Houve provas adicionais na segunda instância? A terceira nem lida com provas, não é?
De qualquer forma, acho que o exposto nem compromete as provas em si.
Pode até ser algo pouco lógico, ou completamente ilógico, mas talvez seja mesmo essa a necessidade legal de algo assim, não sei. Havendo a coisa toda constitucional de "qualquer das partes pode recusar um juiz parcial", ou qualquer que seja o fraseamento exato, e talvez a segunda instância (e muito menos a terceira, pelo pouco/nada que entendo) não poder ser preservada como algo isolado (legalmente falando, independentemente da lógica), mas tendo que haver um retrocesso, recomeçar do começo, sem o problema que levou à anulação.
Talvez a segunda possa ser "rebaixada" ao nível de primeira instância e haver uma nova segunda, sei lá.