A introdução de oxigénio na atmosfera da Terra marcou um momento decisivo na história da Terra, transformando o planeta num mundo capaz de suportar vida complexa. Esta grande transição, 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 centenas de milhões de anos antes deste evento. Apesar da capacidade inicial de produzir oxigênio, os níveis atmosféricos permaneceram baixos por um período considerável de tempo. Os cientistas debatem há muito tempo a causa deste atraso, considerando explicações como emissões vulcânicas, sumidouros químicos e interacções biológicas. No entanto, nenhum factor isolado pode explicar completamente porque é que o oxigénio no ar da Terra demorou tanto tempo a formar-se.
Para abordar esta questão persistente, os investigadores concentraram-se em elementos frequentemente negligenciados na geoquímica inicial: o papel de vestígios de compostos como o níquel e a ureia no crescimento de cianobactérias.
Dilan M. Ratnayake, do Instituto de Materiais Planetários da Universidade de Okayama, Japão (agora localizado no Departamento de Geologia da Universidade de Peradeniya, Sri Lanka), explicou: “Se colonizássemos outro planeta, a produção de oxigênio seria um enorme desafio. Portanto, procuramos entender como um pequeno microrganismo – as cianobactérias – pode mudar as condições na Terra para torná-las adequadas para a evolução da vida complexa, incluindo a nossa própria vida. Os insights obtidos com este estudo também fornecerão um novo estrutura para estratégias de análise de amostras para futuras missões de retorno de amostras a Marte.”
Os professores Ryoji Tanaka e Eizo Nakamura do mesmo instituto também colaboraram neste trabalho, que foi publicado na revista Comunicações Terra e Meio Ambiente.
Reconstruindo a Terra primitiva em laboratório
A equipe conduziu um estudo experimental em duas partes projetado para simular as condições da Terra Arqueana (aproximadamente 4 a 2,5 bilhões de anos atrás). No primeiro experimento, uma mistura de compostos de amônio, cianeto e ferro foi exposta à luz ultravioleta (UV)-C, replicando a intensa radiação que teria atingido a superfície da Terra antes da formação da camada de ozônio. Os testes exploraram se a ureia, um composto de azoto vital para a vida, poderia formar-se naturalmente sob tais condições.
Na segunda fase, culturas de cianobactérias (Synechococcus PCC 7002) foram cultivadas sob ciclos alternados de claro e escuro, alterando os níveis de níquel e uréia no ambiente. Os pesquisadores monitoraram o crescimento por meio da densidade óptica e dos níveis de clorofila-a para medir como esses fatores químicos afetam a produtividade das cianobactérias.
Com base nestes resultados, a equipa propôs um novo modelo para explicar como o oxigénio se acumula gradualmente na atmosfera. No início do Éon Arqueano, a abundância de níquel e ureia pode ter limitado o crescimento de cianobactérias e impedido a liberação contínua de oxigênio. Como aponta o Dr. Ratnayake, “o níquel tem uma relação complexa e fascinante com a formação de uréia e o consumo biológico, e concentrações mais baixas de níquel podem levar à proliferação de cianobactérias”. Quando esses níveis eventualmente caem, as cianobactérias são capazes de se reproduzir de forma mais persistente, aumentando o oxigênio e, em última análise, levando ao GOE.
Lições para a Terra e além
As implicações destas descobertas vão muito além da compreensão da história antiga. Dr. Ratnayake disse: “Se pudermos compreender claramente o mecanismo do aumento dos níveis de oxigênio na atmosfera, isso fornecerá pistas para a detecção de bioassinaturas em outros planetas”. Ele continuou: “As descobertas mostram que as interações entre compostos inorgânicos e orgânicos desempenham um papel crucial nas mudanças no ambiente da Terra, aprofundando a nossa compreensão da evolução do oxigénio da Terra e, portanto, da vida na Terra”.
Estas informações também poderão informar a futura exploração planetária, uma vez que elementos como o níquel e a ureia podem influenciar o desenvolvimento do oxigénio e da vida noutros mundos.
Ao mostrar como a ureia se formou naturalmente sob condições arqueanas e mostrando que agia tanto como nutriente quanto como inibidor, os pesquisadores revelam como delicados equilíbrios químicos moldaram a biosfera primitiva da Terra. Seus resultados mostraram que, à medida que os níveis de níquel caíam e a ureia se estabilizava, as cianobactérias floresciam, liberando grandes quantidades de oxigênio. Esta transformação gradual acabou por transformar a Terra de um planeta sem vida num planeta capaz de sustentar ecossistemas complexos – um passo profundo na longa jornada da Terra em direcção à habitabilidade.
