Dr. Benjamin Nettersheim

• Organische Geochemie/Biogeochemie
• Biomarker (Molekulare Fossilien)
• Bildgebende Massenspektrometrie (Mass Spectrometry Imaging, MSI)
• Entwicklung des frühen Lebens auf der Erde
• Wechselwirkung zwischen Umweltbedingungen und Ökosystemen (Multiproxyanalysen)
• Umwelt- und Klimarekonstruktionen
• Erdöl- und Metalllagerstätten (organic geochemistry of mineral systems)
• Mikrobielle Matten und Analogstudien (paleo- & astrobiology)

In meiner Forschung beschäftige ich mich hauptsächlich mit der Rekonstruktion von Umweltbedingungen und Ökosystemen aus lange vergangenen Zeiten. Dafür analysiere ich Biomarker, die molekularen Fossilien biologischer Lipide ("fossiles Fett"). Biomarker-Informationen kombiniere ich mit anderen geologischen Beobachtungen und Daten, wie zum Beispiel Fe-speciation Analysen (Redox-Bedingungen während der Sedimentablagerung), Element- (z.B. XRF und bildgebendes mikro-XRF) und Isotopenzusammensetzungen. In der stark interdisziplinären Forschung an der Schnittstelle zwischen Biologie, Chemie und Geologie arbeiten wir regelmässig mit Kollegen aus der ganzen Welt und aus verschiedenen Fachbereichen um die Forschungsfragen aus verschiedenen Blickwinkeln zu beleuchten und zu möglichst umfassenden Interpretationen zu gelangen.

Die Co-evolution der Erde und des Lebens erforschen

Nach einem Bachelor in Georessourcenmanagement und einem Master in den Angewandten Geowissenschaften an der RWTH Aachen, habe ich meine Promotionsforschung bei Prof. Jochen Brocks an der Australischen Nationaluniversität (ANU) in Canberra absolviert. Dabei erforschte ich die ältesten auf der Erde erhaltenen Biomarker in 1640 Millionen Jahre alten Sedimentgesteinen in Nordaustralien. Dies ermöglichte ganz neue Einblicke in die frühe Entwicklung der Eukaryoten (unserem Zweig im Baum des Lebens), aber auch über die Komplexität der Umwelt- und Redoxbedingungen im Erdmittelalter, bis hin zur Bildung einiger der größten Blei-und Zinklagerstätten der Welt wie der HYC McArthur River Lagerstätte in Nordaustralien, welche wiederum an die vorherrschenden Redoxbedingungen gekoppelt zu sein scheinen. Anschliessend bin ich als Agouron Geobiology Fellow an das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena gewechselt, wo ich in der am MARUM der Universität Bremen angesiedelten externen MPI Forschungsgruppe von Christian Hallmann die frühe Evolution der Eukaryoten und Tiere erforscht habe. Unsere Forschung weist dabei auf ein erstaunlich spätes Aufkommen komplexen Lebens und der Tiere gegen Ende des Neoproterozoikums vor ca. 600 Millionen Jahren hin. Ein wichtiger Forschungsbestandteil ist die Untersuchung der Umwandlung von Biomolekülen in fossile organische Materie. In Zusammenarbeit mit Prof. Brocks (ANU), Prof. Hallmann (Geoforschungszentrum Postdam) und zahlreichen Kollegen erweitere ich nun in einem von der Zentralen Forschungsförderung der Universität Bremen geförderten unabhängigen Postdoc Projekt die von der AG Hinrichs entwickelte bildgebende Biomarkeranalytik auf die ältesten und besterhaltenen Biomarker-enthaltendenden Gesteinsformationen. Dieses wegweisende Pilotprojekt verspricht einmalige Einblicke in die Entwicklung des frühen Lebens auf der Erde.

Meine Forschung komplementiere ich mit der Analyse moderner Proben wie mikrobieller Matten oder der Lipidzusammensetzung von Protisten, Labor-Simulations-experimenten (Pyrolyse) oder geologisch junger Sedimente welche als Archive für die Temperaturentwicklung natürlicher Klimawandel-Ereignisse dienen können. So können schliesslich wichtige Einblicke in die Co-evolution der Erde und des Lebens vom Erdmittelalter bis in die Gegenwart gewonnen werden.

