f . [ 40 ] Halococcus hamelinensis , ein halophiles Archaebakterium , kommt in lebenden Stromatolithen der Shark Bay vor , wo es extremen Bedingungen von UV- Strahlung, Salzgehalt und Austrocknung ausgesetzt ist . [ 41 ] H. hamelinensis besitzt Gene, die Enzyme kodieren, welche an der Reparatur von UV-induzierten DNA- Schäden durch Nukleotidexzisionsreparatur und Photoreaktivierung beteiligt sind . [ 41 ]

Weitere Fundorte sind das Nationalreservat Pampa del Tamarugal in Chile; Lagoa Salgada in Rio Grande do Norte , Brasilien, wo moderne Stromatolithen sowohl als Bioherme (domförmiger Typ) als auch als Schichten beobachtet werden können; die Puna de Atacama in den Anden; und die Gegend um die Insel Sheybarah in Saudi-Arabien . [ 42 ] [ 43 ]

Im Binnenland finden sich Stromatolithen in den Salzwassergebieten des Cuatro-Ciénegas-Beckens , einem einzigartigen Ökosystem in der mexikanischen Wüste. Der Alchichica-See in Puebla , Mexiko, weist zwei morphologisch unterschiedliche Stromatolithen-Generationen auf: säulenförmige, kuppelartige Strukturen, reich an Aragonit , die sich in Ufernähe bilden und auf 1100 Jahre vor heute datiert werden , sowie schwammartige, blumenkohlartige, thrombolytische Strukturen, die den See von oben bis unten dominieren, hauptsächlich aus Hydromagnesit , Huntit und Kalzit bestehen und auf 2800 Jahre vor heute datiert werden. [ 44 ] Das einzige bekannte offene Meeresgebiet, in dem moderne Stromatolithen gedeihen, sind die Exuma Cays auf den Bahamas. [ 45 ] [ 46 ]

Süßwasserstandorte

Mikrobialittürme im Pavilion Lake , British Columbia

Die Laguna de Bacalar im Süden der mexikanischen Halbinsel Yucatán beherbergt eine ausgedehnte Formation lebender, riesiger Mikrobialite (Stromatolithen oder Thrombolithen). Das Mikrobialit-Fundament ist über 10 km lang und weist stellenweise einen Höhenunterschied von mehreren Metern auf. Es handelt sich möglicherweise um die größten lebenden Süßwasser-Mikrobialite der Erde. [ 47 ]

In der Chetumal-Bucht in Belize , südlich der Mündung des Rio Hondo und der mexikanischen Grenze, erstreckt sich ein 1,5 km langer Abschnitt mit riffbildenden Stromatolithen (vorwiegend der Gattung Scytonema ). [ 48 ] Im größten Sodasee der Erde, dem Vansee in der Osttürkei , wurden bis zu 40 m hohe Mikrobialittürme entdeckt . Sie bestehen aus Aragonit und wachsen durch Ausfällung von Kalzit aus sublakustrischem Karstwasser. [ 49 ] Süßwasserstromatolithen finden sich im Saldasee in der Südtürkei. Das Wasser ist reich an Magnesium , und die Stromatolithenstrukturen bestehen aus Hydromagnesit . [ 50 ]

Zwei Süßwasserstromatolithen wurden in Kanada gefunden, im Pavilion Lake und im Kelly Lake in British Columbia . Der Pavilion Lake beherbergt die größten bekannten Süßwasserstromatolithen, und die NASA führte dort xenobiologische Forschungen durch [ 51 ] , das sogenannte „ Pavilion Lake Research Project “. Ziel des Projekts ist es, besser zu verstehen, welche Bedingungen Leben auf anderen Planeten ermöglichen könnten. [ 52 ] [ 53 ]

In einem Tagebauteich einer stillgelegten Asbestmine nahe Clinton Creek im kanadischen Yukon wurden Mikrobialite entdeckt . [ 54 ] Diese Mikrobialite sind extrem jung und entstanden vermutlich kurz nach der Schließung der Mine im Jahr 1978. Die Kombination aus geringer Sedimentationsrate, hoher Kalzifizierungsrate und geringer mikrobieller Wachstumsrate scheint die Bildung dieser Mikrobialite zu begünstigen. Mikrobialite an einem historischen Minenstandort zeigen, dass eine anthropogen gestaltete Umgebung die Bildung mikrobieller Karbonate fördern kann. Dies hat Auswirkungen auf die Schaffung künstlicher Umgebungen zur Bildung moderner Mikrobialite, einschließlich Stromatolithen.

„Crayback“-Stromatolith – Nettle Cave, Jenolan Caves, NSW, Australien
„Crayback“-Stromatolith – Nettle Cave, Jenolan Caves , NSW , Australien

In der Nettle Cave der Jenolan Caves in New South Wales , Australien, lebt eine sehr seltene Art von Stromatolithen, die nicht in Seen vorkommen . [ 55 ] Die Cyanobakterien leben auf der Oberfläche des Kalksteins und werden durch das kalziumreiche Tropfwasser ernährt, wodurch sie zu den beiden offenen Enden der Höhle hin wachsen können, die Licht hereinlassen. [ 56 ]

Stromatolithen aus Kalzit wurden sowohl im Blue Lake im erloschenen Vulkan Mount Gambier als auch in mindestens acht Cenoten -Seen, darunter dem Little Blue Lake im südöstlichen Teil von Südaustralien, gefunden . [ 57 ]

Siehe auch

Referenzen

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