As primeiras formas de vida da Terra respiraram arsênico, não oxigênio

Afinal, os micróbios que eventualmente produziram o oxigênio do planeta tiveram que respirar alguma coisa.

Estromatólitos

Estromatólitos, Austrália Ocidental



Crédito: BRONWYN GUDGEON / Shutterstock
  • Devemos o oxigênio da Terra a micróbios antigos que o fotossintetizaram e o liberaram nos oceanos do mundo.
  • Uma questão de longa data tem sido: antes do oxigênio, o que eles respiravam?
  • A descoberta de micróbios vivendo em um ambiente hostil semelhante ao da Terra primitiva pode fornecer a resposta.

Uma das organizações naturais mais interessantes estudadas pelos cientistas são as esteiras microbianas, comunidades de cianobactérias (também conhecidas como 'algas verdes azuis'). Estes fascinantes ecossistemas autocontidos são visíveis a olho nu e podem ser encontrados em todo o lugar: em lagos e riachos, no solo e até mesmo em ambientes artificiais, como calhas e bebedouros. Com tempo suficiente - digamos de dois a três mil anos - tapetes microbianos fossilizam camada por camada em carbonizados estromatólitos , nossos fósseis mais antigos. Eles têm feito isso por cerca de 3,7 bilhões de anos.



Os cientistas acreditam que esses antigos fotossintetizadores microbianos são responsáveis ​​pelo oxigênio que respiramos. Antes de sua chegada, a atmosfera do planeta era apenas cerca de 1 por cento de oxigênio . O que eles poderiam ter respirado durante os primeiros 1,5 bilhão de anos, e como eles executaram a fotossíntese sem oxigênio?

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Em um novo estudo publicado em Comunicações Terra e Meio Ambiente , pesquisadores liderados por Pieter T. Visscher, da Universidade de Connecticut, apresentam uma resposta convincente ao quebra-cabeça: os primeiros micróbios produtores de oxigênio da Terra respiravam e fotossintetizavam arsênico, por mais venenoso que possa ser para nós agora.



Tapetes microbianos despretensiosos, mas notáveis

A fotossíntese requer principalmente luz solar, água e COdois. O COdoisé decomposto em carbono e oxigênio - a planta usa parte desse oxigênio e libera o resto. Porém, sem as moléculas de oxigênio, como isso funcionou?

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Existem hoje tapetes microbianos conhecidos que vivem em ambientes livres de oxigênio, mas não se acredita que sejam suficientemente semelhantes aos seus ancestrais para explicar a fotossíntese antiga em um ambiente livre de oxigênio.

Alguns substitutos do oxigênio foram propostos. A fotossíntese pode funcionar com moléculas de ferro, mas as evidências de registros fósseis não apóiam essa ideia. Hidrogênio e enxofre também foram propostos, embora faltem evidências para eles.



Os holofotes começaram a mudar para o arsênico na primeira década do milênio, quando esteiras microbianas que respiram arsênico foram descobertas em dois lagos hipersalinos da Califórnia, Searles Lake e Mono Lake . Em 2014, Visscher e colegas indicações descobertas de fotossíntese baseada em arsênio, ou 'arsenotróficas,' esteiras microbianas profundas no registro fóssil da Formação Tumbiana da Austrália Ocidental.

Ainda assim, dada a geologia em constante mudança dos planetas, o registro fóssil antigo fraturado torna difícil o estudo definitivo da fotossíntese arsenotrófica antiga. O registro fóssil não consegue identificar o papel do arsênico que revela: ele estava envolvido na fotossíntese ou apenas um produto químico tóxico que por acaso estava lá?

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Então, no ano passado, microorganismos que respiram arsênico foram descobertos no Oceano Pacífico. Uma bactéria de enxofre, Ectothiorhodospira sp. também foi descoberto recentemente que metaboliza arsênio em arsenito dentro Big Soda Lake em Nevada.

Um antigo ambiente terrestre, hoje

para Mapa do norte do Chile; b Detalhe da moldura que mostra a Laguna La Brava no sul do Atacama; c O canal mostrando as esteiras em roxo; d Amostra de mão, seção transversal; é Imagem microscópica de bactérias.

Crédito: Visscher, et al./ Comunicações Terra e Meio Ambiente

O estudo relata a descoberta de Visscher de uma esteira microbiana viva prosperando em um ambiente de arsênico em Laguna La Brava, no Deserto de Atacama, no Chile. 'Começamos a trabalhar no Chile', conta Visscher UConn hoje , 'onde encontrei um rio vermelho-sangue. Os sedimentos vermelhos são compostos por anoxogênico bactérias fotossintéticas. A água também é muito rica em arsênio. A água que flui sobre as esteiras contém sulfeto de hidrogênio de origem vulcânica e flui muito rapidamente sobre essas esteiras. Não há absolutamente nenhum oxigênio. '

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As esteiras não haviam sido estudadas anteriormente e as condições em que vivem são tentadoramente semelhantes às da Terra primitiva. É um estado de alta altitude, permanentemente livre de oxigênio, com variações extremas de temperatura e muita exposição aos raios ultravioleta.

Os tapetes que lembram um pouco o roxo de Nevada Ectothiorhodospira sp. estão fazendo seu trabalho de fazer depósitos de carbonato, formando novos estromatólitos. O mais emocionante é que esses depósitos contêm evidências de que as esteiras estão metabolizando arsênico. As águas turbulentas que cercam as esteiras também são ricas em sulfeto de hidrogênio e arsênico.

Diz Visscher: 'Trabalho com tapetes microbianos há cerca de 35 anos. Este é o único sistema na Terra onde pude encontrar uma esteira microbiana que funcionou absolutamente na ausência de oxigênio. '

Não que a Terra seja o único lugar onde isso poderia acontecer. Visscher observa que o equipamento que eles usaram para estudar os tapetes da Laguna La Brava não é diferente do sistema a bordo do Mars Perseverance Rover. 'Ao procurar evidências de vida em Marte, eles estarão olhando para o ferro e provavelmente também deveriam estar olhando para o arsênico.

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