Die Wiege eukaryotischen Lebens in nie dagewesener Auflösung

The cradle of eukaryotic life at unprecedented resolution: zooming into ecosystem cyclicity 1.6 billion years ago using laser-based high-resolution mass spectrometry

Fossile biologische Lipide in alten Sedimentgesteinen enthalten eine Vielzahl wichtiger Informationen über die Evolution des Lebens und des Erdsystems. Jedoch stellen traditionelle präkambrische Biomarkeranalysen an zentimetergroßen Gesteinsproben mit einzelnen Datenpunkten gewöhnlich im Abstand von Dezimetern bis hunderten Metern (z.B. entlang eines 1000m tiefen Bohrkernes) nur die über Jahrhunderte oder gar viele Jahrtausende gemittelten Bedingungen dar, was unser Verständnis über die Dauer der Prozesse, Ereignisse und auslösenden Umweltfaktoren stark limitiert. Durch die Anwendung von bildgebender Massenspektrometrie gelingt es in meinem Projekt die Biomarkerverteilungen in Präkambrischen bis zu 1640 Millionen Jahre alten Gesteinen zum ersten Mal im Mikrometer-Maßstab darzustellen. Dies erhöht die räumliche und zeitliche Auflösung dieser Informationen sehr stark und könnte ganz neue Einbicke in die Lebensbedingungen und Ökosysteme geben in denen sich unsere frühen eukaryotischen Vorfahren entwickelten.

Boring-Billion oder dynamische Wiege komplexen Lebens?

Die Dynamik präkambrischer Ökosystemveränderungen im scheinbar langweiligen eine Milliarden Jahre-langen Abschnitt der Erdgeschichte der von einigen als "Boring Billion" bezeichnet wird, könnte tatsächlich unter der geringen zeitlichen Auflösung der verwendeten Proxysignale verborgen sein. Dieses wichtige Zeitalter der Erdgeschichte umfasste die Wiege des Eukaryotischen Lebens auf der Erde. Die ältesten dokumentierten diagnostischen Mikrofossilien von Organismen mit Zellkernen (Eukaryoten) finden sich in ca. 1,8 bis 1,6 Milliarden Jahre alten Gesteinen, während Fossilien die ziemlich eindeutig modernen Eukaryoten-Gruppen (Rot- und Grünalgen) zugeordnet werden können erst in etwa eine Milliarde Jahre alten Gesteinsproben gefunden werden. Die neuen bildgebenden massenspektrometrischen Verfahren die am MARUM entwickelt wurden ermöglichen nun zum ersten Mal die Verteilung der ältesten auf der Erde erhaltenen molekularen Fossilien in intakten Gesteinsproben mit sub-mm Auflösung darzustellen. Dabei ist da Ziel dem Rätsel um das späte Auftreten moderner Eukaryoten in ganz neuer Detailtiefe auf den Grund zu gehen. Unsere einmalige Sammlung der thermisch am besten erhaltenen Gesteine aus diesem Zeitalter verspricht dabei ganz neue Einblicke in unser Verständnis von Klima- und Umweltbedingugen, und der frühen Ökosysteme und kann helfen wichtige paläobiologische Fragen zu beantworten - zum Beispiel wann und wie unsere frühen eukaryotischen Vorfahren die Milliarden-Jahre dauernde Herrschaft einzelliger, mikroskopisch kleiner Prokaryonten durchbrechen konnten.

Targeting the unknown

Die grossen Datensätze welche wir mit der ultra-hoch auflösenden Massenspektrometrie gewinnen, stellen überdies einen enormen Schatz dar, welcher mit Hilfe chemoinformatischer Methoden gehoben werden kann, wie Yanick Zander in seinem MSc Projekt zum Beispiel anhand von colocalization Netzwerken der Lipidverteilung in einer modernen mikrobiellen Matte gezeigt hat. Durch ähnliche 'untargeted' Vorgehensweisen könnte es uns in Zukunft gelingen ganz neue Biomarker oder organische Umwelt-proxies zu entdecken.

