É provável que no futuro próximo comecemos a ouvir com mais frequência acerca da colonização do espaço. Seja para interesses comerciais ou para garantir a sobrevivência da nossa espécie, a sua implementação será uma experiência científica de escopo inimaginável e, como qualquer boa experiência, deve começar com um bom planeamento. Imitar o ambiente terrestre que permite o desenvolvimento e a prosperidade da vida é um dos pontos mais críticos desta missão.

Este será o primeiro de uma série de artigos que tentarão abordar o papel que os seres vivos tiveram na habitabilidade do nosso planeta, e como a compreensão pode e deve nos ajudar na tarefa de dominar (e talvez terraformar) outros mundos além da Terra. Este artigo vai-se focar num dos casos mais espectaculares e críticos e que foi protagonizado por umas microscópicas bactérias na infância do nosso planeta.

As cianobactérias são microrganismos muito antigos, e frequentemente crescem em filamentos como na imagem. A história do nosso planeta e a destas bactérias estão intimamente ligados. Crédito: Roger Burks (University of California at Riverside), Mark Schneegurt (Wichita State University), e Cyanosite (www-cyanosite.bio.purdue.edu)

Para começar, vamos imaginar o que a Terra era há dois mil milhões e meio de anos (chamamos a esta época o Arcaico). O Sol, a nossa estrela, ainda é jovem e brilha com muito menos intensidade do que agora. Portanto, o calor emitido pela nossa estrela é menor, e nas condições atmosféricas actuais, teríamos um oceano de gelo. No entanto, sabemos que não era assim. Um super-continente (chamado Vaalbara) estava cercado por um imenso oceano de água líquida. De facto, durante grande parte da história da Terra, ela desfrutou de uma temperatura relativamente agradável se a compararmos, por exemplo, com a de nosso vizinho Marte (com uma temperatura media de -55 ºC). Essa temperatura só poderia ser mantida graças a uma maior abundância de gases de efeito estufa na atmosfera terrestre arcaica, tais como o dióxido de carbono ou o metano. Comparada com nossa atmosfera actual (ar), dominada por azoto (78%) e oxigénio (quase 21%), a atmosfera arcaica não teria oxigénio e teria no seu lugar dióxido de carbono abundante e também metano (os dois gases de efeito estufa).

Terra ou Marte? Na esquerda, a paisagem do deserto de Atacama, em Chile, comparada com a uma perspectiva tomada pela sonda Curiosity da área de Glenelg, em Marte. Sem vida, a Terra e Marte são facilmente confundíveis. À direita, imagem de Islándia, uma ilha com frequente actividade vulcânica, e uma perspectiva do vulcão Korolev, em Marte (créditos: imagens da NASA e da ESA).

Portanto, para sobreviver no arcaico, precisaríamos de um fato de mergulho devido à ausência de oxigénio. De facto, os únicos – e muito raros- organismos que viviam naquela Terra arcaica eram microorganismos anaeróbicos, isto é, incapazes de sobreviver em atmosferas com oxigénio.

No entanto, há cerca de 2,5 Ga (giga-anos) atrás, um grupo de organismos microscópicos chamados cianobactérias mudou tudo. Estas cianobactérias continuam a ser os organismos fotossintéticos mais abundantes em muitos habitats, especialmente os polares. Além disso, foram os maiores engenheiros climáticos e foram responsáveis​pelo surgimento de todos os organismos complexos que hoje há na Terra, embora estivessem muito próximos de acabar com a vida nela: chamamos a essa crise a Grande Oxigenação.

Os estromatólitos, tal como os corais, parecem rochas mas não são. São agregações de microorganismos, nomeadamente cianobactérias que formam uma espécie de recife. Os estromatólitos fosseis (esquerda, imagem dum estromatólito de Estónia) são as únicas evidencias que temos de vida no arcaico. Ainda hoje há estromatólitos em formação (direita, imagem de estromatólitos modernos, em Shark Bay, Austrália)

Milhares de milhões de anos antes de as plantas aparecerem, as cianobactérias foram as primeiras formas de vida capazes de executar a fotossíntese oxigenada, isto é, capazes de criar matéria orgânica a partir da luz, do dióxido de carbono e da água. Como subproduto dessa fotossíntese, o oxigénio é libertado. O problema do oxigénio é que é uma molécula extremamente reactiva, capaz de reagir e oxidar praticamente qualquer tipo de substância. De facto, imediatamente após o aparecimento das cianobactérias, grandes quantidades de ferro mineral na superfície começaram a oxidar. Acredita-se que o metano atmosférico também reagiu com o oxigénio recém-produzido, transformando-o em dióxido de carbono, um gás com capacidade muito menor de produzir o efeito estufa que mantém a Terra quente. Como resultado, grande parte da água terrestre congelou e a Terra foi transformada numa “Terra-bola-de-neve”. Congelar um planeta, nada mal para uma bactéria, não é? O aumento do oxigénio atmosférico, tóxico para todos os outros seres vivos do arcaico, juntamente com a súbita glaciação causou uma extinção em massa que colocou a vida terrestre contra a parede.

