Para a maioria das espécies de vida no universo, o oxigênio pode ser um veneno mortal. Mas, curiosamente, isso pode simplificar significativamente a busca por uma vida assim para os astrobiólogos. Imagine que você está entrando em uma máquina do tempo que pode não apenas viajar por bilhões de anos, mas também superar objetivos de luz no espaço sideral, tudo para encontrar vida no universo. Como você iniciaria sua pesquisa? As recomendações dos cientistas podem surpreendê-lo.
A princípio, você pode pensar que a vida pode ser como a vida familiar na terra: grama, árvores, animais brincando em um bebedouro sob o céu azul e o sol amarelo. Mas esta é a linha de pensamento errada. Os astrônomos que censuram os planetas da Via Láctea tendem a acreditar que a maior parte da vida no universo existe em mundos orbitando estrelas anãs vermelhas que são menores, mas mais numerosas do que estrelas como o nosso sol. Em parte por causa dessa abundância, os astrônomos precisam estudá-los com grande diligência. Tome, por exemplo, a anã vermelha TRAPPIST-1, que está a apenas 40 anos-luz de distância. Em 2017, os astrônomos descobriram que pelo menos sete planetas semelhantes à Terra giram em torno dele. Muitos novos observatórios - liderados por uma estrela da NASA,com o Telescópio Espacial James Webb - a partir de 2019 e poderá conhecer melhor os planetas do sistema TRAPPIST-1, assim como muitos outros planetas próximos às anãs vermelhas em busca de vida.
Enquanto isso, ninguém sabe ao certo o que você encontrará ao visitar um desses mundos estranhos em sua máquina espaço-tempo, mas se o planeta se parecer com a Terra, há grandes chances de você encontrar micróbios, e não uma megafauna atraente. O estudo, publicado em 24 de janeiro na Science Advances, demonstra o que esse fato curioso pode significar para a busca por alienígenas. Um dos autores do trabalho, David Cutling, químico atmosférico da Universidade de Washington em Seattle, está investigando a história de nosso planeta para desenvolver uma nova receita para a busca de vida unicelular em mundos distantes no futuro próximo.
A maior parte da vida na Terra hoje é microbiana, e uma leitura cuidadosa dos dados fósseis e geoquímicos do planeta mostra que sempre foi assim. Organismos como animais e plantas - e o oxigênio que essas plantas produzem para respirar nos animais - são fenômenos relativamente novos que surgiram nos últimos meio bilhão de anos. Antes disso, em quatro bilhões de anos de história da Terra, nosso planeta passou os primeiros dois bilhões de anos no papel de um "mundo lamacento" sob o controle de micróbios que se alimentam de metano, para o qual o oxigênio não era um gás vital, mas um veneno mortal. O desenvolvimento de cianobactérias fotossintéticas determinou o destino dos próximos dois bilhões de anos, e micróbios "metanogênicos" foram levados para lugares escuros onde o oxigênio não poderia chegar - cavernas subterrâneas, pântanos profundos e outros territórios sombrios em que ainda vivem. Cianobactérias gradualmente esverdearam nosso planeta, lentamente encheram sua atmosfera com oxigênio e lançaram as bases para o mundo moderno. Se você visitou nosso planeta em sua máquina do tempo todos esses anos, então nove em cada dez vezes você encontraria vida de algas unicelulares, e você também correria o risco de sufocar no ar pobre em oxigênio.
Isso representa um desafio para os cientistas que esperam usar o Telescópio James Webb (em vez de uma máquina do tempo) para pesquisar outros mundos de vida. As moléculas na atmosfera de um planeta podem absorver a luz transmitida pelas estrelas, resultando em impressões de luz que os astrônomos podem detectar. A abundância de oxigênio na atmosfera do planeta é um dos indicadores mais óbvios de vida possível, pois não é muito fácil criá-la sem a biologia. De acordo com astrobiólogos, este gás altamente reativo pode ser uma “bioassinatura” porque em altas concentrações ele “sai do equilíbrio” com o meio ambiente. O oxigênio, via de regra, sai do ar na forma de ferrugem e outras oxidações nos metais, e não permanece em estado gasoso; portanto, se houver muito, algo - talvez a vida fotossintetizante - deve constantemente reabastecê-lo. Mas se você tomar nosso planeta como exemplo, os astrobiólogos admitem que o oxigênio pode ser a última coisa que eles encontram - a genética diz que a fotossíntese complexa como um processo de produção de oxigênio foi inventada pelas cianobactérias como uma inovação evolutiva incomum que foi encontrada apenas uma vez ao longo da longa história da Terra biosfera. Consequentemente, qualquer caçador de vida em outros planetas verá através das lentes de um telescópio, muito provavelmente, um planeta sem oxigênio. Que outras bioassinaturas esse caçador pode procurar?qualquer caçador de vida em outros planetas verá através das lentes de um telescópio, muito provavelmente um planeta sem oxigênio. Que outras bioassinaturas esse caçador pode procurar?qualquer caçador de vida em outros planetas verá através das lentes de um telescópio, muito provavelmente um planeta sem oxigênio. Que outras bioassinaturas esse caçador pode procurar?
