• Elucidação da historia de vida no nosso globo

• Quantificação das alterações de meio ambiente global (oceano é o maior reservatório do C biologicamente reactivo que controla o CO2 atmosférico!)• Avaliação do estado químico/trófico dum determinado ambiente/compartimento

• Elucidação da formação de jazigos dos combustíveis fósseis

-

• Metabolismo, fluxos e preservação de metabolitos ocupam posição central no estudo de ciclos biogeoquímicos

• Metabolismo é fundamentalmente química redox ou produção energética resultante dos desequilíbrios redox

• Os requisitos metabólicos de organismos não estão integrados com geoquímica. Isso explica a existência de várias perspectivas de biogeoquímica.

• Catiões (K+, Na+, Mg2+ e Ca2+) e o anião (Cl-) dominavam no oceano tal como hoje em dia.

• A atmosfera primitiva era constituída por uma mistura de gases de carácter redutor: N2, CO2, e H2O, com prováveis vestígios de H2, CH4 and NH4.

• O sol possuia a luminosidade 30% mais baixa do que a presente.

• O teor mais elevado de CO2 em atmosfera primitiva mantinha a Terra quente (acima de 0°C pelo menos).

• (Os níveis presentes de CO2 e H2O em atmosfera permitem manter a temperatura 30°C acima do que se esperava sem estes gases.)

4.5 Ga

3.8 Ga

terra vida bactérias plantas

Ga a

nte

s d

o p

resente

)

0

1

2

3

4

5

H a d e a no

animais

Arquano

Proterozóico

Fanerozóico

Duas teorias alternativas:

1) Experiencia :Miller / Urey

Água Marinha + atmosfera primitiva + faíscas simples compostos reduzidos.

Fontes de energia podem ser diferentes, anóxia é obrigatória. Ponto fraco: metano

*IDP - partículas de poeiras interplanetárias

2) Fontes interplanetárias da MO (partículas de poeiras interplanetárias, cometas, condritos carbonáceos).

• Pequenas quantidades dos compostos minerais - minerais argilosos podem ter jogado um papel fundamental, tornando mais provável a “montagem” dos compostos orgânicos mais complexos.

• Tomando em conta as abundâncias terrestres, a solubilidade em água aparece como a determinante final da composição da matéria viva.

• C,H,N,S,O e P constituem 95% dos biota

• P aparece como uma excepção, pois forma o anião (PO43-) que

prontamente forma mineral insolúvel. Provavelmente sempre foi um elemento limitativo para desenvolvimento de biota

Podemos classificar os organismos de acordo com o método de obtenção da

energia(catabolismo) e do carbono reduzido para síntese orgânica/formar células

(anabolismo):

1. Métodos de obtenção/produção energética:

• Fotosíntese -- Fototrofia

e.g.: fotosíntese óxica: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

• Oxidação/redução dos compostos inorgânicos -- litotrofia = quimiotrofia

e.g.: oxidação de amónia: NH4+ + 1 O2 NO2

- + 2 H+ + H2O

• Oxidação dos compostos orgânicos -- organotrofia

e.g.: Oxidação de glucose : C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

2. Método/fonte para obtenção do carbono (anabolismo):

• Gás carbónico ou bicarbonato dissolvido -- autotrofia

• Compostos orgânicos -- heterotrofia

Autofototrofia

Plantas verdes Maior parte de algas

Cianobacterias Algumas bactérias verdes e púrpuras

Autolitotrofia

Bacterias metanooxidantes: 6 CH4 + 6 O2 C6H12O6 + 6 H2O

Bacterias oxidantes de hidrogénio Bacterias ferrooxidantes

Bacterias nitrificadoras: NO2- + O2 NO3

-

Heterofototrofia

Maioria de bactérias verdes e púrpuras Algumas algas e cianobacterias

Heterolitotrofia

Bacterias tioaxidantes

Heteroorganotrofia

Animais Maior parte de bacterias Fungos Protozoarios

Geral: MO reduzida + oxidante CO2 + oxidante reduzido + energia

Modo de oxidação Oxidante Oxidante reduzido Gr° (kJ/mole)

Oxidação aeróbica O2 H2O -3190

Redução de manganês MnO2 Mn2+ -3090

Redução de nitrato HNO3 N2 -3030

Redução de ferro Fe2O3 Fe+2 -1410

FeOOH Fe+2 -1330

Redução de sulfato SO42- S2

- -380

Metanogenese CO2 CH4 -350

1. Fermentação da MO por arquebactérias termo e halo- resistentes, desde há 3.8 Ga

Fermentação de acetato: CH3COOH CO2 + CH4 (heteroorganotrofia)

(Uso de acetato ou outros compostos C-2 / C-3 de proveniência abiótica onde C e

receptor de e)

2. Metanogenese , por redução de CO2

Redução de CO2 : CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O autolitotrofia também

conhecida dos ambientes profundos na actual crosta oceânica

Respiração 1 e 2 verificam-se entre as bacterias fermentadoras nos pântanos e em zonas

costeiras

3. Sulfatoredução desde há 2.4 Ga, isto é, desde a suficiente acumulação de sulfato em

água

2CH2O+2H+ + SO42- H2S + 2CO2 + 2H2O (heteroorganotrofia)

Fotosíntese anaeróbica conduzida por tiobaccili semelhantes a actuais b. Verdes (Chlorobium) e

púrpuras (Thiospirillum).

Gº com sulfureto mais negativo que com água!

1) CO2 + 2H2S + luz CH2O + 2S° + H2O (autofototrofia)

Fotosíntese aquática

2) CO2 + H2O + luz CH2O + O2 (autofototrofia)

A fotosíntes aeróbica começou ~ 3.5 Ga, mas a acumulação do livre O2 na atmosfera não começou até

a oxidação do Fe2+ foi completada (~2 Ga). Glaciações. Os níveis de oxigénio actuais são

alcançados ca 400 ma.

Provavelmente o mais importante evento geoquímico

Autolitotrofia Aerobia

Oxidação de enxofre: 2S° + 2H2O + 3O2 2SO42- + 4H+

• H+ é produzido e utilizado para a redução “fixação” do CO2 na MO. Este proceso requere a

presença de O2.

Nitrificação: 2NH4+ + 4O2 2NO3

- + 2H2O + 4H+

2NO2- + O2 2NO3

-

Organoheterotrofia

Desnitrificação 5CH2O + 4H+ + 4NO3- 2N2 + 5CO2 + 7H2O

Esse itinerário desenvolveu-se na presença de O2, em função da presença de nitrato produzido em

reacçõ precedente. O enzima envolvido não é destruido por O2, mas meramente desactivado: a

maior parte de desnitrificadores passam a respiração anaerobia (organoheterotrofia) quando O2 é

presente.

Nitrito Nitrato

Nº electrons/mole = 6.022 1023

Desgasificação

N2

CO2

H2O

Formação dooceano

CO2Dissolve-se

Vida forma-senos oceanos

Início da fotosíntese

O2 O2 alcança niveis actuais

4.5 GaB.P

4 GaB.P.

3.5 GaB.P.

0.4 GaB.P. presente

Schulz e Zabel, 2000

M T