Fotossíntese: A Reação que Encheu o Mundo de Oxigênio

Temas, Todos

Da luz do sol ao ar que respiramos, a história de como micróbios inventaram a fotossíntese, mudaram a atmosfera da Terra e desafiaram cientistas por séculos

Luz — A Receita que Sustenta a Vida

Toda folha verde é uma pequena fábrica. Com luz do sol, água e gás carbônico do ar, ela produz açúcar e libera oxigênio. Esse processo, a fotossíntese, está por trás do pão, do arroz, da madeira, do papel, do petróleo formado há milhões de anos e do ar que respiramos.

A cada ano, os seres fotossintetizantes do planeta transformam entre 100 e 115 bilhões de toneladas de carbono em matéria viva. Quase todas as cadeias alimentares começam aí: alguém, em algum lugar, capturou a luz do sol.

Esta é a história de uma reação química que nasceu em micróbios há bilhões de anos, mudou a atmosfera da Terra e levou séculos para ser entendida por cientistas que pesavam árvores, prendiam ratos em potes e marcavam átomos.

Cianobactérias — Os Pioneiros do Oxigênio

Os primeiros organismos fotossintetizantes surgiram há cerca de 3,4 bilhões de anos. Eles usavam a luz para fabricar alimento, mas sem liberar oxigênio. A fotossíntese que quebra a água e solta oxigênio, chamada de oxigênica, apareceu depois, nas cianobactérias, micróbios que ainda vivem em lagos, mares, solos e até em fontes termais.

Quando isso aconteceu ainda está em debate. Em 2018, o pesquisador Tanai Cardona, do Imperial College de Londres, analisou a evolução de 2 proteínas essenciais da fotossíntese e sugeriu que a fotossíntese oxigênica pode ter surgido há até 3,5 bilhões de anos, muito antes do que se pensava. Segundo ele, as proteínas que hoje formam o centro da reação compartilham só 30% de sua sequência, sinal de que se separaram há muito tempo.

Os fósseis também ajudam a contar essa história. Em 2024, pesquisadores da Universidade de Liège, na Bélgica, identificaram tilacoides, as membranas onde a fotossíntese acontece, em microfósseis de cianobactérias com 1,75 bilhão de anos, encontrados na Austrália, no Canadá e na República Democrática do Congo. Até então, os tilacoides fósseis mais antigos tinham cerca de 550 milhões de anos.

Oxidação — O Ar que Mudou o Planeta

Durante muito tempo, o oxigênio liberado pelas cianobactérias reagia com o ferro dissolvido nos oceanos e com gases da atmosfera, sem se acumular. Entre cerca de 2,46 e 2,06 bilhões de anos atrás, porém, o oxigênio começou a sobrar. Esse período é chamado de Grande Evento de Oxidação.

As consequências foram enormes. O oxigênio era tóxico para muitos micróbios que viviam sem ele, e há indícios de uma forte redução da biosfera. Ao reagir com o metano, um gás de efeito estufa, o oxigênio esfriou o planeta e pode ter contribuído para uma grande glaciação. Nos oceanos, o ferro oxidado formou camadas de rocha listradas, as formações ferríferas bandadas.

Ao mesmo tempo, o oxigênio abriu caminho para formas de vida mais complexas. Em algum momento, uma célula maior englobou uma cianobactéria, que passou a viver dentro dela. Essa parceria, chamada endossimbiose, deu origem aos cloroplastos, as estruturas verdes que fazem a fotossíntese em algas e plantas até hoje.

Clorofila — O Verde que Sobra

A fotossíntese das plantas acontece nos cloroplastos, graças a um pigmento chamado clorofila. Ela absorve principalmente a luz azul e a vermelha e reflete boa parte da luz verde. Por isso, as folhas parecem verdes: o verde é justamente a cor que a planta menos aproveita.

O processo tem 2 etapas. Na primeira, a energia da luz quebra moléculas de água, libera oxigênio e gera energia química. Na segunda, chamada ciclo de Calvin, uma enzima chamada RuBisCO captura o gás carbônico do ar e o transforma em açúcar. A RuBisCO é lenta e às vezes se confunde, capturando oxigênio no lugar do gás carbônico.