Atualmente, a melhor maneira de encontrar a resposta é voltar à nossa máquina do tempo. Só que desta vez já será um modelo virtual de computador que mergulha nas profundezas inacessíveis do passado anóxico da Terra (ou do mundo alienígena presente), explorando a possível química dos gases na atmosfera e no oceano que poderia ocorrer. Ao usar dados de rochas antigas e outros modelos para selecionar as melhores suposições sobre a química do ambiente da Terra há três bilhões de anos, um computador pode ver desequilíbrios óbvios - possíveis bioassinaturas. Na verdade, foi isso que Cutling fez, trabalhando com Joshua Chrissansen-Totton e Stephanie Olson, da Universidade da Califórnia, em Riverside.
Sua "máquina do tempo" é uma aproximação numérica de um enorme volume de ar preso em uma grande caixa transparente com um oceano aberto na base da caixa; o computador simplesmente calcula como os gases na caixa irão reagir e se misturar com o tempo. No final das contas, os gases em interação usam toda a "energia livre" da caixa e atingem o equilíbrio - quando a reação requer energia adicional de fora, como se o refrigerante tivesse acabado. Comparando um coquetel de gases exaustos com a mistura revitalizada originalmente trancada na caixa, os cientistas podem calcular exatamente como e quando a atmosfera do mundo estava em equilíbrio. Esta abordagem poderia reproduzir o exemplo mais óbvio de desequilíbrio atmosférico que nosso planeta possui - a presença de oxigênio e vestígios de metano. Programas de química simplesque esses gases não deveriam coexistir por muito tempo, mas coexistem na Terra, o que deixa claro que algo em nosso planeta respira e vive. Mas, para uma Terra antiga sem oxigênio, o modelo exibiria um comportamento completamente diferente.
"Nossa pesquisa fornece uma resposta" à questão de como encontrar vida anóxica em um planeta semelhante à Terra, disse Cutling. A maior parte da vida é simples - como os micróbios - e a maioria dos planetas ainda não atingiu o estágio de atmosferas ricas em oxigênio. A combinação de dióxido de carbono e metano relativamente abundantes (na ausência de monóxido de carbono) é a bioassinatura desse mundo.
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Chrissansen-Totton explica com mais detalhes: “A presença de metano e dióxido de carbono ao mesmo tempo é incomum, porque o dióxido de carbono é o estado mais oxidado do carbono, e o metano (que consiste em um átomo de carbono ligado a quatro átomos de hidrogênio) é o oposto. É muito difícil produzir essas duas formas extremas de oxidação na atmosfera ao mesmo tempo na ausência de vida. Um planeta sólido com um oceano e mais de 0,1% de metano na atmosfera deve ser considerado um planeta potencialmente habitável, dizem os cientistas. E se o metano atmosférico atingir um nível de 1% ou mais, então, neste caso, o planeta não será “potencialmente”, mas “provavelmente” habitável.
Jim Casting, um químico atmosférico da Universidade da Pensilvânia, diz que esses resultados estão "no caminho certo", embora "a ideia de que o metano possa ser uma bioassinatura em uma atmosfera de anóxido seja relativamente antiga".
Além disso, Cutling e seus coautores descobriram como sua assinatura de metano deveria se manifestar e como distingui-la de fontes não vivas. De acordo com seu modelo, o metano na atmosfera de um planeta anóxico do tipo terrestre geralmente deve reagir com o dióxido de carbono, que ainda está no ar, se misturar com nitrogênio e vapor d'água e chover como um composto pesado. Cálculos posteriores mostraram que nenhuma fonte abiótica (isto é, não viva) de metano em um planeta sólido será capaz de produzir gás suficiente para interferir neste processo - seja poluição por gás vulcânico, reações químicas em aberturas profundas do mar e até mesmo quedas de asteróides. Apenas uma população viva de bactérias comedoras de metano pode explicar o gás. Mais importante, mesmo que as fontes abióticas forneçam metano suficiente,eles quase inevitavelmente produzirão muito monóxido de carbono, um gás que é venenoso para os animais, mas amado por muitos micróbios. Juntos, metano e dióxido de carbono, na ausência de monóxido de carbono, em um planeta sólido com um oceano podem ser interpretados como um sinal de vida independente de oxigênio.
Esta é uma boa notícia para os astrônomos. O Telescópio James Webb terá dificuldade para detectar diretamente a presença de oxigênio em qualquer planeta potencialmente habitável que encontrar em sua missão. Assim como seus olhos podem distinguir a luz visível, mas não podem ver rádio ou raios-X, a visão de Webb é sintonizada no espectro infravermelho - uma parte do espectro que é ideal para estudar estrelas e galáxias antigas, mas não lida bem com linhas de absorção de oxigênio, onde são dispersas e raras … Alguns cientistas temem que a busca por vida tenha de ser adiada até que outros telescópios mais capazes estejam disponíveis. Mas embora Webb não consiga ver o oxigênio com facilidade, seus olhos infravermelhos podem ver perfeitamente sinais de vida sem oxigênio. O telescópio é capaz de detectar simultaneamente metano,dióxido de carbono e monóxido de carbono na atmosfera de alguns planetas próximos a estrelas anãs vermelhas. Por exemplo, no sistema TRAPPIST-1.
Ainda assim, é improvável que Webb domine a parte mais importante dos critérios de Cutling - determinar a quantidade relativa de cada gás - e não consegue entender, por exemplo, se vulcões ou micróbios peidos produzem metano em um determinado planeta. É improvável que Webb encontre uma biosfera anóxido em qualquer planeta sob um sol vermelho.
Outra coisa é importante. É mais importante buscar a vida do que oxigênio.
Ilya Khel
