Fósseis de eucariotos em Darwin, Austrália, revelam o papel do oxigênio há 1,75 bilhão de anos

Em um depósito a céu aberto na úmida Darwin, no norte tropical da Austrália, há dezenas de bandejas cheias de testemunhos cilíndricos de rocha.

Esses materiais vieram de furos de sondagem perfurados a centenas de metros abaixo do solo por empresas de prospecção mineral, muitas décadas atrás.

No acervo do Serviço Geológico do Território do Norte, parte desses testemunhos é composta por argilito (mudstone) - uma rocha sedimentar formada a partir de lama do fundo do mar que se consolidou e endureceu.

Quando essas perfurações foram feitas, as empresas em geral não sabiam que, dentro desses argilitos, estavam preservados fósseis de organismos microscópicos. Eles haviam sido soterrados no fundo marinho de um antigo mar interior que cobriu grande parte do norte da Austrália há mais de 1,5 bilhão de anos.

Como mostramos em nosso novo estudo, publicado hoje na Nature, esses fósseis são decisivos para enfrentar um enigma antigo sobre o grande salto evolutivo que abriu caminho para toda a vida complexa na Terra: a origem dos eucariotos.

Pequenos, porém complexos

Toda a vida no planeta pode ser agrupada em dois grandes tipos, que se diferenciam de maneira fundamental no nível celular.

Os procariontes (bactérias e arqueias) apresentam uma organização celular simples e, em sua maioria, são unicelulares.

Já os eucariotos - que incluem todos os animais, plantas, algas e fungos - são bem distintos. Suas células são muito mais elaboradas, com núcleo e outras estruturas especializadas, como organelas, responsáveis por funções específicas.

Essa “revolução eucariótica” mudou a Terra. Ela permitiu o surgimento dos animais e, mais tarde, o nosso próprio aparecimento.

A partir do que se observa nos genes de organismos atuais, hoje é amplamente aceito que o último ancestral comum de todos os eucariotos vivos se originou da união simbiótica de (ao menos) dois microrganismos procariontes: uma arqueia e uma bactéria.

Os registros mais antigos de vida eucariótica aparecem como fósseis desses organismos unicelulares. Eles revelam um grau de complexidade celular ausente entre procariontes, mas típico em eucariotos.

Fósseis de eucariotos ocorrem em diferentes partes do mundo em rochas com pelo menos 1,5 bilhão de anos. No Território do Norte, contudo, os espécimes mais antigos remontam a 1,75 bilhão de anos - os fósseis de eucariotos mais antigos conhecidos atualmente em escala global.

Mesmo assim, o cenário em que os eucariotos iniciais surgiram continua envolto em incertezas. E muitos aspectos essenciais sobre como eram e como viviam ainda permanecem desconhecidos.

Oxigênio - aliado ou inimigo?

Diversas bactérias conseguem viver e se multiplicar em locais sem oxigênio. Em contraste, quase todos os eucariotos existentes hoje dependem de oxigênio para sobreviver.

Isso ocorre porque a respiração aeróbia - a quebra de alimento com uso de oxigênio - libera a enorme quantidade de energia exigida pela vida complexa.

Nos últimos anos, porém, vem sendo questionada a noção de que o oxigênio sempre foi vantajoso para todos os eucariotos. Essa mudança de perspectiva foi impulsionada por descobertas inesperadas de eucariotos enigmáticos capazes de prosperar em condições sem oxigênio.

Além disso, evidências cada vez mais robustas do registro geológico indicam que, quando os eucariotos começaram a evoluir, o oxigênio provavelmente era muito mais escasso.

Nesse contexto, ambientes marinhos sem oxigênio teriam sido a regra, e não a exceção.

Em conjunto, essas observações colocaram em dúvida a suposição de que os eucariotos dependem de oxigênio desde o seu início.

Estudos genéticos com micróbios vivos de grupos considerados os mais próximos dos ancestrais do primeiro eucarioto podem revelar pistas importantes sobre a ancestralidade eucariótica.

Mas apenas o registro fóssil é capaz de informar sobre linhagens extintas há muito tempo.

E somente a geologia permite enxergar como era, de fato, o mundo em que esses organismos viveram.

Mais de 12,000 fósseis

Para este novo trabalho, trituramos amostras dos testemunhos de argilito armazenados em Darwin e, em seguida, as dissolvemos. Ao examinar no microscópio o resíduo orgânico que restou após essa dissolução, identificamos mais de 12,000 fósseis.

Também analisamos os próprios argilitos que preservaram esses fósseis, com o objetivo de reconstruir o ambiente no momento em que os sedimentos foram depositados.

Isso nos permitiu inferir quais eram os habitats ocupados por esses eucariotos. E, ao investigar a química desses argilitos, conseguimos avaliar se havia oxigênio na água do mar antiga.

Nossos resultados indicam que fósseis de eucariotos aparecem em ambientes que vão de planícies lamosas costeiras ao mar aberto. No entanto, eles só ocorrem nas amostras depositadas em condições oxigenadas.

Nas amostras provenientes de ambientes sem oxigênio, encontramos exclusivamente formas simples, procarióticas.

Esse padrão sugere que até mesmo os eucariotos mais antigos conhecidos - que viveram na Terra entre 1,7 e 1,4 bilhão de anos atrás - dependiam de oxigênio. Esses dados reforçam uma hipótese defendida há muito tempo: o oxigênio teve um papel fundamental em impulsionar a evolução dos primeiros eucariotos.

Esclarecer os fatores e o contexto por trás do grande salto evolutivo representado pelos eucariotos iniciais está entre as principais questões ainda em aberto nas ciências da vida.

Pesquisas em andamento sobre esses microfósseis antigos e enigmáticos, sem dúvida, ajudarão a entender melhor as nossas próprias origens - e o nosso lugar no cosmos.

Maxwell Lechte, pesquisador associado em Geobiologia, Universidade de Sydney; e Leigh Anne Riedman, pesquisadora de pós-doutorado, Departamento de Ciências da Terra, Universidade da Califórnia, Santa Barbara

Este artigo foi republicado de The Conversation sob licença Creative Commons. Leia o artigo original.