Biologia, Paleontologia

Usando Biogeoquímica para entender melhor o passado do planeta: a relação entr e Molibdênio, Oxigênio e a Vida

O oxigênio é uma das causas de nosso envelhecimento pois destrói toda a matéria orgânica que pode. Um exemplo disto é que materiais como pólen e artefatos de madeira de importância histórica, os quais geralmente estragam com o tempo, são preservados por séculos e até milhões de anos quando mantidos longe do O2.

Entretanto, o gás que tudo “enferruja” é um elemento importantíssimo para a biosfera e a sua história ao longo destes milhões de anos está atrelada a eventos importantes da evolução biológica. Este artigo, publicado no PNAS e intitulado “Devonian rise in atmospheric oxygen correlated to the radiations of terrestrial plants and large predatory fish” trata justamente de avaliar as reais concentrações de oxigênio nos oceanos usando marcadores geoquímicos, especificamente o Molibdênio, e sua relação com o desenvolvimento de organismos complexos no planeta.

Atualmente a atmosfera terrestre possui uma concentração de 21% oxigênio, embora anteriormente as concentrações fossem indetectáveis pois a mesma se formou como um atmosfera redutora originalmente, rica em substâncias reduzidas como o CH4 e quase sem oxigênio livre. Os dados que temos sobre os níveis de oxigênio da atmosfera primitiva e posterior foram inferidos a partir de processos geoquímicos que interagiam com este oxigênio livre. Substâncias que aumentavam ou diminuíam de concentração no registro estratigráfico de acordo com as variações de O2 da atmosfera ou dos mares. Por exemplo, os níveis de Enxofre, Ferro e Molibdênio em depósitos sedimentares mostram que aconteceram aumentos nas concentrações oceânicas de Oxigênio durante o Ediacariano. Este, por sua vez, foi um período marcado pela grande diversidade de organismos bilaterais e bem mais complexos que os dos períodos anteriores que são conhecidos como Fauna Ediacara.

Fauna do Ediacário: será a explosão do cambriano um fenômeno climático?
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A concentração de Molibdênio (Mo) nos oceanos é regulada pelas concentrações de H2S e O2. Na presença do Oxigênio o Mo mostra-se solúvel na forma de um ânion: molibidato. Em águas sulfídricas ele reage com o H2S combinando-se com partículas em suspensão rapidamente. Atualmente a concentração de Molibdênio no mar é de 105nM e em rios é de 6nM. Seu tempo de residência é bastante longo sendo que o mar mantém uma composição isotópica de Mo homogênea em todo o planeta. Ambientes estagnados e ricos em H2S são raros atualmente, porém, são responsáveis por uma redução considerável nas concentrações de Mo pois a acumulação nos sedimentos é de 2 a 3 vezes maior nestes ambientes. Mas nem todo o Molibdênio é removido da água, em ambientes oxigenados, como os mares atuais, o isótopo Mo98 é mais presente do que o isótopos mais leves. É esse fracionamento isotópico  nos sedimentos do período é que dá a dica sobre a oxigenação dos mares antigos.

Resumo da Ópera: altas concentrações do Molibdênio 98 indicam um ambiente mais oxigenado enquanto que baixas concentrações caracterizam um ambiente redutor com fixação sulfídrica do Mo.

Outros fatores podem acarretar no aumento das concentrações de Mo em ambientes anóxicos, águas enriquecidas com enxofre, por exemplo. Para evitar erros de interpretação os autores usaram o Ferro como parâmetro de comparação. Enriquecimento de Molibdênio em ambiente anóxico geralmente está associado a aumento das concentrações de Ferro também. Outro elemento importante para compreender a oxigenação é o carbono orgânico total (CTO). A relação entre ele e o Mo reflete suas concentrações nas águas marinhas superficiais. Quanto maior for a deposição sulfídrica de Mo, menor será a razão Mo/CTO e a concentração de Mo da água marinha.

Apesar de fatores que possam intervir como descargas fluviais e concentrações intermitentes de H2S que afetam algumas áreas individualmente, em média os dados mostram que há dois momentos importantes da oxigenação dos oceanos no Eon Proterozoico. Durante a maior parte do período a concentração do Molibdênio manteve-se em estáveis 1.1‰ e sofreu um aumento para 1,6‰ e um declínio para em 1,4‰ no fim do Neo-Proterozoico (550 Ma). Um aumento para 2,0‰, quase a concentração moderna, entre o médio Siluriano e o médio Devoniano (430-390 Ma).

O primeiro evento de oxigenação dos oceanos identificado com a a ajuda do Molibdênio coincide com a diversificação inicial de grandes animais como os primeiros bilatérios no Ediacariano. Mesmo assim, é provável que a oxigenação fosse baixa em relação aos níveis modernos pois ainda havia uma predominância de ambientes sulfídricos nos oceanos no início do Paleozoico. E mesmo em condições de águas estagnadas este ambiente dificilmente se manteria por 150 milhões de anos como se manteve até o segundo evento de oxigenação se a oxigenação atmosférica fosse tão alta quanto a atual.

O segundo evento de oxigenação ocorreu no Devoniano e recebeu pouca atenção apesar de ser o mais importante da história terrestre. Este aumento já havia sido previsto em modelos anteriores da atmosfera daquele período. A oxigenação do Devoniano coincide com a diversificação das plantas vasculares e domínio dos grandes peixes predadores que caracterizam este período.

Estes gráficos, tirados do artigo, mostram a relação entre: A) Razão Molibdênio/Carbono Orgânico Total em sedimentos (bolinhas brancas são dados pretéritos, as verdes são novos); B) Molibdênio na água inferido a partir de sedimentos ricos em H<sub>2</sub>S (as bolinhas vermelhas são ambientes marinhos muito sulfídricos, as rosas são os de média concentração); A) Tamanho máximo dos cordados em função do tempo. Notem que concentrações maiores de Mo 98 indicam águas mais oxigenadas e ao mesmo tempo há um aumento no tamanho máximo dos organismos.
Estes gráficos, tirados do artigo, mostram a relação entre: A) Razão Molibdênio/Carbono Orgânico Total em sedimentos (bolinhas brancas são dados pretéritos, as verdes são novos); B) Molibdênio98 na água inferido a partir de sedimentos ricos em H2S (as bolinhas vermelhas são ambientes marinhos muito sulfídricos, as rosas são os de média concentração); A) Tamanho máximo dos cordados em função do tempo. Notem que concentrações maiores de Mo 98 sedimentar indicam águas mais oxigenadas e ao mesmo tempo há um aumento no tamanho máximo dos organismos.

A atuação das plantas terrestres foi vital neste processo. A biomassa terrestre possui uma relação Carbono/Fósforo maior que a biomassa marinha pois plantas vasculares, por exemplo, ao morrerem fixam muita biomassa que acaba sendo enterrada pela constante erosão e formação de solo. Esta fixação constante de carbono orgânico no solo previne que o Oxigênio da atmosfera seja consumido em degradações de matéria orgânica, o que ajuda a mantê-lo em níveis mais altos por mais tempo. Os peixes do período também evidenciam o aumento do oxigênio na água pois são um dos grupos menos tolerantes à hipoxia. O período Devoniano testemunhou um grande aumento no tamanho máximo dos animais marinhos.

Os resultados obtidos pelos autores corroboram outras pesquisas com dados paleo-biogeoquímicos e estão de acordo com o registro fóssil, porém, dão uma ideia mais precisa de quando cada transformação ocorreu na atmosfera do planeta.

Referências:

 

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