Quando se trata de causar uma impressão duradoura na história geológica, o meio faz toda a diferença, especialmente nos paleo-oceanos da Terra. Aqui, durante o Éon Arqueano (4, 000-2, 500 milhões de anos atrás) e às vezes durante o Proterozóico (2, 500-541 milhões de anos atrás), quando o oxigênio na atmosfera e nos oceanos era muito mais baixo do que hoje, minerais sedimentares preservaram assinaturas de atividade biológica na forma de texturas finas criadas por comunidades microbianas. As condições ambientais sob as quais rochas como essas se formam ditam como a estrutura do cristal se desenvolve - quanto mais ordenada e de granulação fina, melhor será a preservação.

Entendimento, e melhor ainda, replicar como esses minerais antigos cresceram fornece informações sobre os ambientes anteriores da Terra, e como os organismos se desenvolveram e se comportaram. Uma dessas rochas contendo fósseis provou ser difícil de copiar em laboratório - até agora.

Pesquisadores do MIT e da Universidade de Princeton descobriram uma maneira de emular uma parte da Terra antiga no laboratório, reproduzindo um destes resistentes ao clima, minerais que transportam informações, dolomite, cuja formação há muito deixa os cientistas perplexos. Um parente próximo a, e que pode ser criado a partir de, minerais que fazem calcário, a dolomita foi generalizada no passado; Contudo, pesquisadores raramente o encontram em ambientes modernos. Embora seja criado a partir de componentes comumente encontrados na água do mar, existem barreiras físicas e cinéticas que impedem a formação de dolomita - camadas de íons carbonato (CO3-2) com átomos centrais alternados de cálcio e magnésio. Alternativamente, estudos relataram protodolomito - uma rocha com uma estrutura cristalina desordenada, ocorrendo apenas em ambientes modernos muito salgados - mas esse mineral não preserva as mesmas texturas microbianas finas de seu irmão mais organizado.

"Para procurar evidências de vida e processos antigos, você tem que olhar para as estruturas microbianas. É onde estão as informações. Algumas dessas informações são preservadas na forma de dolomita de granulação muito fina, que precipita quase à medida que os micróbios crescem. Preserva a lâmina dessas esteiras microbianas, "diz Tanja Bosak, professor associado do Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias (EAPS), cujo laboratório conduziu a pesquisa. Seu grupo usa geobiologia experimental para explorar processos biogeoquímicos e sedimentológicos modernos em sistemas microbianos e interpretar o registro da vida na Terra primitiva. Contudo, "há um grande problema sobre a origem da dolomita de granulação fina em muitas estruturas microbianas ao longo do tempo:não havia uma maneira clara de fazer dolomita nas condições da superfície da Terra."

Seus resultados publicados na revista Geologia relatar a primeira criação de dolomita ordenada e descobrir que o truque para capturar essas texturas pode ser uma pasta de íons de manganês, água do mar, luz, e um biofilme de anaeróbio, metabolizando enxofre, micróbios fotossintéticos em um ambiente livre de oxigênio.

Os co-autores do estudo são a ex-pós-doutoranda da EAPS Mirna Daye e o professor associado John Higgins da Universidade de Princeton.

Problema Dolomita e a importância da ordem

Desde a primeira identificação de dolomita no século 18 no que hoje é conhecido como Montanhas Dolomitas do norte da Itália, os cientistas ficaram perplexos com a forma como a dolomita se forma, e por que há tanta dolomita antiga e tão pouco do mineral nos tempos modernos. Este problema foi apelidado de "o problema da dolomita".

Os cientistas descobriram que a dolomita moderna pode se formar de duas maneiras principais. Ele precipita quando raso, a água do mar hipersalina é aquecida, e quando o calcário encontra água rica em magnésio, como um recife profundo que é invadido por soluções de água do mar. Contudo, ambos os métodos produzem grandes cristais que obscurecem muitas das informações biológicas. Na moderna água do mar, Contudo, aragonita e calcita (diferentes estruturas cristalinas de carbonato de cálcio) têm maior probabilidade de precipitar do que dolomita. "Não é difícil fazer dolomita se você aquecer um copo de água do mar a temperaturas muito altas, mas você nunca vai obtê-lo na temperatura e pressão da superfície da Terra apenas por conta própria, "diz Bosak." É realmente difícil colocar magnésio nos minerais; ele realmente não quer ir para a rede de cristal. "Essa é uma parte do quadro maior. Além disso, esses mecanismos não levam em consideração as variações minerais (dolomita rica em manganês ou ferro) vistas durante os períodos arqueano e proterozóico que preservaram essas texturas. "Você vê que a água do mar está saturada em relação à dolomita, [mas] simplesmente não se forma, então há alguma barreira cinética para isso. "

