Os micróbios poderiam ter realizado a fotossíntese produtora de oxigênio pelo menos um bilhão de anos antes na história da Terra do que se pensava anteriormente.

A descoberta pode mudar as idéias de como e quando a vida complexa evoluiu na Terra, e quão provável é que possa evoluir em outros planetas.

O oxigênio na atmosfera da Terra é necessário para formas complexas de vida, que o usam durante a respiração aeróbica para produzir energia.

Os níveis de oxigênio aumentaram dramaticamente na atmosfera há cerca de 2,4 bilhões de anos, mas por que isso aconteceu então foi debatido. Alguns cientistas pensam que há 2,4 bilhões de anos foi quando os organismos chamados cianobactérias evoluíram pela primeira vez, que pode realizar a fotossíntese produtora de oxigênio (oxigenada).

Outro cientista acha que as cianobactérias evoluíram muito antes de 2,4 bilhões de anos atrás, mas algo impediu que o oxigênio se acumulasse no ar.

As cianobactérias realizam uma forma relativamente sofisticada de fotossíntese oxigenada - o mesmo tipo de fotossíntese que todas as plantas fazem hoje. Portanto, foi sugerido que formas mais simples de fotossíntese oxigenada poderiam ter existido antes, antes das cianobactérias, levando a baixos níveis de oxigênio disponíveis para a vida.

Agora, uma equipe de pesquisa liderada pelo Imperial College London descobriu que a fotossíntese oxigenada surgiu pelo menos um bilhão de anos antes da evolução das cianobactérias. Seus resultados, publicado no jornal Geobiologia , mostram que a fotossíntese oxigenada poderia ter evoluído muito cedo na história de 4,5 bilhões de anos da Terra.

Autor principal, Dr. Tanai Cardona, do Departamento de Ciências da Vida da Imperial, disse:"Sabemos que as cianobactérias são muito antigas, mas não sabemos exatamente quão antigo. Se as cianobactérias forem, por exemplo, 2,5 bilhões de anos, isso significaria que a fotossíntese oxigenada poderia ter começado há 3,5 bilhões de anos. Isso sugere que pode não levar bilhões de anos para um processo como a fotossíntese oxigenada começar após a origem da vida. "

Se a fotossíntese oxigenada evoluiu cedo, isso pode significar que é um processo relativamente simples de evoluir. A probabilidade de vida complexa emergir em um exoplaneta distante pode ser bastante alta.

É difícil para os cientistas descobrir quando os primeiros produtores de oxigênio evoluíram usando o registro de rochas na Terra. Quanto mais velhas as rochas, quanto mais raros eles são, e o mais difícil é provar conclusivamente que quaisquer micróbios fósseis encontrados nessas rochas antigas usaram ou produziram qualquer quantidade de oxigênio.

Em vez de, a equipe investigou a evolução de duas das principais proteínas envolvidas na fotossíntese oxigenada.

Na primeira fase da fotossíntese, as cianobactérias usam energia da luz para dividir a água em prótons, elétrons e oxigênio com a ajuda de um complexo de proteínas chamado Fotossistema II.

O fotossistema II é composto por duas proteínas chamadas D1 e D2. Originalmente, as duas proteínas eram iguais, mas embora tenham estruturas muito semelhantes, suas sequências genéticas subjacentes agora são diferentes.

Isso mostra que D1 e D2 têm evoluído separadamente - em cianobactérias e plantas, eles compartilham apenas 30 por cento de sua sequência genética. Mesmo em sua forma original, D1 e D2 teriam sido capazes de realizar a fotossíntese oxigenada, portanto, saber há quanto tempo eles eram idênticos pode revelar quando essa habilidade evoluiu pela primeira vez.

Para descobrir que a diferença de tempo entre D1 e D2 sendo 100 por cento idêntica, e sendo apenas 30 por cento iguais em cianobactérias e plantas, a equipe determinou a rapidez com que as proteínas estavam mudando - sua taxa de evolução.

Usando métodos estatísticos poderosos e eventos conhecidos na evolução da fotossíntese, eles determinaram que as proteínas D1 e D2 no fotossistema II evoluíram extremamente lentamente - ainda mais lentamente do que algumas das proteínas mais antigas da biologia que se acredita serem encontradas nas primeiras formas de vida.

A partir disso, eles calcularam que o tempo entre as proteínas D1 e D2 idênticas e as versões 30 por cento semelhantes em cianobactérias e plantas é de pelo menos um bilhão de anos, e pode ser mais do que isso.

Dr. Cardona disse:"Normalmente, o aparecimento de fotossíntese oxigenada e cianobactérias são considerados a mesma coisa. Então, para descobrir quando o oxigênio estava sendo produzido pela primeira vez, os pesquisadores tentaram descobrir quando as cianobactérias evoluíram pela primeira vez.

"Nosso estudo mostra que a fotossíntese oxigenada provavelmente começou muito antes do surgimento do ancestral mais recente das cianobactérias. Isso está de acordo com os dados geológicos atuais que sugerem que sopros de oxigênio ou acúmulos localizados de oxigênio eram possíveis antes de três bilhões de anos atrás.

"Portanto, a origem da fotossíntese oxigenada e o ancestral das cianobactérias não representam a mesma coisa. Pode haver um grande intervalo de tempo entre um e outro. É uma grande mudança de perspectiva. "

Agora, a equipe está tentando recriar a aparência do fotossistema antes de D1 e D2 evoluírem. Usando a variação conhecida nos códigos genéticos do fotossistema em todas as espécies vivas hoje, eles estão tentando reunir o código genético do fotossistema ancestral.