Mein Postdoc Projekt wird freundlicherweise durch die Zentrale Forschungsförderung der Universität Bremen in der Linie 4B (Erfahrene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem Ziel der Berufungsfähigkeit) gefördert.

Als Nachwuchswissenschaftler bin ich sowohl in die Forschung als auch die Lehre am FB5 und Marum eingebunden.

In diesem Jahr habe ich im Rahmen des Masterstudiengangs in der Vorlesungsreihe Molekulare Geobiologie Vorlesungen und Seminare durchgeführt und zwei MSc Projekte betreut.

Akademischer Werdegang

• 3/2012-11/2017 PhD an der Australischen Nationaluniversität mit Prof. Jochen Brocks

  Reconstructing Earth´s Alien Ancient Ecology - A Multiproxy Study of the 1.64 Billion-Year-Old Barney Creek Formation, Northern Australia

• 10/2009-01/2012 Masterabschluss (MSc) in Angewandte Geowissenschaften an der RWTH Aachen
• 09/2006-09/2009 Bachelorabschluss (BSc) in Georessourcen Management an der RWTH Aachen

Beruflicher Werdegang

• Seit 4/2021 Unabhängiger Postdoc in der AG Hinrichs (MARUM/FB5, Uni Bremen)
• 2015-2021 Postdoc am Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena (AG Hallmann)
• 2015-2017 Agouron Institute postdoctoral fellow (MPI-BGC)
• 2012-2015 Studentisches Mitglied in CSIRO´s Organic Geochemistry of Mineral Systems research cluster (Team ANU) mit Forschungsförderung durch CSIRO´s Office of the Chief Executive
• Zwischen 2007 and 2010 Studentische Hilfskraft an der RWTH Aachen (Petrophysik, Organische Geochemie, Gesteinskunde)

 Auszeichnungen und Stipendien

• 2023 National Geographic Top-11 Most astonishing scientific discoveries 2023 (Brocks and Nettersheim et al., Nature 618, 2023)
• 2021-2024 Vom Rektorat und der Bereichsforschungskommision als unabhängiger Postdoc am MARUM und FB5 der Universität Bremen ausgewählt (dreijährige Postdoktorandenstelle und 18000 Euro Forschungsbudget)
• 12/2018 AAAS Top-10 scientific breakthroughs of the year (Bobrovskiy et al., Science 361, 2018)
• 12/2018 Forschungshighlights des Jahres 2018 der Max-Planck-Gesellschaft (Bobrovskiy et al., Science 361, 2018)
• 3/2016 DFG Reisestipendium für den Geomikrobiologie-Workshop "Building a Habitable Planet"
• 5/2015 Agouron Institute Geobiology Fellow ($132000)
• 2013-2015 CSIRO Office of the Chief Executive PhD Top-up Stipendium ($15400 AUD Stipendium und $22000 AUD Forschungsbudget)
• 2012-2015 ANU PhD (International), RSES supplementary & ANU HDR Merit Scholarship (Tuition Fee Waiver)
• 2010-2012 Stipendium des RWTH Bildungsfonds in Kooperation mit dem NRW-Stipendium des Landes Nordrhein-Westfalen (heute: Deutschlandstipendium)
• 2010-2012 Stipendium von e-fellows.net
• 02/2010 Aufnahme auf die Dean´s List der RWTH Aachen

 Service to the Scientific Community

Chair of conference session ´Precambrian biotic and environmental (co-)evolution im Themenbereich 6: Early Earth and evolution of planets at GeoBremen 2017

Gutachter für: Nature Communications, Nature Scientific Reports, Geochimica et Cosmochimica Acta, Geobiology, Phytochemistry, Fuel, Astrobiology, German Research Foundation (DFG)

 Editor Frontiers Research Topic: Emergence of Dynamic Membranes – Role of Terpenoids in the Evolution of Membrane Organization and Regulation

