O aumento da abundância das algas (Figura 1) nos oceanos durante o Éon Proterozóico, que fez com que esses organismos superassem as cianobactérias como a maior fonte de produtividade primária no planeta, é considerado como uma revolução na história da vida na Terra. Os cientistas consideram que essa mudança afetou a distribuição de nutrientes e demais elementos químicos nos oceanos, inclusive de carbono, assim como o fluxo de energia para os organismos que se alimentavam das algas.

Mas, até recentemente, pouco se sabia sobre quando e como essa mudança efetivamente ocorreu, devido à escassez de dados disponíveis sobre esses organismos no registro fóssil do Proterozóico. Em agosto deste ano foi publicado um novo estudo na Nature onde um grupo de pesquisadores, liderados por Jochen Brocks da Australian National University, Canberra, Austrália, analisou os compostos químicos presentes nas rochas que são específicos do metabolismo de organismos fotossintetizantes para esclarecer essas questões acerca da expansão das algas. Com base nestes dados, eles concluíram que a diversificação das algas ocorreu no período compreendido entre 659 e 645 milhões de anos atrás. Tal evento estaria relacionado a uma maior eficiência na transferência de nutrientes ao longo das cadeias alimentares, o que teria aumentado a complexidade de ecossistemas e seus organismos.

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Figura 1. Cianobactérias e os três principais grupos de algas. Crédito das figuras: A) Plantscience4u.com; B) Squarespace.com; C) Inaturalist.org; D) Foto de Bjoertvedt (WikiCommons).

 

Aprofundando…

O ponto chave desta pesquisa estava em obter amostras de biomarcadores das rochas que pudessem fornecer aos cientistas informações sobre a diversidade das algas nas rochas, suprindo assim a carência de fósseis desses organismos. Para isso, os autores do estudo se valeram da presença dos chamados fósseis moleculares, isto é, resquícios fossilizados dos lipídios (moléculas de gordura) que compunham as membranas celulares. Conhecendo as estruturas celulares dos diferentes grupos de organismos, os pesquisadores puderam reconhecer biomarcadores específicos: esteranos para os eucariontes (como as algas) e hopanos no caso das bactérias. Observando-se a proporção destas diferentes substâncias nas rochas marinhas analisadas, foi possível comparar a importância relativa dos dois grandes grupos de organismos fotossintetizantes presentes nos sedimentos. A fim de obter uma amostragem significativa em nível global, rochas de diversas localidades ao redor do mundo, como Austrália, Estados Unidos, Omã e Suécia, foram estudadas.

Uma das principais dificuldades no processamento dos dados de biomarcadores se deve à contaminação frequente por compostos de petróleo, que são formados muito tempo após a gênese das rochas. Para contornar este problema, a equipe de Brocks desenvolveu um novo protocolo para remoção dessas contaminações, garantindo assim uma maior confiança nos resultados obtidos.

Resultados

Os resultados estão expostos de forma resumida na Figura 2. Os registros mais antigos de esteranos datam entre 820 e 720 milhões de anos. Entretanto, a proporção entre esteranos e hopanos é muito baixa, indicando a dominância das bactérias como os mais importantes organismos fotossintetizantes naquele período.

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Figura 2. Proporção entre Esteranos e Hopanos ao longo da história do planeta. Em cinza, as duas grandes glaciações do Neoproterozoico. Modificado de Brocks et al. (2017).

Mas é no período seguinte, o Criogeniano, quando se observa uma mudança significativa na composição dos biomarcadores. No início desse período, entre 717 e 659 milhões de anos, ocorreu a chamada glaciação Sturtiana, quando foram encontradas evidências de congelamento dos oceanos; já ao final desse período, a Terra passou por uma fase de aquecimento global. Essa glaciação inicial teria causado um forte impacto negativo nas algas, evidenciado pela baixa proporção entre esteranos e hopanos logo após o fim da glaciação, em comparação com a fase imediatamente anterior a ela.

