Bactérias consomem arsênio em lago hipersalino
AULA 05: E A VIDA COMEÇOU … A HISTÓRIA DOS PRIMEIROS HABITANTES DO NOSSO PLANETA
3. PRINCIPAIS EVENTOS QUE TESTEMUNHARAM O NASCIMENTO DA
VIDA que moléculas orgânicas foram sintetizadas a partir dos gases que existiam na atmosfera, por bombardeamento de radiação ultravioleta do Sol. Essas moléculas foram reagindo com outras tantas sintetizadas, substâncias mais complexas, as proteínas.
O conceito de sopa primeva ou primordial, que teria servido como uma incubadora para a vida, é a mistura de substâncias orgânicas que foram sintetizadas durante o Éon Hadeano, há 4,6 bilhões de anos atrás.
ambiente terrestre como anaeróbio ou anóxico. Somente os microrganismos capazes de viverem na ausência do oxigênio podiam sobreviver.
Nesse ambiente anóxico, onde o oxigênio existia apenas como vapor d´água (H2O) ou ligado ao carbono (CO2), os primeiros microrganismos eram anaeróbios e viviam na água.
Para a sobrevivência, eles tinham que buscar uma fonte de matéria orgânica, que chamaremos de fonte de carbono, utilizada na produção de energia (ATP). Com essa energia eles desempenhavam o seu ciclo vital (crescimento e reprodução).
Como muita matéria orgânica (açúcares, aminoácidos, ácidos, etc.) já haviam sido sintetizadas na evolução química do Éon Hadeano, os microrganismos anaeróbios começaram a utilizá-las no processo de fermentação, produzindo mais metano e dióxido de carbono:
2CH2O → CO2 + CH4
O estoque de dióxido de carbono foi consumido por outros microrganismos, as bactérias metanogênicas termófilas.
As bactérias metanogênicas termófilas viviam em condições anaeróbias e extremamente quentes e foram os primeiros produtores primários da terra, pois transformavam o dióxido de carbono em matéria orgânica (açúcar).
3.2) PRIMEIRO EFEITO ESTUFA
As bactérias metanogênicas termófilas, ao consumirem o dióxido de carbono para produzirem matéria orgânica (açúcar), produziam mais metano.
O resultado foi a promoção do 10 efeito estufa da Terra:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
O aumento progressivo da concentração de metano alterou a relação CH4/CO2. Quando esta relação se tornou maior que 1 na atmosfera, foi criada uma névoa de efeito anti-estufa, propiciando abaixamento considerável da temperatura, o suficiente para formar uma fina crosta sobre o manto ainda fluido.
3.3) EFEITO ANTI-ESTUFA
O resfriamento provocado pela relação CH4/CO2>1, ocasionou a condensação do vapor d’água atmosférico e a formação dos oceanos. Deu-se
início então ao ciclo da água que compreende a evaporação, transporte, chuva, escoamento superficial em direção ao oceano e, novamente, evaporação.
Com o ciclo da água, os ciclos geoquímicos começam a funcionar na superfície da Terra, originando os primeiros solos; erosão, transporte, depósitos marinhos ou lacustres e formação dos primeiros sedimentos.
3.4) FORMAÇÃO DA HIDROSFERA
Com a condensação do vapor d’água, forma-se a hidrosfera. A atmosfera, a hidrosfera e a litosfera interagiram e transferências químicas foram produzidas, estabelecendo os ciclos geoquímicos de dissolução e/ou alteração do carbono, enxofre, fósforo, silício, cálcio, magnésio, sódio, alumínio, ferro etc.
3.5) GASES ATMOSFÉRICOS SÃO DISSOLVIDOS NO OCEANO PRIMITIVO
A dissolução dos gases atmosféricos nas águas conduz à formação dos ácidos clorídrico (HCl), sulfídrico (H2S) e carbônico (H2CO3). Progressivamente, estes ácidos são neutralizados nas águas do oceano primitivo, isto é, eles deixam de ser ácidos, como veremos a seguir:
- ácido clorídrico transforma-se em cloreto de sódio (NaCl ou sal de cozinha), acumulado em solução no oceano (Cl vem da atmosfera; Na da litosfera);
- o ácido sulfídrico é fixado nos solos ou sedimentos sob forma de sulfeto de ferro (FeS) (S vem da atmosfera e Fe da litosfera);
- o gás carbônico é também fixado sob a forma de carbonato de cálcio ou de magnésio (CaCO3, MgCO3) (C vem da atmosfera ou do oceano; Ca e Mg da litosfera).
O intemperismo, definido como alterações físicas, mecânicas ou químicas, atuou nas rochas, modificando-as e expondo os minerais. As alterações dos silicatos na crosta terrestre forneceram sílica e elementos químicos com carga positiva (cátions) que, uma vez em solução, chegaram ao oceano. Forneceu também argilas, que permaneceram temporariamente nos solos. Por sua vez, a rocha alterada formará posteriormente o solo (pedogênese). O resultado da alteração é duplo: neutralização do oceano e da atmosfera e formação das argilas nos solos e nos sedimentos.
As argilas, a sílica, os carbonatos de cálcio e de magnésio foram os primeiros testemunhos do nascimento da vida no oceano durante o Éon Arqueano.
3.6) COMO OCORREU O GRANDE EVENTO DE OXIDAÇÃO
O primeiro efeito estufa, ligado à produção de metano pelas bactérias metanogênicas termófilas, propiciou o desenvolvimento dos microrganismos consumidores de metano, as bactérias metanotróficas – efeito anti-estufa.
