Para investigar essa questão persistente, os pesquisadores se concentraram em um elemento muitas vezes negligenciado da química da Terra primitiva: o papel de compostos traço, como níquel e ureia, no crescimento das cianobactérias.

O pesquisador principal, Dr. Dilan M. Ratnayake, do Instituto de Materiais Planetários da Universidade de Okayama, Japão (atualmente vinculado ao Departamento de Geologia da Universidade de Peradeniya, Sri Lanka), explicou: “Gerar oxigênio seria um enorme desafio se algum dia quisermos colonizar outro planeta. Portanto, buscamos entender como um pequeno microrganismo, a cianobactéria, foi capaz de alterar as condições da Terra para torná-las adequadas para a evolução de formas de vida complexas, incluindo a nossa. Os insights obtidos a partir deste estudo também fornecerão uma nova estrutura para as estratégias de análise de amostras em futuras missões de retorno de amostras de Marte.”

Os professores Ryoji Tanaka e Eizo Nakamura, da mesma instituição, também colaboraram no trabalho, publicado na revista Communications Earth & Environment.

Recriação da Terra Primordial em Laboratório

A equipe realizou um estudo experimental em duas partes projetado para simular as condições da Terra Arqueana (aproximadamente 4 a 2,5 bilhões de anos atrás). No primeiro experimento, misturas de amônio, cianeto e compostos de ferro foram expostas à luz ultravioleta (UV-C), reproduzindo a intensa radiação que provavelmente alcançou a superfície da Terra antes da formação da camada de ozônio. Esses testes exploraram se a ureia – um importante composto nitrogenado para a vida – poderia ter se formado de maneira natural sob tais condições.

Na segunda fase, culturas de cianobactérias (Synechococcus sp. PCC 7002) foram cultivadas sob períodos alternados de luz e escuridão, variando as quantidades de níquel e ureia em seu ambiente. Os pesquisadores monitoraram o crescimento por meio da densidade óptica e dos níveis de clorofila-a para medir como esses fatores químicos afetavam a produtividade das cianobactérias.

Com base nos resultados, a equipe propôs um novo modelo que explica como o oxigênio se acumulou gradualmente na atmosfera. Durante o início da era Arqueana, a abundância de níquel e ureia pode ter restringido as florações de cianobactérias, evitando uma liberação sustentada de oxigênio. Como observou o Dr. Ratnayake: “O níquel possui uma relação complexa e fascinante com a ureia em relação à sua formação e ao seu consumo biológico, enquanto a disponibilidade desses compostos em concentrações mais baixas pode levar à proliferação de cianobactérias.” Quando esses níveis eventualmente diminuíram, as cianobactérias conseguiram prosperar de maneira mais consistente, impulsionando o aumento do oxigênio que culminou na Grande Oxidação.

Liçōes para a Terra e Além

As implicações dessas descobertas vão muito além da simples compreensão da história antiga. “Se conseguirmos entender claramente os mecanismos para aumentar o conteúdo de oxigênio atmosférico, isso lançará luz sobre a detecção de biossinais em outros planetas”, afirmou Dr. Ratnayake. Ele continuou: “Os achados demonstram que a interação entre compostos inorgânicos e orgânicos desempenhou papéis cruciais nas mudanças ambientais da Terra, aprofundando nossa compreensão da evolução do oxigênio na Terra e, portanto, da vida nela.”

Esses insights também podem informar futuras explorações planetárias, uma vez que elementos como níquel e ureia podem influenciar o desenvolvimento do oxigênio e da vida em outros mundos.

Ao demonstrar como a ureia pode se formar naturalmente sob condições arqueanas e mostrar que ela atua tanto como nutriente quanto como inibidor, os pesquisadores revelaram como equilíbrios químicos sutis moldaram a biosfera primitiva da Terra. Seus achados sugerem que, conforme os níveis de níquel diminuíam e a ureia se estabilizava, as cianobactérias floresciam, liberando oxigênio em grandes quantidades. Essa mudança gradual, no final, transformou a Terra de um planeta estéril em um ambiente capaz de sustentar ecossistemas complexos – um passo profundo na longa jornada do planeta em direção à habitabilidade.