Em um armazém a céu aberto na tropical Darwin, Austrália, dezenas de bandejas guardam testemunhos cilíndricos de rocha, perfurados centenas de metros abaixo da superfície por empresas de exploração mineral décadas atrás. Essas empresas procuravam principalmente minerais, não os segredos da existência, então podem ser perdoadas por não notarem os fósseis microscópicos de organismos antigos enterrados no lamito — rocha sedimentar formada a partir de lama endurecida do fundo do mar — de um mar interior que cobriu grande parte do norte da Austrália há mais de 1,5 bilhão de anos.

Como mostra um novo estudo publicado na Nature, esses testemunhos negligenciados são centrais para um enigma de longa data sobre o maior salto evolutivo da história da Terra: a origem dos eucariotos.

Toda a vida na Terra se enquadra em uma de duas categorias, fundamentalmente diferentes no nível celular. Procariontes — bactérias e archaea — têm organização celular simples e são majoritariamente unicelulares. Eucariotos, que incluem todos os animais, plantas, algas e fungos, têm células muito mais complicadas, com núcleo e estruturas especializadas chamadas organelas que desempenham funções específicas. A revolução eucariótica transformou o planeta, levou ao surgimento dos animais e, eventualmente, a nós. Com base em observações dos genes de organismos vivos, hoje é amplamente aceito que o último ancestral comum de todos os eucariotos vivos resultou da união simbiótica de pelo menos dois micróbios procariontes: um archaeon e uma bactéria.

A primeira evidência de vida eucariótica vem na forma de fósseis de organismos unicelulares que mostram um nível de complexidade celular não visto entre procariontes, mas comum em eucariotos. Fósseis de eucariotos podem ser encontrados ao redor do mundo em rochas que datam de pelo menos 1,5 bilhão de anos. Os fósseis do Território do Norte, cujos mais antigos datam de 1,75 bilhão de anos atrás, são os fósseis de eucariotos mais antigos conhecidos globalmente.

Mas o mundo antigo em que os primeiros eucariotos evoluíram permanece envolto em mistério, e muitos aspectos fundamentais de sua natureza são desconhecidos.

Muitos tipos de bactérias podem viver e crescer sem oxigênio. Mas quase todos os eucariotos vivos hoje usam oxigênio para sobreviver, porque a respiração aeróbica — decompor alimentos usando oxigênio — fornece as vastas quantidades de energia que a vida complexa exige. No entanto, a ideia de que o oxigênio sempre foi benéfico para todos os eucariotos tem sido contestada nos últimos anos, após descobertas surpreendentes de eucariotos enigmáticos que podem prosperar sem oxigênio. Há também evidências crescentes no registro geológico de que, quando os eucariotos estavam evoluindo pela primeira vez, o oxigênio provavelmente era muito mais escasso, o que significa que habitats marinhos livres de oxigênio seriam a norma. Coletivamente, essas observações colocaram em dúvida a suposição de que os eucariotos dependem de oxigênio desde seu início.

Estudos genéticos de micróbios vivos pertencentes a grupos considerados mais próximos dos ancestrais do primeiro eucarioto podem oferecer insights-chave sobre a ancestralidade eucariótica. Mas apenas o registro fóssil pode nos falar sobre linhagens há muito extintas, e apenas a geologia pode oferecer uma janela para o tipo de mundo em que esses organismos viviam.

Para o novo estudo, os pesquisadores trituraram amostras dos testemunhos de lamito armazenados em Darwin e depois as dissolveram. Identificaram mais de 12.000 fósseis analisando o resíduo orgânico deixado para trás sob um microscópio. Também estudaram os lamitos nos quais os fósseis foram preservados para entender melhor como era o ambiente quando os sedimentos foram depositados, oferecendo insight sobre os habitats em que esses eucariotos viviam. E, analisando a química desses lamitos, puderam determinar se o oxigênio estava presente na água do mar antiga.

Os resultados mostram que fósseis de eucariotos foram encontrados em ambientes que variam de planícies de lama costeiras ao mar aberto, mas apenas em amostras depositadas em ambientes oxigenados. Amostras de ambientes livres de oxigênio continham apenas formas simples, procariontes. Isso sugere que mesmo os eucariotos mais antigos conhecidos que viveram