Grande parte da vida no planeta Terra hoje depende do oxigênio para existir, mas antes que o oxigênio estivesse presente em nosso planeta azul, as formas de vida provavelmente usavam arsênico. Essas descobertas são detalhadas em pesquisas publicadas hoje em Comunicações Terra e Meio Ambiente .

Um componente-chave do ciclo do oxigênio é onde as plantas e alguns tipos de bactérias essencialmente absorvem a luz do sol, agua, e companhia ₂ , e convertê-los em carboidratos e oxigênio, que são então reciclados e usados ​​por outros organismos que respiram oxigênio. Este oxigênio serve como um veículo para elétrons, ganhando e doando elétrons à medida que passa pelos processos metabólicos. Contudo, durante metade do tempo a vida existiu na Terra, não havia oxigênio presente, e durante os primeiros 1,5 bilhão de anos, realmente não sabemos como esses sistemas funcionavam, diz o autor principal do estudo e professor de Ciências Marinhas e Geociências da UConn, Pieter Visscher.

Impulsionado pela luz, organismos fotossintéticos aparecem no registro fóssil como rochas carbonáticas em camadas chamadas estromatólitos datando de cerca de 3,7 bilhões de anos atrás, diz Visscher. Esteiras de estromatólito são depositadas ao longo das eras por ecossistemas microbianos, com cada camada contendo pistas sobre a vida naquela época. Existem exemplos contemporâneos de micróbios que fotossintetizam na ausência de oxigênio usando uma variedade de elementos para completar o processo, no entanto, não está claro como isso aconteceu nas primeiras formas de vida.

As teorias sobre como os processos da vida funcionavam na ausência de oxigênio se baseavam principalmente no hidrogênio, enxofre, ou ferro como os elementos que transportam elétrons para atender às necessidades metabólicas dos organismos.

Como Visscher explica, essas teorias são contestadas; por exemplo, a fotossíntese é possível com ferro, mas os pesquisadores não encontram evidências disso no registro fóssil antes do surgimento do oxigênio, há cerca de 2,4 bilhões de anos. O hidrogênio é mencionado, no entanto, a energética e a competição por hidrogênio entre diferentes micróbios mostram que é altamente inviável.

O arsênico é outra possibilidade teórica, e evidências disso foram encontradas em 2008. Visscher diz que a ligação com o arsênio foi fortalecida em 2014, quando ele e seus colegas encontraram evidências de fotossíntese baseada em arsênio em tempo profundo. Para apoiar ainda mais sua teoria, os pesquisadores precisavam encontrar um análogo moderno para estudar a biogeoquímica e o ciclo de elementos.

Encontrar um análogo para as condições da Terra primitiva é um desafio por uma série de razões, além do fato de que o oxigênio agora é abundante. Por exemplo, as evidências mostram que os primeiros micróbios capturaram o carbono atmosférico e produziram matéria orgânica em um momento em que as erupções vulcânicas eram frequentes, A luz ultravioleta era intensa na ausência da camada de ozônio, e os oceanos eram essencialmente uma sopa tóxica.

Outro aspecto desafiador de trabalhar com o registro fóssil, especialmente aqueles tão antigos como alguns estromatólitos, é que restam poucos devido ao ciclo das rochas à medida que os continentes se movem. Contudo, um grande avanço aconteceu quando a equipe descobriu um tapete microbiano ativo, atualmente existente nas condições adversas em Laguna La Brava, no Deserto de Atacama, no Chile.

As esteiras não foram estudadas anteriormente, mas apresentam um conjunto de condições sobrenaturais, como aqueles da Terra primitiva. As esteiras estão em um ambiente único que as deixa em um estado permanente sem oxigênio em grandes altitudes, onde ficam expostas à natureza, oscilações diárias de temperatura, e altas condições de UV. As esteiras servem como ferramentas poderosas e informativas para compreender verdadeiramente a vida nas condições da Terra primitiva.

Visscher explica, “Começamos a trabalhar no Chile, onde encontrei um rio vermelho de sangue. Os sedimentos vermelhos são constituídos por bactérias fotossintéticas anoxogênicas. A água também é muito rica em arsênio. A água que flui sobre as esteiras contém sulfeto de hidrogênio de origem vulcânica e flui muito rapidamente sobre essas esteiras. Não há absolutamente nenhum oxigênio. "

A equipe também mostrou que as esteiras estavam fazendo depósitos de carbonato e criando uma nova geração de estromatólitos. Os materiais carbonáticos também mostraram evidências de ciclagem de arsênio - que o arsênio está servindo como um veículo para elétrons - provando que os micróbios estão metabolizando ativamente o arsênio, muito parecido com o oxigênio nos sistemas modernos. Visscher diz que essas descobertas, junto com a evidência fóssil, dá uma forte noção das primeiras condições da Terra.

"A vida à base de arsênico tem sido uma questão em termos de, tem função biológica ou é apenas um composto tóxico? ”, diz Visscher.

Essa pergunta parece ser respondida:"Tenho trabalhado com esteiras microbianas por cerca de 35 anos ou mais. Este é o único sistema na Terra onde pude encontrar uma esteira microbiana que funcionou absolutamente na ausência de oxigênio."

Visscher aponta que uma ferramenta importante que eles usaram para realizar esta pesquisa é semelhante a uma a bordo do rover Mars Perseverance, atualmente a caminho de Marte.

"Ao procurar evidências de vida em Marte, eles olharão para o ferro e provavelmente também para o arsênico. "