Um modelo que simula como as cianobactérias produtoras de oxigénio da Terra evoluíram ao longo do tempo identificou o ponto de viragem em que grandes quantidades do gás vital começaram a preencher a atmosfera do nosso planeta, permitindo a diversificação e proliferação de formas de vida complexas.

Os cientistas propuseram várias explicações para o que é conhecido como Grande Evento de Oxidação (GOE) – o aumento repentino nos níveis de oxigénio que começou há cerca de 2,3 mil milhões de anos e esteve provavelmente ligado ao surgimento e propagação de cianobactérias. Mas a forma precisa como o oxigénio subiu de níveis baixos para dominar a atmosfera da Terra não é clara.

“Estudos anteriores sugeriram ideias diferentes sobre como isto aconteceu, mas geralmente não tiveram a capacidade de examinar como o ecossistema em evolução poderia retroalimentar o ambiente e influenciar a dinâmica”, diz Jacky Austermann, astrobiólogo da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Anjos. "Aqui mostramos que, uma vez que as cianobactérias produtoras de oxigénio atingem uma certa concentração, são realmente capazes de levar o planeta a um estado dominado pelo oxigénio."

Um dos primeiros microrganismos, as cianobactérias são encontradas em quase todos os ecossistemas da Terra e são conhecidas como “algas verde-azuladas” devido à sua cor de pigmento e capacidade de realizar fotossíntese – um processo que utiliza a energia do sol para converter dióxido de carbono e água. em açúcares.

Um subproduto da fotossíntese é o oxigênio. A atmosfera atual é composta por 21% de oxigênio, acredita-se que a maior parte tenha sido gerada ao longo de milhões de anos por antigos fotossintetizadores.

O que não se sabe é por que a atmosfera era tão pobre em oxigênio antes do aparecimento das cianobactérias – estima-se que fosse menos de 0,1% do seu nível atual, embora mesmo isso seja suficiente para sustentar formas simples de vida.

Para responder a esta questão, Austermann e colegas desenvolveram um modelo para investigar a ascensão e propagação de cianobactérias nos oceanos e simularam as condições em que os oceanos passariam a ser dominados pelo oxigénio.

A equipe começou desenvolvendo um modelo de oceano contendo as formas de vida mais simples, que não produziam oxigênio. Introduziram então um número limitado de cianobactérias, cujas populações começaram a crescer à medida que a fotossíntese os levava a explorar os recursos disponíveis.

Os pesquisadores executaram seu modelo várias vezes, variando o número de cianobactérias iniciais e as taxas de diferentes processos bioquímicos, como fotossíntese, intemperismo e consumo de oxigênio de outros micróbios.

Eles descobriram que existe um limiar crítico de concentração de cianobactérias, além do qual os oceanos passam por uma transição rápida e irreversível, de serem dominados por organismos não produtores de oxigênio para serem dominados por cianobactérias.

Embora a densidade populacional exacta neste limiar possa variar em diferentes circunstâncias, a equipa calcula que seria necessário que a biomassa total das cianobactérias atingisse aproximadamente um décimo milésimo do carbono orgânico total – os blocos de construção de todos os organismos vivos – contido no ecossistema.

“Se apenas uma pequena quantidade de cianobactérias pudesse gerar um aumento descontrolado de oxigénio, isso poderia explicar a natureza relativamente abrupta do GOE no registo geológico”, diz Benjamin Johnson, paleobiólogo também da UCLA.

O modelo deles também identificou os fatores mais responsáveis ​​pelo Grande Evento de Oxidação:era mais sensível à força do intemperismo químico e à concentração de certos tipos de bactérias oxidantes de ferro.

Os investigadores dizem que o próximo passo é examinar outros cenários além da simples taxa de crescimento exponencial das populações de cianobactérias que usaram aqui, e explorar os efeitos de feedback de outros componentes do ciclo do carbono.