O oxigénio, embora seja vital para a nossa respiração, é uma molécula extremamente reactiva e extremamente corrosiva, e é capaz de devorar até o metal. A reactividade do oxigénio é também responsável pela combustão. Na combustão, o oxigénio reage com combustíveis como os hidrocarbonetos para formar dióxido de carbono, água, e libertar muito calor. Créditos: Anna Frodesiak, Einar Helland Berger.

No entanto, eventualmente, a vida adaptou-se. Primeiro, a temperatura foi provavelmente restaurada devido a grandes erupções vulcânicas que reintroduziram metano na atmosfera. Para além disso, parte do oxigénio atmosférico foi reagindo com os raios solares, formando a camada de ozono, que protege os organismos das radiações ultravioletas. Em segundo lugar, o tremendo stress causado pela Grande Oxigenação desencadeou processos evolutivos que culminaram com o surgimento de seres vivos capazes de usar oxigénio para obter energia através da oxidação de moléculas orgânicas (neste grupo entramos nós animais, claro). Esse tipo de metabolismo é muito mais eficiente quando se trata de obter energia, o que foi uma vantagem para esses organismos terem sucesso no novo “planeta oxigenado”. Esta é a expressão mais literal de “O que não pode matar-me, torna-me mais forte”. Entre as consequências biológicas a longo prazo da Grande Oxigenação estão o aparecimento de formas de vida mais complexas, incluindo as plantas, que também são organismos fotossintéticos (e com uma relação muito próxima com as cianobactérias, como explicarei num próximo artigo) e os ancestrais dos animais, incluindo nós próprios. E não foram só os seres vivos que se diversificaram. A grande variedade de minerais que temos na Terra se deve em parte à grande oxigenação causada pelas cianobactérias (para saber mais: How Life Shaped Earth, Current Biology, 2015).

Ilustração que relaciona a história da nossa atmosfera e a das cianobactérias. Nos primeiros 2 mil milhões de anos de vida do planeta Terra, a atmosfera era rica em gases de efeito estufa como o dióxido de carbono (CO2) ou o metano (CH4). A chegada das cianobactérias, há uns 2.5 giga anos, provocou a acumulação de oxigénio (O2) na atmosfera. O oxigénio reagiu com o metano, e esta reacção provocou uma descida muito pronunciada nas temperaturas globais (ver texto). Após da estabilização das temperaturas, a proporção de oxigénio atmosférico continuou crescendo até a proporção actual.

Concluindo:  o devir do Antropoceno e a corrida contra a nossa própria extinção irá inevitavelmente a transformar-nos em engenheiros climáticos especializados. A opinião de muitos cientistas é que o futuro da humanidade está fora do nosso planeta. Devemos perceber que, a Terra arcaica que imaginamos algumas linhas atrás (sem oxigénio atmosférico e quase estéril) tem mais em comum com Marte, Vénus ou a Lua do que com a Terra moderna. É claro que a colonização de novos mundos exigirá grandes transformações climáticas como as causadas por cianobactérias. No entanto, a história do nosso planeta ensina-nos que essas transformações podem ter consequências letais. A nossa capacidade de previsão desses danos colaterais e de planificação de estratégias capazes de neutralizá-los é crucial para o sucesso do nosso futuro, seja no nosso planeta ou em outros mundos.

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Há uma corrida para chegar primeiro a Marte?

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Marcin Makowski é polaco, mas nasceu em Madrid. Licenciou-se em Biologia pela Universidade Autónoma de Madrid (UAM), onde começou a sua carreira de investigação no departamento de Biologia, estudando o efeito que têm as combinações de poluentes nos sistemas aquáticos. A trajectória científica de Marcin levou-o a Lisboa, onde fez o Mestrado em Microbiologia pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). Em 2017, Marcin começou o seu Doutoramento em Ciências Biomédicas no Instituto de Medicina Molecular (IMM). O seu projecto foca-se num grupo promissor de moléculas antibióticas chamadas péptidos antimicrobianos. O avanço continuado da resistência antibiótica, e como consequência, a crescente escassez de antibióticos úteis é uma das maiores problemáticas com que a saúde pública se depara. É por isto que a sua investigação é de grande relevância sanitária. Marcin ganhou em 2018 um prémio do melhor poster no Congresso Ibero-Americano de Biofísica, demonstrando a sua aptidão para a comunicação científica. Além disso, é autor de uma publicação cientifica numa revista cientifica internacional.   Fã dos grandes divulgadores de ciência do século XX (Sagan, Feynmann ou Asimov), considera uma necessidade renovada o trabalhar em eliminar a barreira entre cientistas e público geral. Marcin junta-se com entusiasmo a este grupo para estimular um debate sobre questões de saúde publica e meio ambiente.