Magnetit Biomarker

Spurenelement-Signaturen von Magnetit produziert durch eisenmetabolisierende Bakterien

01.09.2016 bis 31.08.2018

Kristalle des Eisenminerals Magnetit werden häufig in alten sedimentären Gesteinen, z.B. gebänderten Eisenformationen (BIF) oder Karbonatgesteinen gefunden, die teilweise bis zu 3,8 Milliarden Jahre alt sind. Magnetit kann durch abiotische oder biotische Prozesse gebildet werden. Die Aktivität von eisenmetabolisierenden Bakterien wurde für die Bildung von Magnetit während eines Großteils der Erdgeschichte verantwortlich gemacht. Eine physikalische Charakterisierung von solchem natürlichen Magnetit alleine hat allerdings nicht eindeutig einen biologischen Ursprung für diese Minerale gezeigt. Um den Ursprung des Magnetits zu bestimmen, ist es deshalb notwendig, die mineralogischen und chemischen Eigenschaften von biogenem Magnetit („Biomagnetit“) von denen des abiogenen Magnetits eindeutig zu unterscheiden. Hierfür wollen wir innerhalb dieses Projekts die Spurenelementzusammensetzung von Biomagnetit, der durch Fe(III)-reduzierende und Fe(II)-oxidierende Bakterien gebildet wird, bestimmen. Das Fe(III)-reduzierende Bakterium Shewanella oneidensis MR-1 und das Fe(II)-oxidierende Bakterium Acidovorax sp. Stamm BoFeN1 werden in Medium mit einer definierten chemischen Zusammensetzung kultiviert. Die Verteilung von Spurenelementen während der Magnetit-Synthese, d.h. der spezifische Einbau bestimmter Spurenelemente in den Biomagnetit, wird quantifiziert und mit der Spurenelement-Signatur von abiotisch hergestelltem Magnetit und mit kürzlich veröffentlichten Daten zu Magnetit von magnetotaktischen Bakterien verglichen. Das Ziel des Projekts ist, die verschiedenen Spurenelementsignaturen zwischen den verschiedenen Synthesebedingungen (abiotisch im Vergleich zur Synthese durch Bakterien) zu identifizieren und dadurch eine potentielle Biosignatur für mikrobielle Aktivität zu erhalten. Darüber hinaus wollen wir untersuchen wie sich diese Biosignatur während der Diagenese der Minerale verhält, um so die Magnetitfossilisation über geologische Zeiträume hinweg zu verstehen. Abschließend wollen wir unsere experimentellen Ergebnisse mit der chemischen Zusammensetzung von natürlichen Magnetitproben aus präkambrischen BIFs und Karbonaten vergleichen, um so die Anwesenheit von magnetotaktischen Bakterien in der frühen Erdgeschichte feststellen zu können.