Com isso, a relação CH4/CO2<1, isto é, a concentração de dióxido de carbono voltou a ficar mais alta na atmosfera primitiva – efeito anti-estufa.
O efeito anti-estufa facilitou a propagação e o aumento do número de bactérias fotossintéticas, como as cianobactérias. Elas são capazes de utilizar o dióxido de carbono e água para produção de matéria orgânica (açúcar). Além disso, também produzem oxigênio. O fenômeno de produção bacteriana de oxigênio se chamou “GRANDE EVENTO DE OXIDAÇÃO” e aconteceu entre 2,4 a 2,3 bilhões de anos atrás, durante o Éon Proterozóico:
CO2 + H2O → (CH2O)n + O2
A evolução e a propagação das bactérias produtoras de oxigênio alterou o balanço de gases na atmosfera, hidrosfera e litosfera. A produção de oxigênio no Arqueano foi consumida nos processos de oxidação dos minerais das rochas e dos gases vulcânicos e atmosféricos como metano, amônia, ácido sulfúrico e sulfeto de ferro.
3.7) O OXIGÊNIO FOI CONSUMIDO INICIALMENTE PARA OXIDAÇÃO DAS ROCHAS E DOS GASES ATMOSFÉRICOS
As reações de oxidação dos gases atmosféricos estão esquematizadas abaixo:
- do metano, com produção de ácido carbônico:
CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O → H2CO3
- da amônia, com produção de óxido de nitrogênio e água:
NH3 + 1,75 O2 → NO2 + 1,5 H2O -do ácido sulfídrico, com produção de ácido sulfúrico:
H2S + O2 → SO3 + H2O → H2SO4
- do sulfeto de ferro, com produção de ácido sulfúrico 2FeS + 4,5O2 + 2H2O → Fe2O3 + 2H2SO4
Todas estas reações foram realizadas por microrganismos denominados bactérias quimiolitotróficas. Elas são capazes de viverem em presença do
oxigênio, i.e., são aeróbias, e produzem a matéria orgânica (açúcar) retirando a energia do metano, da amônia, do ácido sulfídrico e do sulfeto de ferro.
A oxidação do metano e produção de matéria orgânica ficou ao encargo das bactérias metanotróficas; a da amônia, pelas bactérias nitrificantes; do ácido sulfídrico, pelas bactérias fotossintéticas anaeróbias e do sulfeto de ferro, pelas bactérias que oxidam o ferro. Assim, todos os gases reduzidos da atmosfera foram pouco a pouco sendo oxidados e consumindo o oxigênio produzido pelas bactérias fotossintéticas.
Até hoje estas bactérias quimiolitotróficas desempenham um papel importante nos ciclos do carbono, nitrogênio, enxofre e ferro, como também podem ser usadas em processos de biorremediação para recuperação ambiental.
Por outro lado, os japoneses utilizam estas bactérias que oxidam metais, como as que oxidam ouro, para separá-lo do minério de ferro exportado do Brasil.
3.8) INVASÃO DA ATMOSFERA PELO OXIGÊNIO
Entre 2 Bilhões a 500 Milhões de anos atrás, no Éon Proterozóico, a concentração de oxigênio variou de 1 a 10%, com a maior produção ligada às cianobactérias, que foram evidenciadas nos fósseis - “GRANDE EVENTO DE OXIGENAÇÃO”. Os níveis atuais de oxigênio atmosférico (21%) foram atingidos mais tarde, no Éon Fanerozóico, há 400 Milhões de anos.
A produção bacteriana e o consumo do oxigênio para oxidar os elementos químicos na atmosfera, hidrosfera e litosfera se equilibraram, e ele começou a invadir a atmosfera. Digamos que o aumento da concentração de oxigênio livre causou uma revolução na Terra. Ao mesmo tempo em que o oxigênio obrigou os microrganismos anaeróbios a estabelecerem estratégias de vida para conviverem com esse novo veneno atmosférico, possibilitou que a vida dos seres aeróbios microscópicos e macroscópicos se proliferasse.
3.9) PROVAS GEOQUÍMICAS DA OXIDAÇÃO DAS ROCHAS PELO OXIGÊNIO PRODUZIDO PELAS BACTÉRIAS FOTOSSINTÉTICAS
As provas geoquímicas do aparecimento da vida bacteriana fotossintética na Terra são:
4.1 -oxigênio dos sulfatos nos oceanos são encontrados como gipso ou anidrita (CaSO4);
4.2 –oxidação do ferro pelo oxigênio produziu a hematita, formando as grandes reservas minerais (Fe2O3).
4.3- os solos lateríticos são intemperizados e são encontrados, principalmente, nas regiões tropicais do mundo. Eles são ricos em óxidos de alumínio e de ferro.
Graças aos óxidos de ferro, o solo é geralmente vermelho.
Assim, a partir da produção do oxigênio e sua posterior liberação para a atmosfera, as bactérias puderam explorar inúmeras outras fontes de carbono e de energia. Isto favoreceu o crescimento das populações bacterianas e a explosão de sua diversidade metabólica. Pode-se inferir que, a partir desse momento da história da Terra, os ciclos podem ser chamados de biogeoquímicos.
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A PARTIR DO SURGIMENTO DO OXIGÊNIO E A DIVERSIFICAÇÃO METABÓLICA DAS BACTÉRIAS, PODE-SE INFERIR QUE OS
CICLOS PASSARAM A SER BIOGEOQUÍMICOS.
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