The Archean eon encompasses about one-third of Earth’s history. During its 1.5 Ga time span, most of the principal biochemical pathways had evolved, including cyanobacterial oxygenic photosynthesis, which keeps dominating the modern biosphere. Biological oxygen production provided the physiological base for the expansion of life, particularly the evolution of complex multicellular organisms. However, the antiquity and origin of oxygenic photosynthesis is vigorously debated. Hence, the study of Earth’s oldest well-preserved microbial mats and their paleoenvironmental setting has the potential to unravel earliest evolution photosynthesis. An ideal place to tackle this issue is the Paleoarchean (~3.22 Ga) Moodies Group of the Barberton Greenstone Belt, South Africa, which contains widespread remains of remarkably well-preserved microbial mats and sedimentary structures in shallow-water sandstones. In the Saddleback Syncline of the central BGB, kerogenous laminae representing fossilized microbial mats occur abundantly in a ~1000-m-thick succession of fine- to coarse-grained sandstones and conglomerates, which can be traced laterally for >15 km. Microbial mats were thriving in coastal floodplain, inter-, and supratidal paleoenvironments. In situ δ13C PDB measurements of the kerogen range from -32.3‰ to -21.3‰ and are consistent with a biogenic origin. The exclusive occurrence of mats in shallow-water, high-energy setting, and their tufted micro-morphology suggest that they were photosynthetic and most likely build by ancestral cyanobacteria. However, the ultimate question whether the microbes were producing free oxygen or not still needs to be resolved. The identification of cavity-dwelling microbial communities beneath these microbial mats, has extended the geological record of coelobionts by ~500 Ma, while the occurrence of microbial mats in fluvial-alluvial conglomerates and sandstones extends the record of terrestrial life by ~400 Ma.
Das Archaikum umfasst etwa ein Drittel der Erdgeschichte. Während dieses Zeitraums von 1.5 Milliarden Jahren entwickelten sich die wichtigsten biochemischen Stoffwechselwege, einschließlich der oxygenen Photosynthese von Cyanobakterien, welche die Biosphäre bis heute dominiert. Die biologische Sauerstoffproduktion war die physiologische Basis für die Evolution von komplexen, multizellularen Lebensformen. Alter und Ursprung von Cyanobakterien sind jedoch nach wie vor ein kontroverses Thema, welches bis heute noch nicht eindeutig geklärt werden konnte. Aus diesem Grund ist es von essentieller Bedeutung die ältesten Gesteine mit gut erhalten Spuren mikrobiellen Lebens zu untersuchen, um Rückschlüsse auf deren früheren Lebensraum und Metabolismus ziehen zu können. Ein idealer Ort um nach Antworten auf diese offenen Fragen zu suchen, ist die paläoarchaische (~3.22 Ga) Moodies Group des Barberton Greenstone Belts (BGB) in Südafrika, welche Sandsteine mit außerordentlich gut erhaltenen Überresten mikrobieller Matten und sedimentärer Strukturen beinhaltet. Die kerogenhaltigen Laminationen der fossilen Mikrobenmatten sind besonders gut in einer ~1000 m mächtigen Abfolge von fein- bis grobkörnigen Sandsteinen und Konglomeraten in der Saddleback Synclinale des zentralen BGB erhalten, welche sich lateral über 15 km verfolgen lässt. Die Biomatten wuchsen einst in küstennahen Schwemmfächern, und in inter- und supratidalen Paläolebensräumen. In situ δ13CPDB Messungen des Kerogens liegen im Bereich von -32.3‰ bis -21.3‰ und sind konsistent mit dem biogenen Ursprung der Laminationen. Die Restriktion der Matten auf ehemals flachmarine Habitate und das Vorhandensein von gut ausgebildeten mikrobiellen „tufts“ legen nahe, dass sie photosynthetisch waren und möglicherweise von anzestralen Cyanobakterien gebildet wurden. Es ist jedoch schwer zu belegen, dass die Mikroben damals wirklich schon freien Sauerstoff produzierten. Dies wird daher eine zentrale Frage zukünftiger Studien sein. Die Identifikation von fossilen mikrobiellen Gemeinschaften, die einst in Hohlräumen unterhalb der Biomatten lebten, hat das geologisches Alter dieser kryptischen Mikroben um ~500 Ma erweitert. Überdies könnten die identifizierten mikrobiellen Matten in fluvial-alluvialen Konglomeraten und Sandsteinen die erste sichtbare Spur für die Kolonialisierung und mikrobielle Stabilisierung archaischer Landmassen darstellen und somit den Ursprung terrestrischen Lebens um ~400 Ma erweitern.
