Como as marés da Terra podem estar ligadas ao aparecimento de vida como a conhecemos

À medida que o efeito da lua no oceano abrandava a rotação do nosso planeta, os dias mais longos podem ter ajudado os micróbios fotossintéticos a darem uma nova vida ao mundo.

Por Rebecca Dzombak
Publicado 28/09/2021, 11:07
Mergulhador

Um mergulhador explora a Dolina de Middle Island, uma parte do lago Huron que contém esteiras microbianas que se acredita serem semelhantes às que viviam nos oceanos da Terra há cerca de 2 mil milhões de anos. As experiências feitas com cianobactérias destas esteiras sugerem que mudanças na duração do dia na Terra podem ter permitido aos micróbios fotossintéticos enriquecer a atmosfera com oxigénio.

Fotografia de NOAA, Thunder Bay National Marine Sanctuary

Judith Klatt estuda micróbios chamados cianobactérias há vários anos e ficou cética quando alguns dos seus colegas tiveram uma ideia: será que a duração de um dia na Terra primitiva teria importância para o aparecimento de vida como a conhecemos?

A duração dos dias aumentou dramaticamente ao longo da história da Terra. Há mais de três mil milhões de anos, um dia inteiro pode ter durado apenas seis horas. E há cerca de 2.4 a 2.2 mil milhões de anos, os registos geológicos indicam que a quantidade de oxigénio presente na atmosfera disparou, enquanto que o volume de dióxido de carbono diminuiu. Este aumento rápido de oxigénio é geralmente creditado à proliferação de cianobactérias marinhas, algumas das quais absorvem energia da luz solar e produzem oxigénio.

As mudanças na duração do dia e o aumento de oxigénio atmosférico são estudados cientificamente há décadas, mas ainda ninguém tinha pensado em considerá-los em conjunto – até agora.

Judith Klatt, microbióloga do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, na Alemanha, e os seus colaboradores da Universidade do Michigan começaram a investigar se os dias mais longos podem ter permitido a proliferação de antigas cianobactérias, preparando o cenário para a explosão dos primeiros animais e, eventualmente, as formas de vida que conhecemos hoje.

Para investigar este padrão, a equipa focou-se num ecossistema singular no fundo do lago Huron, chamado Dolina de Middle Island. Os investigadores correlacionaram  as medições de concentração de oxigénio nesta dolina rica em cianobactérias com as experiências laboratoriais de modelos computadorizados da rotação da Terra.

Um mergulhador aproxima-se de cianobactérias roxas no fundo da Dolina de Middle Island. A água fria nesta dolina de 23 metros de profundidade tem elevadas concentrações de enxofre e pouco oxigénio, condições consideradas semelhantes às do oceano da antiguidade há milhares de milhões de anos.

Fotografia de NOAA, Thunder Bay National Marine Sanctuary

“Ir lá e ver aquele mundo semelhante ao que a Terra pode ter parecido tem sido uma grande fonte de inspiração”, diz Judith sobre a dolina. “É realmente impressionante.”

Os resultados não decifram por completo o enigma, mas segundo as informações avançadas pela equipa na revista Nature Geoscience, os dados abrem possibilidades interessantes sobre a forma como a duração do dia e a biologia podem ter evoluído em união na Terra – e mais além.

“O que eles mostram é que a biologia é afetada se o ciclo noite-dia tiver 24 ou 12 horas”, diz Christopher Spalding, cientista planetário da Universidade de Princeton que não participou na investigação. “Portanto, creio que vale a pena examinar mais a fundo esta descoberta importante.”

Envoltos numa dança lunar

Os nossos dias atuais de aproximadamente 24 horas resultam de um abrandamento da rotação da Terra ao longo dos seus 4.5 mil milhões de anos de vida, e grande parte desta mudança pode estar ligada às marés.

