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Minerais de ferro-enxofre testemunham a vida mais antiga na Terra

Imagem de microscópio eletrônico dos cristais esféricos de pirita formados em experimentos com magnetita biológica. O diâmetro das estruturas é de cerca de cinco micrômetros.

Uma equipa de investigadores das Universidades de Tübingen e Göttingen descobriu que certos minerais com formas características podem indicar a atividade de bactérias em fontes hidrotermais – ou fumos negros – nas profundezas do oceano há vários milhares de milhões de anos. Isto representa um passo importante na nossa compreensão da origem da vida. O estudo, liderado por Eric Runge e pelo professor Jan-Peter Duda (agora ambos na Universidade de Göttingen) e pelos professores Andreas Kappler e Muammar Mansor, geomicrobiologistas da Universidade de Tübingen, foi publicado na última edição do

O registo geológico mostra que as fontes termais existem no nosso planeta há pelo menos 3,77 mil milhões de anos. Os investigadores consideram que, devido às suas condições físicas e químicas extremamente dinâmicas, os sistemas de fontes termais podem ter dado origem a substâncias orgânicas e à primeira vida na Terra. Acredita-se que sistemas semelhantes existam em outros planetas do nosso sistema solar, sugerindo que a vida também poderia existir lá.

Traçando o caminho evolutivo

“Para entender como a vida se originou, estamos acompanhando a evolução dos microrganismos há bilhões de anos. Para isso, procuramos vestígios de vida, que chamamos de bioassinaturas, nas rochas mais antigas da Terra”, explica Eric Runge, que conduziu pesquisas na Universidade de Tübingen em um grupo de trabalho Emmy Noether financiado pela DFG, liderado por Jan-Peter Duda, antes de ambos os cientistas se mudarem para a Universidade de Göttingen. Runge diz que nem sempre é claro se os minerais nas rochas são formados pela ação de organismos vivos, como microrganismos, ou apenas por processos químicos e físicos. “Estamos aprimorando nossa busca por bioassinaturas, obtendo uma melhor compreensão de como os minerais formados biologicamente mudam ao longo de longos períodos geológicos”, diz ele.

Uma bioassinatura particularmente promissora é a pirita mineral de ferro-enxofre – “ouro de tolo” – que é abundante nas fontes hidrotermais no fundo do oceano. A pirita pode ser formada direta ou secundariamente a partir do mineral magnetita quando reage com fluidos ricos em enxofre encontrados com ela. Crucialmente, ocorre de várias formas. “Em nossas análises, a pirita em sua forma esférica característica mostrou-se particularmente interessante, com estrutura semelhante à de uma framboesa”, relata Andreas Kappler. “Ele só se formou nesta forma quando o material inicial – a magnetita – foi formado por bactérias redutoras de ferro.”

Recriado em um experimento

Na ausência de ar, certas bactérias podem crescer e gerar energia transferindo os electrões dos seus alimentos, não para o oxigénio – como fazem os humanos e outros animais – mas para o ferro oxidado. Isto é reduzido e a magnetita pode ser formada; um processo que é generalizado nas atuais fontes hidrotermais no fundo do oceano. No experimento, a equipe de pesquisa simulou como a magnetita reage quimicamente com os fluidos ricos em enxofre ali produzidos. Para fazer isso, eles pegaram tanto a magnetita formada não biologicamente quanto a magnetita formada biologicamente em culturas bacterianas, e as expuseram separadamente às condições que prevalecem nos habitats extremos das atuais bactérias formadoras de magnetita em torno dos fumantes negros.

“Observamos que tanto a magnetita não biológica quanto a biológica foram amplamente dissolvidas em poucas horas. No entanto, nossas investigações usando um microscópio eletrônico de varredura, que foram realizadas no Tübingen Structural Microscopy Core Facility (TSM), mostraram que as formas cristalinas do os produtos de transformação diferiram significativamente após algumas semanas”, relata Runge. “Enquanto os cristais de pirita – ramificados e em forma de abeto – se formaram nos experimentos com magnetita não biológica, a pirita nos experimentos com magnetita biológica era mais esférica.” Essas piritas esféricas podem servir como evidência fóssil da vida bacteriana primitiva, diz Kappler, “especialmente nas rochas mais antigas formadas por fontes termais em nosso planeta”.

“No entanto, a investigação sobre bioassinaturas não é relevante apenas para decifrar a história da vida na Terra”, diz Jan-Peter Duda. “Fontes termais, semelhantes às do fundo do oceano, poderiam ocorrer, por exemplo, na lua de Saturno, Encélado. Se houver vida lá, é mais provável que sejam microorganismos. Estudos como o nosso fornecem a base para reconhecer os vestígios de tais organismos.”

As fontes hidrotermais no fundo do oceano, conhecidas como fumaça negra, emitem fluidos aquecidos vulcanicamente ricos em metais dissolvidos e enxofre. Esses ambientes são oásis de atividade microbiana no fundo do oceano.

Nos estudos de campo sobre fumantes negros, robôs são usados ​​em profundidades de até 3.000 metros; eles são equipados com ampla tecnologia de sensores e podem coletar amostras de fluidos e rochas.

Publicação:

Eric Runge, Muammar Mansor, Tsz Ho Chiu, Jeremiah Shuster, Stefan Fischer, Andreas Kappler e Jan-Peter Duda: A sulfidação hidrotérmica de magnetita biogênica produz pirita semelhante a frambóide. https://doi.org/10.1038/s43247'024 -01400-z

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