A busca por vida em outros planetas – uma procura multidisciplinar dentro da

Astrobiologia [1]

A Astrobiologia se direciona a três questões básicas perguntadas por várias gerações:

como a vida começou e evoluiu, se a vida existe em outro lugar no universo e qual o

futuro da vida na Terra e além dela.

Um planeta ou satélite planetário é habitável se é capaz de sustentar a vida que se

origina nele ou que é carregada a ele. Ambientes habitáveis devem apresentar extensas

regiões de água líquida, condições favoráveis para a montagem de moléculas orgânicas

complexas e fontes de energia para sustentar o metabolismo. Avanços em nosso

entendimento sobre os limites da vida na Terra (como a descoberta de profundas

biosferas abaixo da superfície terrestre onde organismos não-fotossintéticos produzem

componentes orgânicos) têm promovido informações cruciais para o refinamento de

nossas estratégias em busca da vida no Sistema Solar.

A exploração astrobiológica é fundada sobre a premissa de que assinaturas de vida

(bioassinaturas) encontradas no espaço serão reconhecíveis. Uma bioassinatura é um

objeto, substância e/ou padrão que tem como origem um agente biológico. A utilidade

de uma bioassinatura é determinada não apenas pela probabilidade da vida tê-la criado,

mas também pela improbabilidade de processos não-biológicos produzir a mesma. Um

exemplo de bioassinatura poderia ser moléculas orgânicas complexas e/ou estruturas

para as quais a formação é inalcançável perante a ausência de vida.

Catálogos de bioassinaturas devem ser desenvolvidos refletindo características da vida

fundamentais e universais ******** e, portanto, não se restringem àquelas que

representam soluções locais para os desafios de sobrevivência. Ou melhor, certos

exemplos de maquinaria molecular específica de uma biosfera (como DNA e proteínas)

não precisam ser necessariamente imitados por diferentes exemplos de vida em outros

lugares no cosmos. Por outro lado, princípios básicos de evolução biológica podem, na

realidade, ser universais.

Muitos dos esforços na busca por vida focam na presença ou ausência de água em

grandes quantidades. A água é formada pelos dois mais abundantes elementos químicos

reativos no universo e é um ingrediente necessário para o tipo de vida na Terra. A água

líquida teve um papel importante na origem e no desenvolvimento da vida terrestre, sua

forte dicotomia polar-apolar com certas substâncias orgânicas permitiu a formação de

estruturas celulares independentes e estáveis.

No entanto, nem todos os atributos universais da vida serão expressos em materiais

planetários ancestrais ou materiais detectáveis por métodos astronômicos. Evidências de

evolução biológica, por exemplo, podem não ser facilmente detectáveis. Porém,

evidências melhor preservadas de vida poderiam incluir estruturas complexas que são

frequentemente retidas em sedimentos aquáticos ou podem ser preservadas em grandes

quantidades no ambiente. Logo, categorias de bioassinaturas podem incluir: morfologias

celular e extracelular, estruturas moleculares orgânicas, minerais biogênicos, gases

atmosféricos e componentes detectáveis sobre a superfície planetária (pigmentos

fotossintéticos, etc.).

Na Terra, bioassinaturas também incluem reservatórios de carbono e SULFUR e outros

elementos que coletivamente tem gravado impacto global da utilização de energia livre

e produção de biomassa e desperdícios. A fotossíntese produtora de oxigênio tem

simultaneamente criado grandes reservatórios de oxigênio atmosférico e seus

correspondentes produtos oxidados (marine sulfates and sedimentary ferric iron and

sulfates) e reduzidos (reservatórios sedimentares de matéria biogênica orgânica e

sulfides).

Conforme componentes biológicos mais complexos eventualmente evoluíram, as

bioassinaturas associadas se tornaram mais facilmente diferenciáveis do mundo

abiótico. A tecnologia humana continua esta linha, assim embora a tecnologia seja

provavelmente muito mais rara no universo que a vida, métodos atuais poderiam ser

mais bem desenvolvidos para detectar radiação eletromagnética ou outros indícios de

civilizações tecnológicas.