Uma pessoa que já tenha passado um dia inteiro perto do oceano provavelmente já viu as marés subir e descer ao longo da costa. Este movimento aparentemente suave deve-se a uma troca massiva de energia entre a Terra, os seus oceanos e a lua. Ao orbitar a Terra, a lua atrai gravitacionalmente o oceano, afetando o movimento da água. O oceano responde a este efeito sob a forma de marés, que provocam atrito entre a água e o leito rochoso do mar.

Este atrito absorve a energia rotacional da Terra, abrandando a rotação do planeta e prolongando o dia. Este processo acontece muito, muito lentamente ao longo de centenas de milhões de anos, pelo que a alteração na duração do dia não é algo que se consiga observar diretamente e é difícil de rastrear no registo geológico profundo.

“Estamos bastante certos em relação à taxa de rotação da Terra há cerca de 550 milhões de anos... porque temos conchas com faixas de crescimento e, a partir dessas faixas de crescimento, conseguimos determinar a duração de um dia”, diz Christopher. “Mas os problemas surgem antes disso, porque não temos conchas ou corais.”

Portanto, em relação às profundezas da história da Terra, “ainda estamos na parte dos modelos teóricos”, diz Woodward Fischer, cientista planetário do Instituto de Tecnologia da Califórnia que não esteve envolvido no estudo. “Sabemos que a duração do dia tem uma história sistemática e sabemos qual é a sua direção, mas não temos muitos detalhes.”

Apesar de existirem vários modelos para a taxa de rotação da Terra, há um que tem sido usado desde o final da década de 1980 e que propõe que os dias se tornaram progressivamente mais longos até há cerca de 2.5 mil milhões de anos, quando a duração do dia estabilizou perto das 21 horas e permaneceu relativamente inalterada durante milhões de anos.

Nessa época, as marés, a Terra e a lua podem ter alcançado algo a que os modeladores chamam ressonância. Na realidade, existem duas forças rotacionais que afetam a rotação da Terra. As marés arrastam-se pelo planeta, abrandando a sua velocidade. Mas o sol também aquece mais um lado do planeta durante o dia, fazendo com que os oceanos e a atmosfera se expandam, empurrando um pouquinho a Terra no seu trajeto de rotação.

As marés estavam a ganhar este “jogo da corda” até que o sistema atingiu a ressonância, quando as duas forças opostas se cancelaram. Assim que se alcança esta frequência “mágica”, a taxa de rotação dificilmente se altera durante grandes períodos de tempo.

Judith Klatt e a sua equipa usaram este modelo como base para o novo trabalho. Curiosamente, os investigadores descobriram que o dia ressonante de 21 horas começou mais ou menos na época em que os registos geológicos refletem uma explosão de oxigénio na atmosfera. “Adorei ver as semelhanças entre o padrão de oxigénio e a taxa de rotação”, diz Judith. “Fiquei muito entusiasmada.”

Cianobactérias e um lugar ao sol

As cianobactérias ainda prosperam nas águas da Terra da atualidade, e as que vivem em “esteiras” comunitárias na Dolina de Middle Island forneceram à equipa outra peça do puzzle.

A água na dolina de 23 metros de profundidade tem elevadas concentrações de enxofre e pouco oxigénio. Os cientistas acreditam que estas condições podem ser semelhantes às encontradas no oceano da antiguidade há milhares de milhões de anos. Ao estudar este ambiente, a equipa de Judith consegue ter uma ideia aproximada do comportamento de ecossistemas semelhantes da antiguidade. (Descubra como os micróbios que vivem nas águas termais de Yellowstone nos deram um ingrediente-chave para os testes de COVID-19.)

Judith descobriu que estes micróbios vivem no limite, num equilíbrio precário entre produção e perda de oxigénio.

Ao combinar os dados das esteiras microbianas presentes na dolina (como a que vemos na fotografia) com modelos da rotação da Terra, os cientistas descobriram que os níveis de oxigénio dispararam na mesma época em que o dia terrestre estabilizou nas 21 horas de duração. Os dias constantes com mais luz solar favorecem as cianobactérias, otimizando os seus processos biológicos para que consigam produzir oxigénio em excesso.

