Há mais de 2,5 mil milhões de anos, a Terra era literalmente um mundo diferente daquele que conhecemos hoje. A vida microscópica fervilha nos oceanos, composta apenas de bactérias anaeróbios. Os vastos continentes são completamente virgens, exibindo paisagens puramente minerais.
Podemos imaginar um mundo calmo e tranquilo, onde o silêncio só é quebrado pelo rebentar das ondas ou pelo estrondo surdo de erupções vulcânicas distantes. A priori, nenhum perigo imediato. No entanto, um humano teletransportado para este passado distante não teria sobrevivido por muito tempo. É hora de algumas inspirações, talvez. Porque a grande diferença da Terra de hoje é a atmosfera. O da Terra primitiva é, na verdade, composto apenas deazotodióxido de carbono e vapor de água. A grande coisa que falta é o oxigênio.
Durante o Arqueano, a atmosfera da Terra estava completamente desprovida de oxigênio. © Tim Bertelink, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
No entanto, a formidável maquinaria que transformará o mundo, trazendo este elemento essencial aos seres vivos de hoje, já está em andamento. Esses efeitos, no entanto, não serão imediatos.
Oxigénio: um desperdício mortal num mundo dominado pelo ferro!
Sabemos, graças aos registros fósseisque cianobactérias existia no oceanos primitivos. No entanto, estes microorganismos ainda presentes hoje são os primeiros a desenvolver o fotossínteseum processo biológico que produz oxigênio como “ desperdício “. É graças a essas bactérias que a atmosfera vai ficando gradativamente carregada de oxigênio (falamos de Grande Oxigenação). Mas o caminho será longo, muito longo, até que se obtenha a taxa atual de 21%. E por uma boa razão: os oceanos são então muito ricos em ferro dissolvido na forma deíon Fé2+. Contudo, todos sabem até que ponto a ferro Leste reagente com oxigênio!
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Os cientistas finalmente têm provas de que a fotossíntese já estava presente na Terra há 1,75 bilhão de anos
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As pequenas quantidades de oxigênio liberadas nos oceanos pela fotossíntese das cianobactérias irão, de fato, reagir imediatamente com os íons ferrosos. Esta reacção terá duas consequências: a primeira é absorver directamente o oxigénio produzido, evitando que este se acumule de forma livre nos oceanos e depois na atmosfera; a segunda é que criará compostos químicos altamente tóxicos para as bactérias, que chamamos radicais livres.
Os ferros bandados testemunham a oxidação progressiva dos oceanos iniciada há 2,5 mil milhões de anos devido à produção de oxigénio num ambiente rico em iões ferrosos. © James St. John, Wikimedia Commons, CC por 2.0
O problema dos radicais livres, veneno para bactérias fotossintéticas
O Ó2 de fato reage com Fe2+ para formar Fe3+ e superóxido O2–•. Este último é um radical livre que reagirá muito rapidamente com o Fe2+ e com 2H+ para dar Fe3+ e de peróxido de hidrogênio (H2Ó2). No entanto, oH2Ó2 é ele próprio reativo com o F2+ (reação de Fenton) para dar Fe3+de OH– e um novo radical livre, OH•. Este último, que chamamos radical hidroxila é extremamente reativo e conhecido por causar grandes danos aoADNoxidar o membranas celulares ou mesmo degradar o proteínas.
Ao produzirem oxigénio num ambiente tão rico em ferro, as cianobactérias assinaram assim a sua própria sentença de morte… em teoria! Porque é óbvio que as cianobactérias conseguiram prosperar e produzir cada vez mais oxigénio sem serem destruídas pelo número crescente de radicais livres no oceano. Um mistério que até agora era difícil de explicar.
Mas uma equipa de investigadores pode muito bem ter conseguido desmantelar este paradoxo. E se um elemento importante tivesse sido esquecido no equações ?
Sílica e alternâncias dia-noite, os elementos esquecidos que poderiam ter preservado as cianobactérias
Sabemos que além do ferro, os oceanos arqueanos também eram ricos em silicatos dissolvido. Os pesquisadores observaram então o crescimento de cianobactérias em laboratório, sob diferentes concentrações de ferro e sílica (Se). E os resultados são claros: na presença apenas de altas concentrações de ferro, o crescimento de bactérias é largamente inibido, mas quando são adicionadas quantidades realistas de sílica, a formação de radicais tóxicos diminui acentuadamente, permitindo a sobrevivência das cianobactérias, o seu crescimento e a produção de cada vez mais oxigénio.
Diferença após 31 dias de testes laboratoriais: os dois frascos contêm a mesma quantidade de ferro, mas o frasco da esquerda também contém sílica. Notamos que é verde por causa do crescimento de cianobactérias, enquanto à direita a cor laranja está ligada à precipitação de ferro (o crescimento de cianobactérias foi inibido). © Carolin Dreher
“ As altas concentrações de sílica aparentemente atuam como mecanismo de proteção química, reduzindo a formação de compostos nocivos de oxigênio. », explica Carolin Dreher, autora do estudo publicado na revista Comunicações da natureza. Mas isso não é tudo. Os pesquisadores também perceberam que a alternância dia-noite desempenhou um papel.
Sob iluminação contínua, o oxigênio se acumula sem “pausa”, o que promove a formação deespécies oxigênio reativo. Mas a alternância natural entre dia e noite introduz uma quebra nesta produção de oxigénio: as bactérias param de produzir à noite e o oxigénio produzido durante o dia tem tempo para se difundir para fora das células, dos tapetes microbianos ou da coluna de água antes de gerar demasiados radicais. A concentração de oxigênio livre em áreas onde os radicais se formam é, portanto, reduzida. Além disso, sem luzlá química mudanças nas águas superficiais: as reações fotoquímicas que podem transformar o oxigênio em radicais livres param.
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Respirar costumava matar: a verdadeira história do oxigênio na Terra
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“ Nossos resultados sugerem que as condições químicas nos oceanos ricos em ferro da Terra primitiva eram um obstáculo menor ao surgimento de cianobactérias do que se pensava anteriormente.explica Andreas Kappler, coautor do estudo. Isto poderia ter desempenhado um papel decisivo ao permitir que estes microrganismos produzissem oxigénio suficiente a longo prazo para causar uma mudança duradoura na composição da atmosfera terrestre. “.