O oxigênio compõe 21% da atmosfera da Terra e precisamos respirar. As bactérias antigas desenvolveram enzimas protetoras que impediam o oxigênio de danificar seu DNA, mas que incentivo evolutivo eles tinham para fazer isso? Pesquisadores descobriram que a luz ultravioleta que atinge a superfície do gelo glacial pode liberar oxigênio molecular. As colônias de bactérias que vivem perto desse gelo precisariam desenvolver essa defesa protetora. Eles estavam bem equipados para lidar com o crescimento do oxigênio atmosférico produzido por outras bactérias que normalmente seriam tóxicas.
Dois bilhões e meio de anos atrás, quando nossos ancestrais evolutivos eram pouco mais que um brilho na membrana plasmática de uma bactéria, o processo conhecido como fotossíntese subitamente ganhou a capacidade de liberar oxigênio molecular na atmosfera da Terra, causando uma das maiores mudanças ambientais na Terra. história do nosso planeta. Os organismos assumidos responsáveis foram as cianobactérias, conhecidas por terem desenvolvido a capacidade de transformar água, dióxido de carbono e luz solar em oxigênio e açúcar, e ainda hoje existem como as algas verde-azuladas e os cloroplastos em todas as plantas verdes.
Mas os pesquisadores há muito ficam intrigados sobre como as cianobactérias poderiam produzir todo esse oxigênio sem se envenenar. Para evitar que seu DNA fosse destruído por um radical hidroxila que ocorre naturalmente na produção de oxigênio, as cianobactérias teriam que desenvolver enzimas protetoras. Mas como a seleção natural poderia levar as cianobactérias a desenvolver essas enzimas se a necessidade delas ainda nem existia?
Agora, dois grupos de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia oferecem uma explicação de como as cianobactérias poderiam ter evitado essa contradição aparentemente sem esperança. Relatando os procedimentos de 12 de dezembro da Academia Nacional de Ciências (PNAS) e disponíveis on-line esta semana, os grupos demonstram que a luz ultravioleta que atinge a superfície do gelo glacial pode levar ao acúmulo de oxidantes congelados e à eventual liberação de oxigênio molecular na atmosfera. oceanos e atmosfera. Esse filete de veneno poderia então impulsionar a evolução de enzimas protetoras de oxigênio em uma variedade de micróbios, incluindo as cianobactérias. De acordo com Yuk Yung, professor de ciência planetária, e Joe Kirschvink, professor de geobiologia Van Wingen, a solução de peróxido de UV é "bastante simples e elegante".
“Antes que o oxigênio aparecesse na atmosfera, não havia tela de ozônio para impedir que a luz ultravioleta chegasse à superfície”, explica Kirschvink. “Quando a luz UV atinge o vapor de água, ela converte parte disso em peróxido de hidrogênio, como as coisas que você compra no supermercado para descolorir os cabelos, além de um pouco de gás hidrogênio.
“Normalmente, esse peróxido não duraria muito devido a reações reversas, mas durante uma glaciação, o peróxido de hidrogênio congela em um grau abaixo do ponto de congelamento da água. Se a luz UV penetrasse na superfície de uma geleira, pequenas quantidades de peróxido teriam ficado presas no gelo glacial. ” Na verdade, esse processo acontece hoje na Antártica quando o buraco no ozônio se forma, permitindo que a luz UV forte atinja o gelo.
Antes que houvesse oxigênio na atmosfera da Terra ou em qualquer tela UV, o gelo glacial teria fluído ladeira abaixo para o oceano, derretido e liberado vestígios de peróxido diretamente na água do mar, onde outro tipo de reação química convertia o peróxido novamente em água e oxigênio. Isso aconteceu longe da luz UV que mataria organismos, mas o oxigênio estava em níveis tão baixos que as cianobactérias teriam evitado o envenenamento por oxigênio.
"O oceano era um lugar bonito para as enzimas protetoras de oxigênio evoluírem", diz Kirschvink. "E uma vez que essas enzimas protetoras estavam no lugar, abriu o caminho para a fotossíntese oxigênio evoluir e para a respiração aeróbica, de modo que as células pudessem realmente respirar oxigênio como nós."
A evidência para a teoria vem dos cálculos da autora principal Danie Liang, recém-formada em ciências planetárias na Caltech e atualmente no Centro de Pesquisa para Mudanças Ambientais da Academia Sinica em Taipei, Taiwan.
De acordo com Liang, um grave congelamento conhecido como Terra da Bola de Neve de Makganyene ocorreu há 2,3 bilhões de anos, aproximadamente na época em que as cianobactérias desenvolveram suas capacidades de produção de oxigênio. Durante o episódio da Terra das Bolas de Neve, poderia ser armazenado peróxido suficiente para produzir quase tanto oxigênio quanto a atmosfera atual.
Como evidência adicional, esse nível estimado de oxigênio também é suficiente para explicar a deposição do campo de manganês de Kalahari na África do Sul, que possui 80% das reservas econômicas de manganês em todo o mundo. Este depósito está imediatamente no topo do último traço geológico da Bola de Neve Makganyene.
"Costumávamos pensar que era uma florada de cianobactérias após essa glaciação que despejava o manganês da água do mar", diz Liang. "Mas pode ter sido simplesmente o oxigênio da decomposição do peróxido após a bola de neve que o fez".
Além de Kirschvink, Yung e Liang, os outros autores são Hyman Hartman, do Centro de Engenharia Biomédica do MIT, e Robert Kopp, estudante de geobiologia da Caltech. Hartman, juntamente com Chris McKay, do Centro de Pesquisa Ames da NASA, foram os primeiros defensores do papel do peróxido de hidrogênio na origem e evolução da fotossíntese oxigênio, mas não conseguiram identificar uma boa fonte inorgânica para ela no ambiente pré-cambriano da Terra.
Fonte original: Caltech News Release
