Será que vamos encontrar vida simples algures? Talvez em Encélado ou Europa, aqui no nosso Sistema Solar, ou mais longe, num exoplaneta?
À medida que nos tornamos mais capazes de explorar o Sistema Solar e de caracterizar exoplanetas, a hipótese de detetar alguma forma de vida elementar deixa de ser apenas ficção científica e passa a integrar, de forma cada vez mais concreta, o planeamento de missões.
Com a possibilidade de uma descoberta a aproximar-se, faz sentido colocar uma pergunta essencial: como poderia ser essa vida?
Uma equipa de investigadores da Universidade da Califórnia, em Riverside, analisou a Terra antiga e alguns dos seus primeiros habitantes para perceber melhor como poderá ser a vida simples noutros mundos - e, em paralelo, como poderão ser as respetivas atmosferas.
A Terra antes do Grande Evento de Oxigenação (GOE) e a ligação entre vida e atmosfera
A Terra atual é muito diferente daquela época em que apenas existia vida simples. O Grande Evento de Oxigenação (GOE) transformou o planeta de forma irreversível e colocou-o no caminho que conduziu à Terra que conhecemos: uma atmosfera rica em oxigénio e a emergência de vida complexa. Antes do GOE, a atmosfera era profundamente diferente - e a própria vida contribuiu para essa mudança. Esta curta história deixa uma ideia central: vida e ambiente evoluem em conjunto e influenciam-se mutuamente.
Os primeiros seres vivos da Terra desenvolveram-se num ambiente com relativamente pouca energia disponível e numa atmosfera pobre em oxigénio.
A luz solar era a única fonte de energia facilmente acessível e, muito antes de a fotossíntese surgir, os organismos exploravam a luz de outra forma.
Em vez de fotossíntese, recorriam a proteínas chamadas rodopsinas para captar energia do Sol - uma estratégia mais simples do que a fotossíntese, que exige maquinaria bioquímica mais complexa.
“Na Terra primitiva, a energia poderá ter sido muito escassa. Bactérias e arqueias descobriram como usar a energia abundante do Sol sem as biomoléculas complexas necessárias para a fotossíntese”, afirmou o astrobiólogo Edward Schwieterman (UC Riverside) num comunicado.
Schwieterman é coautor de um novo estudo publicado na revista Molecular Biology and Evolution. O artigo intitula-se “Earliest Photic Zone Niches Probed by Ancestral Microbial Rhodopsins”, liderado por Betul Kacar, astrobióloga da Universidade de Wisconsin–Madison.
Rodopsinas: um fio evolutivo que chega até hoje
As rodopsinas não desapareceram com os organismos antigos que as “inauguraram”. Pelo contrário, continuam muito presentes na vida atual - inclusive em nós. Estão, por exemplo, nos bastonetes da retina, sendo fundamentais para a visão com pouca luz. Também aparecem em formas de vida simples contemporâneas, como as que vivem em lagoas de evaporação salina (salinas).
O facto de existirem hoje cria uma ponte direta para a história evolutiva destas proteínas. Para explorar essa ligação, os investigadores recorrem a aprendizagem automática e sequenciação de proteínas, ferramentas que permitem acompanhar a evolução das rodopsinas ao longo de escalas de tempo geológicas.
Olhar para a vida e para a atmosfera atuais da Terra não é, por si só, uma boa forma de decidir como procurar vida noutros mundos. A nossa atmosfera é rica em oxigénio, mas alguns trabalhos sugerem que a atmosfera da Terra primitiva poderia ter sido mais semelhante à de Vénus do que à Terra atual.
Ao reconstruírem a evolução das rodopsinas, os autores criaram uma “árvore genealógica” destas proteínas e conseguiram reconstituir versões que existiram entre 2,5 e 4 mil milhões de anos atrás.
Atmosferas planetárias, bioassinaturas e o retrato da Terra primitiva
Grande parte da procura de vida concentra-se nas atmosferas planetárias. Certas moléculas atmosféricas podem funcionar como bioassinaturas, mas, para sabermos quais delas podem denunciar a presença de vida simples e precoce, precisamos de conhecer com detalhe como era a atmosfera da Terra quando o planeta já tinha vida, mas ainda não tinha oxigénio abundante.
