Molekulare Fingerabdrücke mikrobieller Verbände in mikrobiellen Architekturen des späten Oligozäns aus einem süßwasseranreichernden Junggar-Paläosee, Zentralasien

Steine alter Seen als Klimazeitkapseln

In den heutigen Wüsten Nordwestchinas haben Geologen gerundete Steinkugeln aus einem verschwundenen See entdeckt, der einst Teile Zentralasiens füllte. Dabei handelt es sich nicht um gewöhnliche Felsen: Es sind Mikrobialite — geschichtete Strukturen, die über Millionen von Jahren von Mikroben-Gemeinschaften am Seeboden aufgebaut wurden. Indem die Autorinnen und Autoren die chemischen „Fingerabdrücke“ in diesen Steinen freilegen, zeigen sie, wie winzige Organismen den Aufstieg benachbarter Berge, das Süßwerden und die Verflachung des Sees sowie den Beginn eines deutlich trockeneren Klimas in Zentralasien festgehalten haben.

Geschichtete Kugeln aus einem verschwundenen See

Die Studie konzentriert sich auf große, golfball- bis grapefruitgroße Kugeln, sogenannte Onkolithe, die vor etwa 25–23 Millionen Jahren im Junggar-Becken entstanden. Zu dieser Zeit beherbergte das Becken einen tiefen, oft salzhaltigen See. Sorgfältiges Anschneiden und Abbilden der Kugeln zeigt eine geschichtete, zwiebelartige Struktur: einen Kern aus älteren Körnern, eine mittlere Zone mit unregelmäßigen, knolligen Lagen und eine äußere Zone mit glatten, gleichmäßig dicken Überzügen. Chemische Karten zeigen, dass diese Schichten zwischen calciumreichen Bändern und dunkleren Überzügen, die reich an Eisen und Mangan sind, wechseln. Die Gesteinsgefüge ähneln stark denen, die von modernen mikrobiellen Matten in flachen Seen gebildet werden, was darauf hindeutet, dass antike mikrobielle Gemeinschaften am Aufbau dieser Strukturen beteiligt waren.

Mikroben, die mit Gestein bauen

Unter dem Mikroskop finden die Autoren nanoskalige Kristalle aus Eisen- und Mangandioxid, die eng mit Spuren organischer Substanz verflochten sind. Diese Kombination deutet auf Bakterien hin, die Sauerstoff nutzten, um gelöste Metalle in feste Überzüge umzuwandeln und dadurch dunkle Bänder innerhalb der Onkolithe hinterließen. In anderen Schichten erscheint das Karbonat als sehr feine, beinahe glasige Partikel, die als amorphes Calciumcarbonat interpretiert werden — eine Form, die in modernen Umgebungen bekanntlich unter Beteiligung mikrobieller Filme ausfällt. Zusammengenommen zeigen Texturen und Minerale, dass verschiedene Mikrobenarten — einige bildeten klebrige Matten, andere vermittelten Metalloxidation — gemeinsam mit veränderter Wasserbewegung die drei Hauptzonen jeder Kugel geformt haben.

Molekulare Hinweise auf eine urzeitliche mikrobielle Gemeinschaft

Der stärkste Beleg für die Rolle des Lebens stammt aus molekularen Fossilien — stabilen organischen Molekülen, die lange nach dem Zerfall der Zellen erhalten bleiben. Die Forschenden trennten gewöhnliche „freie“ organische Verbindungen von solchen, die fest an das Karbonat gebunden sind. Innerhalb des mineralischen Gerüsts entdeckten sie eine Reihe gesättigter Fettsäuren, empfindlicher Moleküle, die über viele Millionen Jahre kaum erhalten bleiben, sofern sie nicht außergewöhnlich gut geschützt sind. Ihre Kettenlängen und Muster deuten auf eine Gemeinschaft hin, die von Bakterien dominiert wurde, insbesondere Cyanobakterien (Mikroben, die sauerstoffproduzierende Photosynthese betreiben) zusammen mit anderen Bakterien, die sich von Methan ernähren. Weitere diagnostische Moleküle, sogenannte Hopane und Methylhopane, treten in ungewöhnlich hohen Mengen auf und stützen die Auffassung, dass prokaryotische Mikroben — nicht Algen oder andere komplexe Organismen — die Bildung dieser Steine unter schwankenden Sauerstoffbedingungen vorantrieben.

Berge steigen, Seen verändern sich, Mikroben reagieren

Indem diese molekularen Fingerabdrücke mit Messungen von Kohlenstoff und Sauerstoff im Karbonat kombiniert werden, verknüpft das Team mikrobielle Wachstumsphasen mit größeren Umweltumbrüchen. Zur Zeit der Onkolithbildung hoben sich die nahegelegenen Tianshan-Berge schneller, wodurch sich die Entwässerungsmuster veränderten. Der Süßwassereintrag in den See nahm zu, sein Pegel verringerte sich, und zuvor tiefe, sauerstoffarme Gewässer wurden stärker durchmischt und besser mit Sauerstoff versorgt. Die isotopischen Verschiebungen in den Onkolithen und den umgebenden Gesteinen dokumentieren dieses Süßwerden. Gleichzeitig rollten die hydrodynamischen Veränderungen — mehr Wellen und Strömungen über dem Seeboden — wachsende mikrobiellen Kugeln über den Grund und halfen ihnen, glatte Außenlagen anzulagern. Diese Vorgänge ereigneten sich kurz bevor Zentralasien in eine deutlich trockenere Phase eintrat, die sich in der Ausbreitung von Wüsten wie der Taklamakan zeigt.

Was uns diese Seesteine über die Erdvergangenheit sagen

Für Nichtfachleute lautet die Botschaft: Diese scheinbar einfachen Steinkugeln sind in Wahrheit detaillierte Archive von Umweltveränderungen. Ihre inneren Strukturen, Metallüberzüge und erhaltenen Moleküle zeigen zusammen, dass blühende mikrobielle Gemeinschaften wiederholt Karbonatschichten ablagerten, während der See verflachte, süßer wurde und turbulenter wurde. Gleichzeitig fällt das Wachstumstiming mit einer Phase tektonischer Hebung und den ersten Schritten hin zum heutigen trockenen Klima der Region zusammen. Die Studie demonstriert, dass Mikrobialite als empfindliche Aufzeichner dafür dienen können, wie tektonische Kräfte, Wasserchemie und mikrobielle Lebensgemeinschaften zusammenwirken — und bietet ein kräftiges Werkzeug, um Klima- und Landschaftsgeschichte der Erdvergangenheit zu entziffern.

Zitation: Zhao, Z., Wu, C., Cui, X. et al. Molecular fingerprinting of microbial consortia in late Oligocene microbialite architectures from a freshening Junggar paleolake, Central Asia. Commun Earth Environ 7, 218 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03253-0

Schlüsselwörter: mikrobialite, alte Seen, Klima Zentralasiens, tektonische Hebung, molekulare Fossilien