Não foi até a virada do século 20 que um microbiologista russo demonstrou o potencial das bactérias anaeróbias para causar a formação de dolomita a partir de minerais na água do oceano, um processo denominado biomineralização. Desde então, pesquisadores descobriram que, em ambientes modernos, biofilmes - contendo micróbios fotossintéticos e a matriz orgânica viscosa que eles excretam para sua casa (substâncias exopoliméricas) - em piscinas altamente evaporativas de água salgada podem fornecer uma superfície na qual a dolomita pode nuclear e crescer. Contudo, esses biofilmes não são fotossintéticos. Em contraste, muitas estruturas microbianas que foram preservadas antes do aumento do oxigênio cresceram em ambientes marinhos menos salgados e acredita-se que tenham sido produzidas por comunidades microbianas fotossintéticas. Adicionalmente, a localização de íons e micróbios que se pensava estarem envolvidos neste processo provavelmente diferia no passado. Os micróbios do passado dependiam do sulfeto, hidrogênio, ou íons de ferro para fotossíntese. Os pesquisadores suspeitam que há mais de 2 bilhões de anos, Os íons manganês e ferro estiveram presentes mais fortemente nos sedimentos oceânicos ou mesmo na coluna de água. Hoje, por causa da atmosfera oxigenada, eles estão enterrados mais profundamente em sedimentos onde podem ocorrer condições anaeróbicas. Contudo, a falta de luz solar significa que esteiras microbianas não crescem aqui, o mesmo ocorre com a dolomita.

Embora a sugestão de envolvimento microbiano tenha sido um passo importante para resolver o problema da dolomita, as questões de ordenamento e formação de cristais na zona marinha iluminada pelo sol, onde micróbios colonizam sedimentos, ainda não estavam resolvidos.

Reproduzindo o passado

Ao investigar a preservação sedimentológica inicial, o grupo realizou uma série de experimentos reproduzindo as condições desses antigos oceanos com atmosfera anaeróbia. Eles usaram uma combinação de biofilmes modernos, ambientes claros / escuros, e água do mar modificada para imitar as condições da Terra primitiva com e sem manganês, um dos metais freqüentemente encontrados no mineral e pensado para facilitar o crescimento bacteriano. Os pesquisadores usaram micróbios de um lago no interior do estado de Nova York, de profundidades que carecem de oxigênio.

Em seus experimentos, os pesquisadores notaram algo inesperado - que o mineral mais abundante nos biofilmes era dolomita altamente ordenada, e os frascos que mais produziram continham micróbios fotossintetizantes e manganês - um resultado consistente com relatórios de campo. À medida que as esteiras cresciam em direção à luz, cristais acumulados neles, com o mais antigo na parte inferior capturando minúsculos meneios onde antes estavam as esteiras microbianas degradadas. Quanto mais extensa for a cobertura, quanto menor a porosidade, que reduziu as chances de fluidos se infiltrarem neles, interagindo e dissolvendo os minerais, e essencialmente apagando dados. Os experimentos sem manganês ou realizados no escuro (não fotossintetizantes) desenvolveram dolomita desordenada. "Não entendemos exatamente por que o manganês e os micróbios têm esse efeito, mas parece que sim. É quase uma consequência natural desses tipos de condições, "diz Bosak. No entanto, "Foi muito importante mostrar que isso pode realmente acontecer."

Agora que a equipe encontrou uma maneira de fazer dolomita ordenada, eles planejam investigar por que ele se forma, variações, e como a rocha registra as condições ambientais em que se forma. Depois de ver o efeito que o manganês teve na dolomita, os pesquisadores vão olhar para os íons de ferro, que se integrou a essas rochas antigas. “O ferro também parece estimular a formação de incorporação do magnésio neste mineral, Por qualquer motivo, "diz Bosak.

Eles também investigarão as interações microbianas exclusivas e as propriedades físicas presentes para ver quais componentes são essenciais para a precipitação da dolomita. Os nichos individuais que cada organismo anaeróbio ocupa parecem ajudar a comunidade a crescer, elementos do ciclo, degradar substâncias, e fornecer uma superfície para os cristais. O grupo Bosak fará isso fossilizando vários organismos sob as mesmas ou diferentes condições ambientais para ver se eles podem produzir dolomita. Durante esses experimentos, eles vão monitorar o quão bem a dolomita registra a temperatura na qual foi feita, bem como a composição química e isotópica da solução circundante, para entender melhor o processo.

"Acho que isso nos diz que - quando tentamos interpretar o passado - é um planeta realmente diferente:diferentes tipos de organismos, diferentes tipos de metabolismos dominantes, "diz Bosak, "e acho que estamos apenas começando a arranhar a superfície dos possíveis resultados minerais, que tipo de resultados texturais podemos esperar. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.