Quando a névoa se formou na atmosfera da Terra Arqueana, o jovem planeta pode ter se parecido com a interpretação deste artista - um ponto laranja claro. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA / Francis Reddy
Sabemos pouco sobre as temperaturas da superfície da Terra durante os primeiros 4 bilhões de anos ou mais de sua história. Isso apresenta uma limitação na pesquisa das origens da vida na Terra e também como ela pode surgir em mundos distantes.
Agora, os pesquisadores sugerem que, ao ressuscitar enzimas antigas, eles poderiam estimar as temperaturas nas quais esses organismos provavelmente evoluíram bilhões de anos atrás. Os cientistas publicaram recentemente suas descobertas no jornal, Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Precisamos de uma melhor compreensão não apenas de como a vida evoluiu pela primeira vez na Terra, mas como a vida e o ambiente da Terra co-evoluíram ao longo de bilhões de anos de história geológica, "disse a autora principal Amanda Garcia, um paleogeobiólogo da Universidade da Califórnia, Los Angeles. "Uma coevolução semelhante parece certa para qualquer vida em qualquer parte do Universo."
Garcia e seus colegas se concentraram na história das temperaturas da superfície da Terra. As rochas oferecem muitas pistas para deduzir as temperaturas nos últimos 550 milhões de anos na Era Fanerozóica, quando complexo, vida multicelular decolou, incluindo o de humanos. Contudo, poucos desses "paleotermômetros" existem para a era pré-cambriana anterior, abrangendo a formação da Terra 4,6 bilhões de anos atrás e o surgimento da vida.
Evidências geológicas anteriores sugeriam que 3,5 bilhões de anos atrás, durante o Éon Arqueano, os oceanos estavam entre 131º a 185º F (55º a 85º C). Eles esfriaram dramaticamente até as temperaturas médias atuais de 59º F (15º C). Os cientistas fizeram essas estimativas examinando isótopos de oxigênio e silício em rochas marinhas. Rochas ricas em quartzo no fundo do mar, conhecidos como cherts, têm níveis mais altos dos isótopos mais pesados do oxigênio-18 e do silício-30 à medida que a água do mar esfria. Em princípio, a proporção de isótopos de oxigênio e silício mais pesados e mais leves pode lançar luz sobre temperaturas antigas.
A imagem à esquerda mostra a aparência da Terra há mais de 3 bilhões de anos no início do Arqueano. As formas laranja representam os proto-continentes ricos em magnésio antes do início das placas tectônicas, embora seja impossível determinar suas formas e localizações precisas. O oceano parece verde devido a uma grande quantidade de íons de ferro na água naquele momento. A linha do tempo traça a transição de uma crosta continental superior rica em magnésio para uma crosta continental superior pobre em magnésio. Crédito:Ming Tang / Universidade de Maryland
Mas esses paleo-termômetros não levam em conta adequadamente como essas rochas ou o oceano podem ter mudado ao longo de bilhões de anos. Talvez as razões isotópicas na água do mar variem ao longo do tempo em resposta a alterações físicas ou químicas, como a água que flui da terra ou de fontes hidrotermais.
Dadas as incertezas, Garcia e seus colegas buscaram uma medição independente da temperatura da água do mar no Pré-cambriano que se centra no comportamento das moléculas biológicas. Os cientistas examinaram uma enzima conhecida como nucleosídeo difosfato quinase (NDK), que ajuda a manipular os blocos de construção de DNA e RNA, bem como muitas outras funções. Versões desta proteína são encontradas em praticamente todos os organismos vivos, e provavelmente também foram vitais para muitos organismos extintos. Pesquisas anteriores encontraram uma correlação entre as temperaturas ideais de estabilidade da proteína e o crescimento de um organismo.
Ao comparar as sequências moleculares de versões de NDK em uma variedade de espécies contemporâneas, os pesquisadores podem reconstruir as versões do NDK que podem estar presentes em seus ancestrais comuns. Ao sintetizar essas reconstruções, os cientistas podem testar experimentalmente essas proteínas antigas "ressuscitadas" para encontrar a temperatura que estabiliza a proteína e deduzir a partir disso a temperatura provável que sustentava o organismo antigo.
Os cientistas estimam quando podem ter existido enzimas antigas observando seus parentes vivos mais próximos de seu organismo hospedeiro. Quanto maior o número de diferenças nas sequências genéticas desses parentes, quanto mais tempo atrás, seu último parente em comum provavelmente viveu. Os cientistas usam essas diferenças para avaliar a idade das biomoléculas, como as reconstruções de NDK.
Pesquisas anteriores haviam reconstruído enzimas antigas para deduzir as temperaturas anteriores, mas algumas dessas enzimas podem ter vindo de organismos que viviam em ambientes excepcionalmente quentes, como fontes hidrotermais de alto mar, que não seria representativo do oceano mais amplo. Em vez de, Garcia e seus colegas procuraram reconstruir o NDK a partir de plantas terrestres e bactérias fotossintéticas que vivem nas profundezas dos oceanos iluminadas pelo sol, presumivelmente longe de fontes termais ferventes.
Recifes microbianos chamados estromatólitos são exemplos de estruturas biológicas encontradas já em 3,7 bilhões de anos atrás. Crédito:Pamela Reid, Ph.D., Escola de Ciências Marinhas e Atmosféricas da Universidade de Miami Rosenstiel
Sua pesquisa sugere que a superfície da Terra resfriou de aproximadamente 167º F (75º C) cerca de 3 bilhões de anos atrás para aproximadamente 95º (35º F) cerca de 420 milhões de anos atrás. Essas descobertas são consistentes com resultados geológicos anteriores e baseados em enzimas.
Garcia disse que um resfriamento tão dramático é difícil de entender, enfatizando como os cientistas precisam se lembrar de como as condições eram diferentes no passado, ao descobrir como a vida evoluiu ao longo do tempo.
"É preciso muito esforço para imaginar um mundo que não parece se encaixar no senso comum das condições atuais da Terra."
Pesquisas futuras podem reconstruir versões do NDK de mais organismos, bem como outras enzimas, dando mais evidências para apoiar o método. Essa pesquisa pode ajudar "a resolver grandes questões sobre a evolução inicial da vida e do meio ambiente da Terra, " ela disse.
Esta história foi republicada como cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.