Entre 717 e 659 milhões de anos, ocorreu a chamada glaciação Sturtiana, quando foram encontradas evidências de congelamento dos oceanos; já ao final desse período a Terra passou por uma fase de aquecimento global

Somente entre 659 e 645 milhões de anos, faixa de tempo que separa a glaciação Sturtiana da fase de resfriamento seguinte, a glaciação Marinoana, é que há evidências de um forte aumento dos esteranos, atingindo valores próximos aos observados atualmente. Mas se as análises do material genético (DNA) das algas sugerem uma origem para esses organismos muito mais antiga (entre 1,9 bilhão e 900 milhões de anos), por que somente no período entre as glaciações criogenianas elas assumiram a importância observada até os dias de hoje?

 Em busca de respostas

Os autores argumentam, com base em outras pesquisas, que as cianobactérias são mais eficientes que as algas na absorção de nutrientes quando há pouco fosfato no ambiente. A escassez de nutrientes nos oceanos antes do Criogeniano é inferida com base nos baixos níveis atmosféricos de oxigênio para rochas mais antigas que as deste período. Tendo como base modelos biogeoquímicos, baixos níveis de oxigênio só poderiam ser mantidos num contexto de poucos nutrientes nos oceanos, ou seja, desfavorável para as algas.

No entanto, a glaciação Sturtiana pode ter rompido com este equilíbrio. Um exemplo dado pelos autores é que, ao final da glaciação, com o derretimento das geleiras, nutrientes presentes nos continentes podem ter sido transportados em grande quantidade para os oceanos. O aumento dos nutrientes estimularia a produtividade primária dos oceanos, com crescente liberação de oxigênio devido à maior atividade fotossintética. Isto teria contribuído para aumentar ainda mais os níveis de fosfato, como indicado pelas rochas a partir do Criogeniano. O maior nível de nutrientes, por sua vez, teria permitido a irradiação das algas em relação às bactérias.

Ao final da glaciação, com o derretimento das geleiras, nutrientes presentes nos continentes podem ter sido transportados em grande quantidade para os oceanos

 Entretanto, a dominância das algas não foi imediata. Logo após a glaciação Sturtiana, as temperaturas elevadas nos trópicos (até 50 ou 60 graus Celsius) restringiriam o crescimento das algas, mas não de cianobactérias, o que está de acordo com os dados de biomarcadores de diferentes regiões do planeta. Portanto, as algas teriam superado as bactérias nos trópicos somente após uma fase de queda de temperatura do planeta.

A ascensão das algas poderia ter servido de estímulo para a evolução de predadores eucariontes, como indicado por um tipo específico de biomarcador, chamado 24-npc, presente nas rochas da fase final do Criogeniano. Tal competição entre predador e presa teria fomentado a evolução de organismos maiores e com estratégias de alimentação e defesa mais sofisticadas, culminando na diversificação de algas de alguns centímetros ao final do Criogeniano (o que pode ser considerado grande para o período!). Essas algas maiores, por sua vez, teriam aumentado a oferta de nutrientes em outras partes dos oceanos, como o fundo do mar, o que poderia ter estimulando a evolução de organismos que habitavam os fundos oceânicos, como a chamada Biota de Ediacara, que aparece no registro fóssil há 570 milhões de anos, sendo encontrada em rochas de diversas localidades do mundo (Figura 3).

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Figura 3. Transição entre Criogênio e o Ediacarano. De um planeta inóspito para uma vibrante vida macroscópica. Créditos das figuras: A) Phys.org; B) Princeton.edu; C) ucmp.berkeley.edu; D) Ryan Somma (Earthlyuniverse.com).

Conclusão

O resultado final da irradiação das algas foi uma notável transformação de nosso planeta. Juntamente com os níveis crescentes de fosfato, as algas, segundo Brocks e colaboradores, tiveram um papel fundamental na transformação da vida no planeta, contribuindo para o aumento dos níveis de oxigênio, maior eficiência na transferência de nutrientes ao longo das cadeias alimentares e estabelecimento de relações ecológicas mais complexas. Estes eventos seriam os principais fatores para a evolução de novas formas de vida, incluindo a diversificação morfológica da maioria dos grupos de animais, que teve seu grande impulso durante a chamada Explosão Cambriana.

Autor André Cattaruzzi 

Saiba mais sobre este estudo:

Brocks, J. J., Jarrett, A. J., Sirantoine, E., Hallmann, C., Hoshino, Y., & Liyanage, T. (2017). The rise of algae in Cryogenian oceans and the emergence of animals. Nature. doi:10.1038/nature23457.