No início do artigo, os autores estabelecem o enquadramento do problema:
“Decifrar as relações complexas entre a vida e os ambientes que habita é central para reconstruir os fatores que determinam a habitabilidade planetária ao longo de escalas de tempo geológicas.”
Kacar resume a lógica do trabalho de forma direta:
“A vida tal como a conhecemos é tanto uma expressão das condições do nosso planeta como é da própria vida. ‘Ressuscitámos’ sequências antigas de ADN de uma molécula, e isso permitiu-nos ligá-la à biologia e ao ambiente do passado.”
A equipa compara esta abordagem, de forma útil, aos testes genealógicos modernos: hoje enviamos ADN e obtemos pistas sobre as nossas origens. Aqui, a ideia é semelhante, mas a profundidade temporal é incomparavelmente maior.
“É como recolher o ADN de muitos netos para reproduzir o ADN dos avós. Só que não são avós, mas seres minúsculos que viveram há milhares de milhões de anos, por todo o mundo”, explicou Schwieterman.
O que a luz absorvida revela sobre a vida simples e o ambiente antigo
Os investigadores identificaram diferenças entre rodopsinas antigas e modernas na luz que absorvem. A partir das reconstruções genéticas, concluíram que as rodopsinas ancestrais absorviam sobretudo luz azul e verde, enquanto as rodopsinas atuais conseguem absorver azul, verde, amarelo e laranja. Esta diferença funciona como pista para distinguir as condições ambientais da Terra antiga das atuais.
Sabe-se que a Terra antiga não tinha camada de ozono antes do GOE, ocorrido há cerca de 2,0 a 2,4 mil milhões de anos.
A camada de ozono não se forma sem oxigénio livre na atmosfera; sem ela, a vida estava exposta a muito mais radiação ultravioleta (UV) do que hoje.
Atualmente, a camada de ozono terrestre absorve cerca de 97% a 99% da radiação UV do Sol.
A equipa interpreta o padrão de absorção - azul e verde, mas não amarelo e laranja - como sinal de que os organismos que dependiam destas rodopsinas viviam a vários metros de profundidade na coluna de água. A água acima atuaria como escudo contra a radiação UVB intensa à superfície.
Depois do GOE, com a camada de ozono a fornecer proteção contra a radiação UV solar, a vida teria evoluído rodopsinas mais “modernas”, capazes de captar um intervalo mais amplo de luz. Assim, as rodopsinas atuais conseguem absorver amarelo e laranja, além do azul e do verde.
Rodopsinas e fotossíntese: uma complementaridade inesperada
As rodopsinas modernas captam luz que os pigmentos fotossintéticos de clorofila não conseguem aproveitar. De forma elegante do ponto de vista evolutivo, rodopsinas e fotossíntese acabam por se complementar, absorvendo porções diferentes do espectro luminoso - apesar de serem mecanismos independentes e sem relação direta. Essa complementaridade, contudo, levanta uma questão intrigante sobre como terá ocorrido a evolução.
“Isto sugere coevolução, no sentido em que um grupo de organismos está a explorar a luz que o outro não absorve”, disse Schwieterman. “Pode ter acontecido porque as rodopsinas surgiram primeiro e ‘filtraram’ a luz verde, levando as clorofilas a evoluir depois para absorver o restante. Ou pode ter ocorrido ao contrário.”
Geologia, Sol e… biomoléculas como “paleossensores”
Muitas pistas sobre a vida inicial da Terra estão guardadas na geologia. É comum os cientistas estudarem rochas antigas para compreender como a vida primitiva sobreviveu e evoluiu.
Também se analisa o comportamento do Sol e a fração da sua energia que atingia a superfície do planeta, à medida que a Terra mudava ao longo do tempo. No entanto, os autores destacam uma via adicional:
“A informação codificada na própria vida poderá fornecer perspetivas novas sobre como o nosso planeta manteve a habitabilidade onde as inferências geológicas e estelares não são suficientes.”
Nas formas de vida antigas, as rodopsinas funcionavam como um tipo de bomba de protões. Uma bomba de protões cria um gradiente de energia no organismo, distinto da fotossíntese, que produz energia química para permitir a sobrevivência. Esse gradiente gera uma diferença de potencial eletroquímico através da membrana celular - uma espécie de “pilha”, porque o gradiente representa energia que pode ser usada mais tarde.
