Como o alongamento dos dias pode ter impulsionado a oxigenação da Terra

Desde que se formou, há cerca de 4,5 bilhões de anos, a Terra vem diminuindo lentamente a velocidade de rotação. Como consequência, a duração dos dias aumentou de forma gradual ao longo do tempo.

Embora essa desaceleração seja imperceptível na escala da vida humana, ela é suficiente para provocar transformações importantes ao longo de éons. Um estudo de 2021 propôs uma ligação particularmente relevante: dias mais longos estariam associados à oxigenação da atmosfera terrestre.

A ideia central é que as algas azul-esverdeadas - as cianobactérias - que surgiram e se espalharam em grande escala há aproximadamente 2,4 bilhões de anos teriam conseguido liberar mais oxigênio como subproduto do metabolismo justamente porque os dias estavam ficando maiores.

Há um vídeo com um resumo da pesquisa.

"Uma questão persistente nas ciências da Terra tem sido: como a atmosfera da Terra ganhou oxigênio e que fatores controlaram quando essa oxigenação ocorreu", explicou em 2021 o microbiologista Gregory Dick, da Universidade de Michigan.

"Nossa pesquisa sugere que a taxa com que a Terra gira - em outras palavras, a duração do dia - pode ter tido um efeito importante no padrão e no momento da oxigenação da Terra."

A rotação da Terra está desacelerando

Essa história reúne dois elementos que, à primeira vista, parecem pouco relacionados. O primeiro é físico: a rotação do planeta está ficando mais lenta.

O motivo é a influência gravitacional da Lua. À medida que a Lua se afasta gradualmente, sua atração contribui para uma desaceleração rotacional da Terra.

O registo fóssil indica que, há 1,4 bilhão de anos, um dia tinha apenas 18 horas. E, há 70 milhões de anos, o dia era meia hora mais curto do que é atualmente. As evidências sugerem que estamos a ganhar 1,8 milissegundos por século.

O Grande Evento de Oxidação e as cianobactérias

O segundo elemento é o chamado Grande Evento de Oxidação: um período em que as cianobactérias se tornaram tão abundantes que a atmosfera da Terra passou por um aumento acentuado e significativo de oxigênio.

Sem essa oxidação, cientistas consideram que a vida como a conhecemos talvez não tivesse emergido. Por isso, mesmo que hoje as cianobactérias às vezes recebam olhares desconfiados, é provável que não estivéssemos aqui sem elas.

Ainda assim, muitas dúvidas permanecem sobre esse episódio - incluindo perguntas difíceis, como por que ele aconteceu quando aconteceu, e não mais cedo na história do planeta.

Duração do dia, cianobactérias e a oxigenação da Terra

A conexão entre os pontos começou a ficar mais clara quando pesquisadores passaram a trabalhar com microrganismos cianobacterianos. No Sumidouro da Ilha do Meio, no Lago Huron, existem tapetes microbianos que são considerados um análogo das comunidades responsáveis pelo Grande Evento de Oxidação.

No fundo do lago, cianobactérias roxas que produzem oxigênio por fotossíntese e microrganismos brancos que metabolizam enxofre disputam espaço no mesmo tapete microbiano.

Durante a noite, os microrganismos brancos sobem para a superfície do tapete e seguem a sua rotina de “consumo” de enxofre. Quando o dia começa e o Sol atinge altura suficiente no céu, esses microrganismos recuam, e as cianobactérias roxas ocupam o topo.

"Aí elas podem começar a fazer fotossíntese e produzir oxigênio", disse a geomicrobiologista Judith Klatt, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, na Alemanha.

"No entanto, leva algumas horas até que elas realmente entrem em ritmo; há um grande atraso pela manhã. Ao que parece, as cianobactérias acordam mais tarde do que são do tipo matutino."

Isso significa que a janela diária em que as cianobactérias conseguem “bombear” oxigênio é bastante limitada - e foi esse detalhe que chamou a atenção do oceanógrafo Brian Arbic, da Universidade de Michigan. Ele passou a considerar se mudanças na duração do dia, ao longo da história da Terra, poderiam ter afetado a fotossíntese.

"É possível que um tipo semelhante de competição entre microrganismos tenha contribuído para o atraso na produção de oxigênio na Terra primitiva", explicou Klatt.

Para sustentar essa hipótese, a equipe realizou experiências e medições com esses microrganismos tanto no ambiente natural quanto em laboratório. Em seguida, fez estudos detalhados de modelagem com base nos resultados para ligar a luz solar à produção microbiana de oxigênio - e essa produção, por sua vez, à evolução do planeta.

"A intuição sugere que dois dias de 12 horas deveriam ser semelhantes a um dia de 24 horas. A luz solar sobe e desce duas vezes mais rápido, e a produção de oxigênio acompanha no mesmo ritmo", explicou o cientista marinho Arjun Chennu, do Centro Leibniz de Pesquisa Marinha Tropical, na Alemanha.

"Mas a liberação de oxigênio a partir de tapetes bacterianos não acompanha, porque é limitada pela velocidade da difusão molecular. Esse desacoplamento sutil entre a liberação de oxigênio e a luz solar está no coração do mecanismo."

Modelos globais e dois picos de oxigenação

Os pesquisadores incorporaram essas conclusões em modelos globais de níveis de oxigênio. A partir daí, observaram que o alongamento dos dias esteve associado ao aumento do oxigênio na Terra - não apenas durante o Grande Evento de Oxidação, mas também em uma segunda fase de oxigenação atmosférica, o Evento de Oxigenação Neoproterozóica, ocorrido há cerca de 550 a 800 milhões de anos.

"Unimos leis da física que operam em escalas enormemente diferentes, da difusão molecular à mecânica planetária. Mostramos que existe uma ligação fundamental entre a duração do dia e quanto oxigênio pode ser liberado por microrganismos que vivem no fundo", disse Chennu.

"É muito empolgante. Dessa forma, conectamos a dança das moléculas no tapete microbiano à dança do nosso planeta e de sua Lua."

A pesquisa foi publicada na revista Geociência da Natureza.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em agosto de 2021.