A grande catástrofe do oxigénio e as formações de ferro do Precâmbrico

ResearchBlogging.org

De todas as formações rochosas que afloram no nosso planeta, poucas serão tão interessantes como as formações ferríferas bandadas do Precâmbrico, também conhecidas como BIF (do inglês banded iron formations). Para além do seu marcante aspecto, com uma cor avermelhada por vezes muito viva, são rochas muito antigas, com a maioria a apresentar idades entre os 2700 e os 1800 milhões de anos (Ma). Porque são estas rochas tão antigas, e como se formaram? Nao tem sido fácil chegar a um consenso na resposta as estas perguntas, que poderá estar relacionada com um dos grandes eventos da história da Vida no nosso planeta.

Uma BIF dobrada com 3400 Ma, proveniente de Gopping Gap (Austrália) - Fonte: exobiologie.fr

Como de costume, precisamos primeiro de ver as evidências que temos ao nosso dispor. As BIF são rochas sedimentares que se formaram pela precipitação de compostos químicos em plataformas continentais (a região de crusta continental dos oceanos), e podemos nelas individualizar dois principais tipos camadas: as cinzentas, de natureza siliciosa, e as vermelhas, nas quais minerais de ferro abundam; cada uma destas pode ter espessuras que variam entre os poucos milímetros e alguns metros. O ferro das BIF, que lhes dá o nome, é tão abundante que estas rochas são dos principais reservatórios deste metal à superfície terrestre, e por isso muito utilizados na indústria extractiva.

O ferro (Fe) surge normalmente na natureza sobre duas formas distintas: a forma reduzida (Fe2+) ou a oxidada (Fe3+). A alternância entre as duas formas é causada por reacções químicas de oxidação-redução (ou redox), que são reacções nas quais há transferência de electrões de um elemento redutor para um elemento que actua como agente oxidante. As reacções redox são muito conhecidas no mundo da química, sendo as reacções por detrás do funcionamento das pilhas, ou no caso do ferro, na formação de ferrugem. Nestes casos, o oxigénio é o agente oxidante (naturalmente!) que “rouba” electrões ao ferro, formando-se como produto da reacção óxido de ferro, a ferrugem propriamente dita – podemos também dizer que as bandas avermelhadas das BIF estão “enferrujadas”!

Embora o ferro não seja comum na atmosfera e oceanos actuais, este não era o caso no passado, quando por via de fenómenos vulcânicos submarinos ou fontes hidrotermais havia ferro dissolvido no mar em grandes quantidades. Em contrapartida, o oxigénio era um elemento bastante raro na sua forma livre. Algo aconteceu portanto que fez com que o ferro precipitasse no fundo do oceano – isto pode estar relacionado com o aparecimento de uma novidade evolutiva no tímido panorama da Vida ancestral: a fotossíntese.

Oscillatoria sp., uma cianobactéria actual - Fonte: NEON Ja (http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%A9%E7%94%A8%E8%80%85:NEON/Images)

A fotossíntese é um processo químico bastante complexo realizado por muitos organismos actuais, como plantas, algas e várias bactérias, e cujo fim é a produção de alimento (compostos orgânicos) através da canalização da energia luminosa e de compostos de carbono simples como o dióxido de carbono. Nalguns grupos de bactérias, nomeadamente nas cianobactérias, um dos sub-produtos deste processo é o oxigénio, que é libertado para o meio. Isto é essencial para o funcionamento normal da natureza actual, dado que é da actividade fotossintética que continua a provir a quase totalidade do oxigénio atmosférico e oceânico.

Há vestígios de Vida bacteriana anterior às primeiras BIF, por isso parece razoável admitir que o início da sua formação pode coincidir com o surgimento da fotossíntese oxigénica ou pelo menos com um crescimento acentuado de seres fotossintéticos como as cianobactérias. Este aumento na fotossíntese levou ao aumento do oxigénio no meio marinho; este oxigénio começou a reagir com o ferro dissolvido na água, fazendo com que precipitasse sob uma forma oxidada, dando origem às camadas ferrosas avermelhadas das BIF (as camadas siliciosas depositar-se-iam em épocas de menor actividade vulcânica, em que haveria menos ferro disponível).

Várias linhas de evidência apontam para que tenha acontecido um grande evento de oxigenação por volta de 2450 Ma, durante o qual o oxigénio se tornou muito mais abundante. Este evento também é conhecido como “a grande catástrofe do oxigénio”. Embora tenhamos ideia do oxigénio como algo absolutamente essencial para a Vida, este elemento é como uma espada de dois gumes: o oxigénio reage muito facilmente com outras moléculas, e se um organismo não possuir bons meios de controlo, o oxigénio pode levar à sua destruição. É por isso que tantos sumos apregoam capacidades anti-oxidantes! No mundo microbiano antigo, este grande aumento dos níveis de oxigénio foi um verdadeiro veneno para a maioria dos seres vivos, habituados a viver num mundo anóxico; excluindo os que se refugiaram em habitats que continuaram anóxicos (como as zonas mais profundas dos oceanos), só sobreviveram os poucos que tinham capacidade de controlar a ameaça do oxigénio. Ao fim de muitos milhões de anos, as reservas de ferro dissolvido no oceano esgotaram-se, e o oxigénio começou a acumular-se no oceano e na atmosfera.

Embora este modelo seja elegante, não explica porque é que o grande aumento do oxigénio aconteceu centenas de milhões de anos depois da deposição das primeiras BIF. Este problema tem levado vários cientistas a propor vias alternativas de oxidação do ferro nos oceanos primitivos, algumas dessas também relacionadas com antigas formas de Vida.

A curiosa Gallionella ferruginea, uma proteobactéria não-fotossintética que oxida ferro como forma de obter energia - Fonte: Wuhan University

Vários investigadores defendem que a formação das BIF poderá estar relacionado com a actividade de bactérias não-fotossintéticas com capacidade de oxidar ferro como forma de obter energia, parecidas com as actuais Gallionella ou Chromatium. Sedimentos provenientes de habitats actuais em que vivem estas bactérias possuem concentrações de ferro oxidado semelhantes às encontradas nas BIF. Cálculos revelam que o nível de deposição de ferro observado nas BIF poderia ser obtido com uma fracção da quantidade destas bactérias que se observa hoje em dia em ambientes ricos em ferro. Outras bactérias, como algumas bactérias verdes (Chlorobi) ou púrpura (um grupo de proteobactérias), têm capacidade de oxidar ferro como parte de um processo fotossintético realizado na ausência de oxigénio.

Controvérsias à parte, parece consensual que um dos grandes eventos da história do nosso planeta, a transformação da atmosfera para um estado semelhante ao actual, teve um contributo decisivo por parte da Vida. E embora não se tenha ainda bem a certeza do real papel da fotossíntese na formação das BIF, as tão características rochas do passado remoto do nosso planeta, parece certo que também a sua formação se deve à actividade de pequenos organismos, parentes de algumas bactérias actuais a que normalmente não prestamos muita atenção.

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Referências

Fortin, D., & Langley, S. (2005). Formation and occurrence of biogenic iron-rich minerals Earth-Science Reviews, 72 (1-2), 1-19 DOI: 10.1016/j.earscirev.2005.03.002 (link)

William Schopf, J. (2010). The paleobiological record of photosynthesis Photosynthesis Research, 107 (1), 87-101 DOI: 10.1007/s11120-010-9577-1 (link)

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