Ainda assim, para fins de procura de vida, não é necessário dominar todos os detalhes do mecanismo. O ponto-chave é perceber como este tipo de adaptação pode ajudar a identificar atmosferas de exoplanetas semelhantes à da Terra primitiva - e a vida simples que poderia prosperar nesses ambientes.
A equipa argumenta que os dados codificados nas biomoléculas podem revelar nichos onde a vida antiga sobreviveu e que não aparecem em nenhum registo paleontológico. Chamam-lhes paleossensores.
Os autores referem que, como a “... diversificação funcional e a afinação espectral desta família de proteínas taxonomicamente diversa...” estão interligadas, as rodopsinas tornam-se uma excelente plataforma de laboratório para reconhecer bioassinaturas detetáveis remotamente em exoplanetas.
Próximos passos: biologia sintética e “viagens no tempo” em laboratório
O trabalho não fica por aqui.
A equipa quer recorrer a técnicas de biologia sintética para estudar rodopsinas ancestrais, investigar de que forma influenciaram a atmosfera antiga da Terra e explorar como poderiam, em princípio, influenciar atmosferas de exoplanetas.
“Inserimos o ADN antigo dentro de genomas modernos e reprogramamos os microrganismos para se comportarem como acreditamos que se comportavam há milhões de anos. A rodopsina é uma excelente candidata para estudos laboratoriais de ‘viagem no tempo’”, afirmou Kacar.
Parte da evidência sobre a vida e a atmosfera primitivas da Terra permanece fora do nosso alcance. Ainda assim, este método ajuda a contornar obstáculos na procura dessa evidência - e é difícil prever onde poderá levar.
“O nosso estudo demonstra, pela primeira vez, que as histórias comportamentais das enzimas são passíveis de reconstrução evolutiva de formas que as bioassinaturas moleculares convencionais não permitem”, disse Kacar.
O que a Terra antiga nos ensina sobre Encélado, Europa e exoplanetas
Quanto mais compreendemos a Terra primitiva, mais informação ganhamos para interpretar outros mundos. Se existirem vários planetas com vida, é provável que cada um tenha seguido um percurso distinto até alojar organismos. Ainda assim, existirão paralelos na química e na física subjacentes. E, tal como aconteceu na Terra, a interação entre vida e ambiente deverá moldar a história desses mundos.
Os autores escrevem:
“A coevolução do ambiente e da vida no início da história da Terra serve como modelo para prever bioassinaturas universais, detetáveis, que possam ser geradas num planeta dominado por microrganismos para lá do nosso Sistema Solar.”
Schwieterman reforça a importância desta perspetiva:
“A Terra primitiva é um ambiente alienígena quando comparado com o nosso mundo de hoje. Compreender como os organismos aqui mudaram ao longo do tempo e em diferentes ambientes vai ensinar-nos coisas cruciais sobre como procurar e reconhecer vida noutros lugares.”
Implicações para futuras missões e instrumentos
Este tipo de investigação também tem consequências práticas: ao indicar quais comprimentos de onda e quais moléculas atmosféricas podem estar ligados a ecossistemas microbianos, ajuda a orientar o desenho de instrumentos de espectroscopia e a definir prioridades de observação. Em missões futuras - tanto no Sistema Solar (por exemplo, em plumas de Encélado ou em oceanos sob o gelo de Europa) como em observações de exoplanetas - modelos inspirados na Terra primitiva podem melhorar a forma como distinguimos sinais biológicos de processos puramente geológicos.
Limitações e cautelas na leitura de bioassinaturas
Ao mesmo tempo, a procura de bioassinaturas exige prudência. Muitos sinais atmosféricos podem ter falsos positivos, resultantes de química não biológica ou de condições planetárias específicas. Por isso, reconstruir cenários plausíveis para a Terra antiga - incluindo as relações entre rodopsinas, radiação UV e composição atmosférica - pode ajudar a construir critérios mais robustos para interpretar dados e reduzir ambiguidades quando surgirem candidatos a vida simples.
Este artigo foi originalmente publicado pela Universe Today. Leia o artigo original.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário