Die größte Umweltkatastrophe der Erdgeschichte wurde nicht von einem Asteroiden ausgelöst und nicht von Vulkanen, sondern von Bakterien, die etwas Neues gelernt hatten. Vor rund 2,4 Milliarden Jahren begann in den Flachmeeren der Erde ein Gas, sich in der Luft anzureichern, das dort bis dahin praktisch nicht vorgekommen war und das für fast alles, was damals lebte, ein Zellgift darstellte: Sauerstoff. Er stammte aus Cyanobakterien, die die Photosynthese erfunden hatten, jene Reaktion, mit der Sonnenlicht Wasser spaltet und Zucker aufbaut und die Sauerstoff als Abfall hinterlässt. Der Abfall rostete die Ozeane aus, vertrieb die alten Lebensformen in Schlamm und Tiefsee, zerstörte das Methan, das die Erde warm hielt, und stürzte den Planeten in eine Vereisung, die 300 Millionen Jahre dauerte. Am Ende atmete das Leben das Gift, und alles, was heute mehr ist als ein Bakterium, verdankt seine Existenz diesem Moment.
Die frühe Erde war eine Welt ohne freien Sauerstoff. Ihre Atmosphäre bestand aus Stickstoff, Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf, und was an Sauerstoff durch Sonnenlicht aus Wasser entstand, wurde sofort von Eisen, Schwefel und vulkanischen Gasen gebunden. Das Leben, das seit mindestens 3,7 Milliarden Jahren existierte, kam ohne aus; es gewann Energie aus Schwefelverbindungen, Wasserstoff oder Eisen, langsam und in kleinen Mengen, und es lebte in den Ozeanen, geschützt vor der ultravioletten Strahlung, gegen die es keine Ozonschicht gab. Irgendwann, die Schätzungen reichen von 3,0 bis 2,5 Milliarden Jahren, entwickelten Vorfahren der heutigen Cyanobakterien eine Photosynthese, die Wasser als Elektronenquelle nutzte statt der knappen Schwefelverbindungen. Wasser war unbegrenzt vorhanden, und die neue Reaktion lieferte so viel mehr Energie, dass die Cyanobakterien die Flachmeere übernahmen, in Matten, die versteinert als Stromatolithen überliefert sind, gebänderte Kalkhügel, die man in Australien und Südafrika bis heute findet.
Der Sauerstoff, den sie ausschieden, verschwand zunächst. Die Ozeane waren voller gelöstem Eisen, das mit dem Gas zu Rost reagierte und als Eisenoxid auf den Meeresboden sank, in Schichten, die sich über Hunderte Millionen Jahre stapelten: die Bändererze, aus denen heute der größte Teil des Eisens der Welt gewonnen wird, in Westaustralien, Brasilien, Minnesota. Jedes Stahlteil, das die Menschheit benutzt, ist im Grunde der Rost jener Zeit. Erst als das Eisen der Meere verbraucht war und die Schwefelverbindungen und vulkanischen Gase ebenfalls, begann Sauerstoff, in die Atmosphäre zu entweichen. Geologen lesen den Zeitpunkt aus einem Detail in Schwefelisotopen, deren Verhältnisse in Gesteinen älter als 2,4 Milliarden Jahre Muster zeigen, die nur ohne Sauerstoff entstehen; danach verschwinden die Muster, und die Erde hat eine neue Luft.
Sauerstoff war ein Gift, weil er hochreaktiv ist. Er reißt Elektronen aus Molekülen, zerstört Enzyme, oxidiert Membranen und erzeugt Radikale, die das Erbgut schädigen; Organismen, die ohne ihn entstanden waren, hatten keine Abwehr dagegen. Die anaeroben Lebensformen, die die Erde zwei Milliarden Jahre lang beherrscht hatten, starben in den belüfteten Flachmeeren aus oder zogen sich in Nischen zurück, in Sedimente, heiße Quellen, die Tiefsee und die Därme späterer Tiere, wo sie bis heute leben. Es war das erste Massenaussterben der Erdgeschichte, und es hinterließ keine Fossilien, weil die Opfer Einzeller waren.
Die zweite Folge traf das Klima. Die frühe Sonne strahlte um ein Viertel schwächer als heute, und dass die Erde nicht gefroren war, lag am Methan, das Mikroben produzierten und das als Treibhausgas die Wärme hielt. Sauerstoff zerstört Methan in der Atmosphäre innerhalb von Jahren, und als das Gas verschwand, sank die Temperatur, das Eis breitete sich von den Polen aus, und die Erde geriet vor 2,4 Milliarden Jahren in die Huronische Eiszeit, die längste und wahrscheinlich tiefste ihrer Geschichte, mit Gletschern bis in die Tropen und einer Dauer von rund 300 Millionen Jahren. Die Bakterien hatten den Planeten vergiftet und eingefroren. Wie die Forschung diese Epoche aus Gesteinen rekonstruiert, zeigen die Sammlungen der Senckenberg Gesellschaft, deren Geologen an der Datierung der frühen Erdgeschichte beteiligt sind.
Was für die alten Lebensformen ein Gift war, wurde für neue eine Energiequelle. Die Reaktivität des Sauerstoffs, die Zellen zerstört, lässt sich in Bahnen lenken, und Organismen, die lernten, Zucker mit Sauerstoff zu verbrennen, gewannen daraus 16-mal mehr Energie als aus der Gärung ohne ihn. Diese Atmung ermöglichte größere Zellen, dann Zellen mit Kern und Organellen, die vor etwa 1,8 Milliarden Jahren entstanden, indem eine Zelle ein sauerstoffatmendes Bakterium verschluckte und behielt, unsere Mitochondrien, und schließlich Vielzeller, die ohne den Energieüberschuss des Sauerstoffs nicht denkbar wären. Außerdem bildete Sauerstoff in der Hochatmosphäre Ozon, das die ultraviolette Strahlung abfing und das Land bewohnbar machte. Der Sauerstoffgehalt blieb noch über eine Milliarde Jahre bei wenigen Prozent des heutigen, stieg vor rund 600 Millionen Jahren ein zweites Mal an und ermöglichte die Explosion tierischen Lebens im Kambrium; heute liegt er bei 21 Prozent, und was der Sauerstoff im Körper anrichtet, an Nutzen und an Schaden durch Radikale, beschäftigt Biologie und Medizin bis heute.
Die Cyanobakterien gibt es noch, in jedem Tümpel, in den Blaualgenblüten der Ostsee und als Chloroplasten in jeder Pflanze, die sie einst verschluckt hat. Sie haben vor 2,4 Milliarden Jahren getan, was keine Art seither wiederholt hat: die Chemie eines Planeten so verändert, dass fast alles Leben ausstarb und ein völlig anderes möglich wurde. Die Menschheit verändert die Atmosphäre gerade zum zweiten Mal, mit einem anderen Gas und in Jahrzehnten statt Jahrmillionen. Die Bakterien hatten keine Wahl und keinen Plan. Sie hatten nur eine bessere Chemie, und das reichte, um die Welt zu wechseln.