Algumas plantas desenvolveram truques para contornar esse problema. As plantas C4, como o Milho (Zea mays) e a Cana-de-açúcar (Saccharum officinarum), concentram gás carbônico perto da RuBisCO e rendem mais em clima quente. As plantas CAM, como o Abacaxi (Ananas comosus) e muitos cactos, abrem seus poros à noite para economizar água no calor do dia.

Salgueiro — A Árvore Feita de Água e o Rato na Redoma

Por séculos, acreditou-se que as plantas se alimentavam da terra. No século 17, o médico flamengo Jan Baptist van Helmont plantou um Salgueiro (Salix) num vaso com terra pesada e só regou com água. Depois de 5 anos, a árvore tinha ganhado cerca de 74 quilos, e a terra tinha perdido só alguns gramas. O resultado foi publicado em 1648, depois de sua morte.

Van Helmont concluiu que a árvore era feita de água. Errou em parte, porque não imaginava o papel do ar, mas mostrou que a planta não comia a terra. É lembrado como um dos primeiros experimentos quantitativos da biologia.

No século 18, o químico inglês Joseph Priestley fez outro experimento marcante. Uma vela apagava e um rato morria quando ficavam presos numa redoma de vidro. Mas, se um ramo de Hortelã (Mentha) fosse colocado junto, o ar era restaurado, e a vela voltava a queimar. Ele descobriu, por volta de 1771, que as plantas renovam o ar.

Átomos — Da Luz de Ingenhousz ao Carbono de Calvin

Faltava entender o papel da luz. Em 1779, o médico holandês Jan Ingenhousz mostrou que as plantas só purificam o ar quando estão iluminadas, e que apenas as partes verdes fazem isso. Pouco depois, o suíço Jean Senebier identificou o gás carbônico como a fonte do carbono das plantas.

Um dos segredos mais curiosos só foi revelado no século 20. Em 1941, Samuel Ruben e colegas usaram oxigênio marcado com um isótopo e provaram que o oxigênio liberado pelas plantas vem da água, e não do gás carbônico, como se imaginava até então. Ou seja: cada respiração nossa usa oxigênio que, um dia, fez parte de uma molécula de água dentro de uma folha.

Nos anos 1950, o químico americano Melvin Calvin e sua equipe usaram carbono radioativo e algas para seguir, passo a passo, o caminho do carbono dentro da planta. Descobriram a sequência de reações que transforma gás carbônico em açúcar, hoje chamada de ciclo de Calvin. Em 1961, Calvin recebeu o Prêmio Nobel de Química.

Fitoplâncton — Os Pulmões Invisíveis do Oceano

Quando se fala em oxigênio, muita gente pensa nas florestas. Mas uma grande parte do oxigênio da Terra vem do mar. O fitoplâncton, formado por algas microscópicas e cianobactérias que vivem perto da superfície, produz cerca de metade do oxigênio do planeta, segundo estimativas citadas por instituições de pesquisa oceânica.

Nas florestas, a fotossíntese também é intensa, mas boa parte do oxigênio produzido é consumida pela respiração das próprias plantas, dos animais e dos micróbios do solo. O papel das florestas é fundamental para guardar carbono, manter o ciclo das chuvas e abrigar a biodiversidade, como acontece na Amazônia e na Mata Atlântica.

No Brasil, a fotossíntese está no centro da economia. A Cana-de-açúcar, uma planta C4, transforma luz em açúcar, que vira álcool combustível nos tanques dos carros. A Soja (Glycine max), o Milho e as pastagens também dependem dela. Cientistas tentam imitar o processo em laboratório, na chamada fotossíntese artificial, para produzir combustíveis e hidrogênio a partir da luz do sol, da água e do gás carbônico.

Folha — Uma Reação que Fez o Mundo

A fotossíntese nasceu em micróbios há bilhões de anos, encheu a atmosfera de oxigênio e mudou o clima e a vida da Terra. Graças à endossimbiose, passou para as algas e as plantas e hoje alimenta quase todas as cadeias alimentares, da menor alga do oceano às lavouras que abastecem as cidades.

Entender esse processo levou séculos: de um salgueiro pesado num vaso a um rato numa redoma e a átomos marcados em laboratório. Cada folha verde continua repetindo, em silêncio, a receita que tornou a vida possível como a conhecemos. Da próxima vez que olhar para uma árvore, lembre que ela foi feita, em grande parte, de ar e de luz.

Quer explorar mais sobre as plantas que moldaram civilizações? Conheça A História das Plantas!

Fontes