Para a grande maioria dos animais da Terra, respiração é sinônimo de vida. Mas o oxigênio foi escasso durante os primeiros 2 bilhões de anos de existência do nosso planeta.

Isso não significa que a Terra esteve sem vida o tempo todo, mas que a vida era mais rara e muito diferente do que conhecemos hoje.

Foi apenas quando bactérias mais complexas capazes de fotossíntese entraram em cena que tudo começou a mudar, desencadeando o que os cientistas chamam de Grande Evento de Oxidação. Mas quando tudo isso aconteceu? E como tudo funcionou?

Uma nova técnica de análise genética forneceu as pistas para uma nova linha do tempo. As estimativas sugerem que as bactérias levaram 400 milhões de anos para devorar a luz do sol e soprar o oxigênio antes que a vida pudesse realmente florescer.

Em outras palavras, provavelmente existiam organismos em nosso planeta que eram capazes de fotossíntese muito antes do Grande Evento de Oxidação.

“Na evolução as coisas sempre começam pequenas”, explicado Greg Fournier, geobiólogo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

“Embora haja evidências de fotossíntese oxigenada precoce – que é a inovação evolutiva mais importante e verdadeiramente surpreendente na Terra – ainda demorou centenas de milhões de anos para ter sucesso.”

Existem atualmente duas narrativas concorrentes para explicar a evolução da fotossíntese em bactérias especiais chamadas cianobactérias. Alguns pensam que o processo natural de conversão da luz solar em energia chegou bem cedo na cena evolutiva, mas que avançou com “um estopim lento”. Outros acreditam que a fotossíntese evoluiu mais tarde, mas “decolou como um incêndio”.

Grande parte da discordância é baseada em suposições sobre a velocidade com que as bactérias se desenvolvem e diferentes interpretações do registro fóssil.

Então Fournier e seus colegas agora adicionaram outra forma de análise. Em casos raros, uma bactéria pode, às vezes, herdar genes de outra espécie aparentada de maneira distante, em vez de seus pais. Isso pode acontecer quando uma célula “come” outra e incorpora os genes da outra em seu genoma.

Os cientistas podem usar essas informações para descobrir as idades relativas de diferentes grupos de bactérias; por exemplo, aqueles que roubaram genes devem tê-los tirado de uma espécie que coexistiu com eles.

Essas relações podem então ser comparadas a tentativas de datação mais específicas, como modelos de relógio molecular, que usam as sequências genéticas de organismos para rastrear uma história de mudança genética.

Para fazer isso, os pesquisadores vasculharam os genomas de milhares de tipos de bactérias, incluindo cianobactérias. Eles procuraram casos de transferência horizontal de genes.

No total, eles identificaram 34 exemplos ilustrativos. Ao comparar esses exemplos com seis modelos de relógios moleculares, os autores descobriram que um em particular era o mais consistente. A equipe escolheu este modelo da mistura e fez estimativas para descobrir a idade real das bactérias fotossintéticas.

Os resultados sugerem que todas as espécies de cianobactérias que vivem hoje têm um ancestral comum, que existiu cerca de 2,9 bilhões de anos atrás. Enquanto isso, os ancestrais de Essa Os ancestrais descendem de bactérias não fotossintéticas há cerca de 3,4 bilhões de anos.

A fotossíntese provavelmente evoluiu em algum lugar entre essas duas datas.

De acordo com o modelo evolutivo preferido da equipe, as cianobactérias provavelmente foram fotossintetizadas pelo menos 360 milhões de anos antes do GEO. Se eles estiverem certos, isso apóia a hipótese do “backup lento”.

“Este novo artigo lança uma nova luz significativa sobre a história do suprimento de oxigênio da Terra, conectando registros fósseis a dados genômicos de novas maneiras, incluindo transferências horizontais de genes.” diz O biogeoquímico Timothy Lyons, da Universidade da Califórnia em Riverside.

“Os resultados falam dos primórdios da produção de oxigênio biológico e sua importância ecológica, o que limita severamente os padrões e controles do suprimento de oxigênio inicial para os oceanos e acúmulos posteriores na atmosfera.”

Os autores esperam poder usar técnicas de análise genética semelhantes no futuro para analisar outros organismos além das cianobactérias.

O estudo foi publicado em Procedimento B da Royal Society.