Acabamos de chegar perto de identificar um momento-chave na história da evolução da Terra

Para a grande maioria dos animais na Terra, respirar é sinônimo de vida. No entanto, durante os primeiros dois bilhões de anos de existência do nosso planeta, o oxigênio estava em um estado raro.

Isso não quer dizer que a Terra ficou sem vida durante todo esse tempo, mas que a vida era rara e muito diferente do que conhecemos hoje.

Somente quando bactérias mais complexas capazes de fotossíntese entraram em cena tudo começou a mudar, desencadeando o que os cientistas chamam de Evento da Grande Oxidação. Mas quando tudo isso aconteceu? Como tudo isso tremeu?

Uma nova técnica de análise de genes forneceu dicas para uma nova linha do tempo. Estima-se que levou 400 milhões de anos para que as bactérias engolissem a luz do sol e exalassem oxigênio antes que a vida realmente prosperasse.

Em outras palavras, provavelmente existiam organismos em nosso planeta capazes de fotossíntese muito antes do Grande Evento de Oxidação.

“Na evolução, as coisas sempre começam pequenas,” explique Geólogo Greg Fournier, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

“Embora haja evidências de fotossíntese oxigenada precoce – que é a inovação evolutiva mais importante e verdadeiramente surpreendente na Terra – levou centenas de milhões de anos para decolar.”

Existem atualmente duas contas concorrentes para explicar a evolução da fotossíntese em bactérias especiais conhecidas como cianobactérias. Alguns acreditam que o processo natural de conversão da luz solar em energia apareceu no cenário evolutivo muito cedo, mas evoluiu com um “estopim lento”. Outros acreditam que a fotossíntese evoluiu mais tarde, mas “funcionou como um incêndio”.

Grande parte da controvérsia decorre de suposições sobre a velocidade com que as bactérias evoluem e as diferentes interpretações do registro fóssil.

Então Fournier e seus colegas adicionaram outra forma de análise à mistura. Em casos raros, as bactérias podem às vezes herdar genes não de seus pais, mas de outras espécies aparentadas de forma remota. Isso pode acontecer quando outra célula “come” e incorpora outros genes em seu genoma.

Os cientistas podem usar essas informações para descobrir as idades relativas de diferentes grupos de bactérias; Por exemplo, aqueles com genes roubados devem tê-los ajustado de uma espécie que estava presente ao mesmo tempo.

Essas relações podem então ser comparadas a tentativas de datação mais específicas, como modelos de relógio molecular, que usam as sequências genéticas de organismos para rastrear a história das mudanças genéticas.

Para isso, os pesquisadores vasculharam os genomas de milhares de espécies bacterianas, incluindo cianobactérias. Eles procuravam casos de transferência horizontal de genes.

No total, eles identificaram 34 exemplos claros. Ao comparar esses exemplos com seis modelos de relógio molecular, os autores descobriram que um em particular era consistentemente mais apropriado. Escolhendo essa forma de mistura, a equipe fez estimativas para a vida útil das bactérias fotossintéticas.

Os resultados indicam que todas as cianobactérias que vivem hoje têm um ancestral comum que foi cerca de 2,9 bilhões de anos atrás. Enquanto isso, ancestrais Essa Os ancestrais das bactérias não fotossintéticas divergiram há aproximadamente 3,4 bilhões de anos.

A fotossíntese provavelmente evoluiu em algum lugar entre essas duas datas.

De acordo com o modelo evolutivo preferido da equipe, as cianobactérias podem ter feito a fotossíntese pelo menos 360 milhões de anos antes da órbita geossíncrona. Se eles estiverem certos, isso apóia a hipótese da “fusão lenta”.

“Este novo artigo lança uma nova luz fundamental sobre a história da oxigenação da Terra, vinculando o registro fóssil, de novas maneiras, aos dados do genoma, incluindo as transferências horizontais de genes,” Ele diz O biogeoquímico Timothy Lyons, da Universidade da Califórnia, em Riverside.

“As descobertas falam sobre os primórdios da produção de oxigênio biológico e sua importância ecológica, de maneiras que fornecem restrições bióticas aos padrões e controles da oxigenação oceânica inicial e subsequente acúmulo na atmosfera.”

Os autores esperam usar técnicas de análise genética semelhantes para analisar outros organismos além das cianobactérias no futuro.

O estudo foi publicado em Anais da Royal Society B.