Na Terra primitiva, a atmosfera ainda não continha oxigênio; no entanto, o ferro dissolvido nos oceanos foi oxidado em quantidades gigantescas e depositado como rocha, por exemplo, como minério de ferro em faixas na África do Sul. Várias bactérias excretam ferro insolúvel através de suas próprias reações metabólicas: algumas, os oxidantes fototróficos do ferro, ganham energia oxidando o ferro com a ajuda da luz solar, e outras convertendo o ferro em nitrato como agente oxidante. Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo Casey Bryce, da Universidade de Bristol, e a Dra. Verena Nikeleit e Andreas Kappler, do Departamento de Geomicrobiologia da Universidade de Tübingen, investigou quem estava em vantagem na competição pelo ferro. Os concorrentes bacterianos também usaram óxido nítrico tóxico. O estudo foi publicado na revista Nature Geoscience.
Há dois a três mil milhões de anos, a atmosfera da Terra tinha uma composição completamente diferente da que tem hoje. “Hoje, o ferro presente nos oceanos naquela época em sua forma reduzida teria sido rapidamente oxidado pelo oxigênio da atmosfera para formar minerais de ferro enferrujados”, explica Andreas Kappler. Embora não houvesse oxigênio na Terra primitiva, enormes depósitos rochosos de ferro mostraram que os micróbios já o estavam oxidando efetivamente naquela época.
Experimentos em laboratório
“Antes de existir oxigénio na Terra, os oxidantes fototróficos de ferro formavam os enormes depósitos de óxido de ferro conhecidos hoje como minérios de ferro bandados”, diz Casey Bryce, chefe do projeto, anteriormente na Universidade de Tübingen, agora na Universidade de Bristol. “Queríamos saber se essas bactérias competiam com outros oxidantes de ferro que usavam nitrato”. Isto levou a questões sobre se estes micróbios concorrentes poderiam realmente coexistir e, em caso afirmativo, quais deles eram os principais responsáveis pela oxidação do ferro.
Para compreender melhor a situação na Terra primitiva, conduzimos experiências de laboratório”, diz Verena Nikeleit, da Universidade de Tübingen, que desde então se mudou para o centro de investigação norueguês NORCE. A equipa de investigação utilizou uma estirpe bacteriana de cada um dos diferentes oxidantes de ferro e permitiu-lhes crescer nas condições que prevaleciam há dois a três mil milhões de anos, na luz e com as mesmas concentrações de ferro, nitrato e dióxido de carbono. Para nossa surpresa, o nitrato foi rapidamente consumido e o ferro foi oxidado. não foi possível detectar qualquer oxidação de ferro pelos oxidantes fototróficos de ferro”, diz Nikeleit. As análises mostraram que os oxidantes de ferro que consomem nitrato formaram monóxido de nitrogênio como subproduto tóxico. “Isso paralisou completamente a atividade dos oxidantes fototróficos de ferro. Em outras palavras, esses micróbios mataram os oxidantes fototróficos de ferro ao produzir um gás tóxico.”
Rede complexa de interações
“Uma hipótese é que os oxidantes de ferro fototróficos provavelmente contribuíram muito pouco para a formação de minérios de ferro em faixas em fases posteriores da história da Terra”, diz Andreas Kappler. Isso ocorre porque a atividade de outros micróbios fez com que a atmosfera da Terra contivesse cada vez mais oxigênio – numa primeira grande poluição ambiental, por assim dizer. “Isso também pode ter atingido algumas áreas dos oceanos, onde o nitrato foi posteriormente formado. Nossos resultados fornecem a primeira evidência experimental para a hipótese de que oxidantes fototróficos de ferro em áreas de alta produtividade podem ter sido expostos ao óxido nítrico tóxico durante esse período. devem ter se afastado ainda mais das áreas ricas em nutrientes e, portanto, foram capazes de depositar menos ferro.”
Casey Bryce relata que, de acordo com os cálculos da equipe de pesquisa, a oxidação do ferro por bactérias redutoras de nitrato poderia ter inicialmente compensado a contribuição reduzida dos oxidantes fototróficos do ferro. “A competição inicial entre as diferentes bactérias não impediria imediatamente a formação das formações ferríferas em faixas”, diz ela. Mais medições e investigações são necessárias para obter uma imagem mais precisa dos processos. “Nosso estudo fornece uma visão sobre como o enriquecimento de oxigênio da atmosfera da Terra poderia ter afetado outros ciclos de nutrientes nos oceanos. Isso ilustra a complexa rede de interações biogeoquímicas que controlavam a vida nos primeiros oceanos da Terra.”
Publicação:
Verena Nikeleit, Adrian Mellage, Giorgio Bianchini, Lea Sauter, Steffen Buessecker, Stefanie Gotterbarm, Manuel Schad, Kurt Konhauser, Aubrey L. Zerkle, Patricia Sanchez-Baracaldo, Andreas Kappler, Casey Bryce: Inibição da oxidação fototrófica do ferro pelo óxido nítrico em ferruginosos ambientes.ambientes. Geociências da Natureza, https://doi.org/10.1038/s41561’024 -01560-9
Andreas Kappler
Universidade de Tubinga
Faculdade de Matemática e Ciências Naturais
Geomicrobiologia
7071 29-74992
andreas.kappler @uni-tuebingen.de
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