Há mais de 2 mil milhões de anos, a Terra sofreu uma mudança dramática à medida que o oxigénio começou a acumular-se na sua atmosfera. Mas essa mudança deixou os cientistas com um grande mistério: como é que o planeta manteve oxigénio suficiente para permanecer habitável durante milhões de anos?
Os investigadores descobriram agora evidências de que a resposta pode estar num antigo sistema de reciclagem nas profundezas dos oceanos da Terra. Ao estudar rochas ao largo da África do Sul, descobriu que as mudanças na química marinha ajudaram a criar um ciclo natural no qual a actividade biológica apoiava a acumulação contínua de oxigénio atmosférico.
Pesquisa, publicada em comunicação da naturezaCientistas, incluindo o geólogo Andrew Baker, da Universidade da Califórnia, de Riverside, estiveram envolvidos. Suas descobertas sugerem que o fósforo, um nutriente essencial para a vida, desempenhou um papel central na manutenção dos níveis de oxigênio que eventualmente ajudariam a tornar possíveis organismos mais complexos.
Como os oceanos antigos ajudaram a preservar o oxigênio da Terra
Há cerca de 2,3 mil milhões de anos, a Terra viveu o Grande Evento de Oxidação, um importante ponto de viragem quando o oxigénio se tornou um componente permanente da atmosfera. Os cientistas têm compreendido esta transição há décadas, mas como o oxigénio permaneceu suficientemente abundante depois disso tem sido muito mais difícil de explicar.
Os pesquisadores identificaram um ciclo de feedback que pode ajudar a explicar o que aconteceu. À medida que o oxigénio se espalhava pelos oceanos, alterava a química da água do mar e aumentava a concentração de sulfato, um composto que contém enxofre e oxigénio.
Alguns micróbios usam esse sulfato para decompor a matéria orgânica com mais eficiência. No processo, libertaram fósforo de volta à água, disponibilizando este nutriente vital para outros organismos.
A produtividade biológica aumentou devido à disponibilidade de mais fósforo. Isto significa que mais carbono orgânico pode eventualmente ficar enterrado nos sedimentos do fundo do mar, em vez de se decompor. Como a decomposição da matéria orgânica pode consumir oxigênio, enterrar mais carbono ajudou a promover o acúmulo contínuo de oxigênio na atmosfera.
Isto criou um ciclo de reforço no qual o aumento dos níveis de oxigénio incentivou mudanças químicas que apoiaram o crescimento biológico, o que por sua vez ajudou a manter o oxigénio atmosférico.
“Os seres vivos não podem crescer ou funcionar adequadamente sem fósforo”, disse Baker. “Uma vez que mais carbono ficou disponível nos oceanos, permitiu que mais carbono orgânico fosse enterrado. Um efeito colateral desse processo foi que mais oxigênio foi liberado na atmosfera.”
Rochas antigas revelam um ciclo oculto do fósforo
Para investigar este processo, os cientistas examinaram amostras de rochas antigas da África do Sul utilizando uma técnica que fornece uma imagem mais detalhada da disponibilidade de fósforo nos oceanos pré-históricos.
Pesquisas anteriores conseguiram determinar a quantidade de fósforo presente nas rochas antigas, mas essas medições revelaram pouco sobre se os organismos poderiam realmente utilizá-lo. Parte do fósforo fica preso nos minerais, tornando-o efetivamente inacessível aos seres vivos.
Os investigadores abordaram esta limitação separando o fósforo de acordo com os minerais que contém. Eles conseguiram isso dissolvendo vários componentes minerais, um por um, o que lhes permitiu separar o fósforo disponível para atividade biológica do fósforo preso nas estruturas minerais.
Esta distinção é importante porque a quantidade total de fósforo num oceano não indica quanto está disponível para sustentar a vida. A nova abordagem fornece uma maneira clara de reconstruir antigos ciclos de nutrientes e compreender como eles afetaram o oxigênio atmosférico.
“Agora podemos separar o fósforo que estava disponível para os organismos do fósforo que estava essencialmente trancado”, disse Baker. “Isso nos dá uma imagem mais clara dos níveis de nutrientes nos oceanos antigos do que antes.”
A história do oxigênio na Terra pode ter sido mais turbulenta do que o esperado
Estas descobertas também apontam para uma história da atmosfera terrestre mais complexa do que a anteriormente conhecida pelos cientistas.
Em vez de permanecerem relativamente estáveis após o Grande Evento de Oxidação, os níveis de oxigênio podem subir e descer de forma muito mais dramática. Estas flutuações provavelmente continuaram a influenciar a química marinha e o movimento de nutrientes essenciais através do ambiente marinho durante milhões de anos.
Os resultados também podem mudar a forma como os cientistas interpretam a evolução do início da vida.
Uma questão antiga é por que demorou tanto para que organismos complexos aparecessem depois que o oxigênio se tornou uma parte significativa da atmosfera da Terra. O oxigênio limitado é frequentemente considerado uma possível explicação para esse atraso.
No entanto, se o oxigénio permaneceu relativamente abundante durante longos períodos da história inicial da Terra, aumenta a possibilidade de que outras condições ambientais ou limitações biológicas tenham desempenhado um papel maior no abrandamento do surgimento de vida complexa.
O que o antigo ciclo do oxigênio da Terra significa para o futuro
Embora esta investigação se concentre em acontecimentos ocorridos há milhares de milhões de anos, as suas implicações estendem-se aos oceanos dos quais dependemos hoje.
As alterações climáticas já estão a contribuir para a diminuição dos níveis de oxigénio em partes dos oceanos do mundo. Se a perda de oxigénio continuar, poderá perturbar a reciclagem do fósforo e reduzir a quantidade deste nutriente essencial disponível para os organismos marinhos.
Tais alterações podem limitar a produtividade biológica e tornar os ecossistemas marinhos menos resilientes ao stress ambiental.
As descobertas também podem ajudar os cientistas a procurar sinais de vida fora da Terra. Mundos com oceanos são considerados locais promissores para investigar a habitabilidade potencial, mas a presença de água por si só não garante que as condições possam sustentar a vida a longo prazo.
Compreender como o oxigénio, os nutrientes e os processos biológicos interagiram ao longo da história da Terra poderia ajudar os investigadores a identificar interacções químicas semelhantes em planetas distantes e noutros mundos oceânicos.
“A história da Terra mostra que o oxigênio, os nutrientes e a vida co-evoluíram juntos”, disse Baker. “Compreender essas ligações dá-nos uma visão mais matizada do futuro do nosso planeta e do que poderemos ver noutros planetas.”
