A chegada do oxigênio à atmosfera terrestre marcou um momento decisivo na história do planeta, transformando-o em um mundo capaz de suportar vida complexa. Esta grande mudança, conhecida como Grande Evento de Oxidação (GOE), ocorreu aproximadamente entre 2,1 e 2,4 bilhões de anos atrás. No entanto, a fotossíntese oxigenada – produzida pelas cianobactérias – provavelmente evoluiu milhões de anos antes deste evento. Apesar desta capacidade inicial de produzir oxigénio, os níveis atmosféricos permaneceram baixos durante um tempo surpreendentemente longo. Os cientistas debatem há muito tempo a causa deste atraso, considerando explicações como emissões vulcânicas, sumidouros químicos e interacções biológicas. No entanto, nenhum factor explica completamente por que demorou tanto tempo para o oxigénio se formar no ar da Terra.
Para abordar esta questão persistente, os investigadores concentraram-se num elemento frequentemente esquecido da química da Terra primitiva: o papel de vestígios de compostos como o níquel e a ureia no crescimento das cianobactérias.
O pesquisador principal, Dr. Dylan M., do Instituto de Materiais Planetários, Universidade de Okayama, Japão (endereço atual: Departamento de Geologia, Universidade de Peradeniya, Sri Lanka). Ratnayake explicou: “Criar oxigénio seria um enorme desafio se colonizássemos outro planeta. Portanto, queríamos compreender como era possível criar uma substância microbiana. Os conhecimentos obtidos com este estudo das condições na Terra para a evolução da vida complexa, incluindo a nossa, fornecerão uma nova estrutura para técnicas de análise de amostras para futuras missões de retorno de amostras a Marte.”
Os professores Ryoji Tanaka e Izo Nakamura do mesmo instituto também colaboraram no trabalho, que foi publicado na revista Comunicação Terra e meio ambiente.
Recriando a Terra primitiva em laboratório
A equipe conduziu um estudo experimental em duas partes projetado para simular as condições da Terra Arqueana (cerca de 4 a 2,5 bilhões de anos atrás). No primeiro experimento, misturas de compostos de amônio, cianeto e ferro foram expostas à luz ultravioleta (UV)-C, que reproduz a intensa radiação que provavelmente atingiu a superfície da Terra antes da formação da camada de ozônio. Estas experiências exploraram se a ureia – um composto azotado vital para a vida – pode formar-se naturalmente sob tais condições.
Numa segunda fase, culturas de cianobactérias (Synechococcus sp. PCC 7002) foram cultivadas em períodos alternados de claro e escuro, variando a quantidade de níquel e uréia em seu ambiente. Para medir como esses fatores químicos afetam a produtividade das cianobactérias, os pesquisadores monitoraram o crescimento por meio da densidade óptica e dos níveis de clorofila-a.
Com base nos resultados, a equipe propôs um novo modelo que explica como o oxigênio se acumula gradualmente na atmosfera. Durante o início do Arqueano, grandes quantidades de níquel e uréia podem limitar a proliferação de cianobactérias, impedindo a liberação de oxigênio. Tal como o Dr. “O níquel tem uma relação complexa mas interessante na formação da ureia, bem como na sua utilização biológica, quando a sua disponibilidade em baixas concentrações pode levar à proliferação de cianobactérias”, observou Ratnayake. Quando estes níveis finalmente diminuíram, as cianobactérias conseguiram prosperar de forma mais constante, impulsionando o aumento do oxigênio que se tornou o GOE.
Lições para a Terra e além
As implicações dessas descobertas vão além da compreensão da história antiga. “Se pudermos compreender claramente os mecanismos de oxigenação atmosférica, isso lançará luz sobre a detecção de bioassinaturas em outros planetas”, disse o Dr. Ele continuou: “As descobertas mostram que as interações entre compostos inorgânicos e orgânicos desempenham um papel importante nas mudanças ambientais da Terra, aprofundando a nossa compreensão da evolução do oxigénio na Terra e, portanto, da vida nela”.
Estas informações também podem informar a futura exploração planetária, uma vez que elementos como o níquel e a ureia podem afectar o oxigénio e o desenvolvimento da vida noutros mundos.
Ao demonstrar como a ureia pode formar-se naturalmente sob condições arqueanas e actuar tanto como nutriente como como inibidor, os investigadores revelam como delicados equilíbrios químicos moldaram a biota inicial da Terra. Suas descobertas sugerem que, à medida que os níveis de níquel caem e a ureia se estabiliza, as cianobactérias florescem, liberando grandes quantidades de oxigênio. Estas mudanças graduais acabaram por transformar a Terra de um planeta sem vida num planeta capaz de sustentar ecossistemas complexos – um passo profundo na longa jornada do planeta em direcção à habitabilidade.
