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• 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.)
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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
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