ORDID ID:

https://orcid.org/0000-0002-6478-0689

 preprint:

Xiao, H., Li, M., Nettersheim, B.J., Lu, M. and Peng, T. Late Cretaceous Marine Incursion into Central Africa. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4670043

published:

• Brocks, J.J.*, Nettersheim, B.J.*, Adam, P., Schaeffer, P., Jarrett, J.M., Güneli, N., Liyanage, T., van Maldegem, L.M., Hallmann, C. and Hope, J.M. (2023) Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown, Nature. (*both authors contributed equally)
• Hoshino, Y., Nettersheim, B.J*.,  Gold, D.A.,  Hallmann, C., Vinnichenko, G., van Maldegem, L.M., Bishop, C., Brocks, J.J. and Gaucher, E.A. (2023) Genetics re-establish the utility of 2-methylhopanes as cyanobacterial biomarkers before 750 million years ago, in revision at Nature Ecology and Evolution. (*corresponding author)
• van Maldegem, L.M.*, Nettersheim, B.J.*, Leider, A., Brocks, J.J., Adam, P., Schaeffer, P. and Hallmann, C. (2021) Geological alteration of Precambrian steroids mimics early animal signatures. Nature Ecology and Evolution 5, 169-173. (* Both authors contributed equally)
• Bobrovskiy, I., Hope, J., Nettersheim, B.J., Volkman, J.K., Hallmann, C., Brocks, J.J. (2021) Algal origin of sponge sterane biomarkers negates the oldest evidence of animals in the rock record. Nature Ecology and Evolution 5, 165-168.
• Hallmann, C., Nettersheim, B.J., Brocks, J.J., Schwelm, A., Hope, J.M., Not, F., Lomas, M., Schmidt, C., Schiebel, R., Nowack, E.C.M., De Deckker, P., Pawlowski, J., Bowser, S.S.,
  Bobrovskiy, I., Zonneveld, K., Kucera, M. and Stuhr, M. (2019) Reply to: Sources of C30
  steroid biomarkers in Neoproterozoic–Cambrian rocks and oils. Nature Ecology & Evolution.
• Nettersheim, B.J., Brocks, J.J., Schwelm, A., Hope, J.M., Not, F., Lomas, M., Schmidt, C.,
  Schiebel, R., Nowack, E.C.M., De Deckker, P., Pawlowski, J., Bowser, S.S., Bobrovskiy, I.,
  Zonneveld, K., Kucera, M., Stuhr, M. and Hallmann, C. (2019) Putative sponge biomarkers in unicellular Rhizaria question an early rise of animals. Nature Ecology & Evolution 3, 577-581.
• van Maldegem, L.M., Sansjofre, P., Weijers, J.W., Wolkenstein, K., Strother, P.K., Wörmer, L., Hefter, J., Nettersheim, B.J., Hoshino, Y. and Schouten, S. (2019) Bisnorgammacerane traces predatory pressure and the persistent rise of algal ecosystems after Snowball Earth. Nature communications 10, 476.
• Leider, A., Richter-Brockmann, S., Nettersheim, B.J., Achten, C. and Hallmann, C. (2019) Low-femtogram sensitivity analysis of polyaromatic hydrocarbons using GC-APLI-TOF mass spectrometry: Extending the target window for aromatic steroids in early Proterozoic rocks. Organic Geochemistry.
• Botting, J. P. and Nettersheim, B. J. (2018). Searching for sponge origins. Nature Ecology & Evolution, 2(11), 1685.
• Bobrovskiy, I., Hope, J. M., Ivantsov, A., Nettersheim, B. J., Hallmann, C., and Brocks, J. J. (2018). Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. Science, 361(6408), 1246-1249.
• Guilbaud, R., Slater, B. J., Poulton, S. W., Harvey, T. H. P., Brocks, J. J., Nettersheim, B. J. and Butterfield, N. J. (2018). Oxygen minimum zones in the early Cambrian ocean.
  Geochemical Perspectives Letters, 6, 33-38