Fotografia de NOAA, Thunder Bay National Marine Sanctuary

“As esteiras microbianas são praticamente de extremos – produzem muito oxigénio, mas também consomem muito oxigénio”, diz Woodward Fischer. “As cianobactérias trabalham nas margens… com um pouco de oxigénio a escapar. É isso que este artigo está a reconhecer.” Portanto, a questão passa por saber o que é necessário para que o oxigénio produzido pelas cianobactérias deixe as esteiras microbianas e enriqueça a atmosfera.

A resposta reside num mecanismo físico denominado difusão, no qual o gás oxigénio em locais de elevada concentração tende a deslocar-se para áreas com concentrações mais baixas. É o mesmo que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante e as bolhas de dióxido de carbono saem a correr.

Resumindo, enquanto que os dias curtos deixam as cianobactérias num estado constante de intermitência, os dias mais longos permitem às cianobactérias fazer a fotossíntese durante períodos mais longos de tempo, acumulando concentrações de oxigénio ao seu redor até que parte é expulsa e sobe para a atmosfera. Na verdade, as experiências laboratoriais de Judith revelam que, quando as amostras de micróbios recuperadas no leito do lago são expostas a períodos mais longos de luz diurna, contribuem com mais oxigénio para a atmosfera.

O modelo da taxa de rotação usado por Judith prevê que os dias se foram prolongando continuadamente há 3.5 a 2.25 mil milhões de anos. Quando a Terra, a lua e as marés alcançaram o referido estado de ressonância em dias de 21 horas, estabilizaram nessa duração até há cerca de 550 milhões de anos, quando a rotação da Terra começou novamente a abrandar. O estabelecimento de um dia mais longo e estável terá sido fundamental para permitir que as cianobactérias atingissem o seu ritmo, otimizando os seus processos biológicos para um dia de 21 horas, em vez de se ajustarem insistentemente às alterações na duração do dia.

Duração do dia para além da Terra

Estes resultados abrem um novo caminho para futuras investigações sobre várias condições na Terra primitiva e mais além.

“O efeito da duração do dia pode ser vital para desvendar o mistério persistente da oxigenação da Terra”, diz Arjun Chennu, modelador de biologia computacional do Instituto Max Planck e coautor do estudo com Judith Klatt.

“Também pode ser útil pensar sobre a forma como outros processos geoquímicos globais podem ser afetados pela alteração da duração do dia.” Por exemplo, as alterações na duração do dia e nos níveis de oxigénio podem ter afetado o ciclo global de carbono e o clima nos primeiros continentes.

Para Devon Cole, geobióloga do Instituto de Tecnologia da Geórgia, este trabalho tem potenciais implicações para o estudo da evolução de vida noutros planetas. Os astrobiólogos já consideravam a taxa de rotação dos exoplanetas como um fator na procura por vida, mas agora, com o trabalho de Judith, têm uma ideia mais clara sobre como a duração do dia pode impactar as biosferas e atmosferas extraterrestres.

Alguns dos milhares de planetas encontrados a orbitar outras estrelas têm marés, com um lado do planeta a ter luz do dia contínua e o outro mergulhado em noite perpétua. “Será possível existir uma biosfera que consegue alterar uma atmosfera, uma biosfera passível de deteção num planeta destes?” pergunta Devon. “É possível que o único local realmente habitável seja o círculo permanente de ‘pôr do sol’ na extremidade.”

“Quando se trata de ter em consideração o oxigénio e a ascensão de vida”, acrescenta Devon, “a duração do dia não é necessariamente uma coisa óbvia para a qual as pessoas iriam olhar, portanto eu acho que esta é uma investigação muito interessante.”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

Continuar a Ler

Descubra Nat Geo

  • Animais
  • Meio Ambiente
  • História
  • Ciência
  • Viagem e aventuras
  • Fotografia
  • Espaço
  • Vídeos

Sobre nós

Inscrição

  • Revista
  • Registrar
  • Disney+

Siga-nos

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Todos os direitos reservados