Uma definição de vida [2]

A maioria dos biólogos identificaria duas características principais que indicam vida: a

capacidade de auto-replicação e a capacidade de passar por evolução darwiniana. Dessa

pequena lista, uma definição de vida pode ser criada – Gerald Joyce da NASA propôs a

seguinte definição: “a self-sustaining chemical system capable of undergoing Darwinian

evolution” (um sistema química auto-suficiente capaz de obedecer à evolução

darwiniana, em tradução livre).

Fósseis Químicos [3]

No geral, estudos de bioassinaturas envolvem:

- Enterro e preservação/alteração: Como qualquer fóssil, um biomarcador deve ser

preservado adequadamente antes que possa ser redescoberto. Mesmo sob as condições

ideais em rochas sedimentares, os biomarcadores sofrem diagênese (um processo que

afeta sedimentos sobre ou perto da superfície sob baixas condições de temperatura e

pressão; cimentação; compactação; etc). Importantes pesquisas, provenientes em grande

parte da indústria de exploração de petróleo, são dedicadas ao entendimento de como o

aumento da pressão e temperatura alteram e eventualmente apagam as informações

contidas em um biomarcador. Tipicamente ligações covalentes são quebradas.

- Insolação: A insolação tem foco em rochas onde ocorreu muito pouco ou nenhum

metamorfismo. Como as moléculas de lipídios e hidrocarbonetos são geralmente mais

resistentes à alteração e à perda de rochas hospedeiras, essas são frequentes alvos de

biomoléculas.

- Caracterização: Amostras de campo contém uma rica mistura de moléculas que antes

devem ser separadas fisicamente. Primeiramente, extrações por solventes são utilizadas

para uma separação em larga escala; depois passos cromatográficos são usados para

separação em pequena escala. Mais frequentemente massas espectrométricas são

utilizadas para identificar biomoléculas contra bibliotecas conhecidas com base na

relação massa-carga, padrões de fragmentação e análise de isótopos estáveis. Técnicas

interrogativas intensivas, como ressonância magnética nuclear e uma grande parte de

métodos espectrométricos, são usados também na análise da estrutura de biomarcadores.

- Identificação: Usar um biomarcador como indicador de antigos organismos e

ambientes é mais útil quando sua biossíntese, abundância e distribuição em organismos

modernos são bem limitadas. Deve existir muita informação para se comparar com um

biomarcador caracterizado. Além disso, os processos que alteram e, assim, apagam as

informações contidas em uma estrutura de um biomarcador devem ser levados em

consideração. E, ainda, as reações enzimáticas que compreendem um metabolismo de

um organismo geralmente deixam marcas de isótopos nos compostos de biomarcadores.

Isso pode ser usado como uma forma de diagnóstico, essa pesquisa pode oferecer um

nível adicional de informações para a potencial biodiversidade ou condições redox em

ambientes antigos.

Breve Pesquisa de Bioassinaturas [3]

- Alcanos/Alcenos:

Alcanos, alcenos e suas modificações são abundantes biomarcadores porque são

essenciais na síntese de membranas na maioria dos organismos. Baseados no número de

átomos de carbono e suas ramificações, alguns biomarcadores alcanos são, em geral, se

não especificamente, de diagnóstico (por exemplo, algaenan como um biomarcador para

algas).

- Isoprenóides:

Isoprenóides são compostos de cinco carbonos usados na biossíntese de grandes

moléculas (por exemplo, carotenoides). Polímeros de isoprenóides de comprimento

variável e padrão de ramificação são geralmente biomarcadores recuperados com

algumas informações taxonômicas provenientes, apesar de sua abundância nos

organismos. Derivados de isopreno podem também ser muito específicos para certos

organismos. Por exemplo, o isorenieratane carotenoide é achado somente em uma única

família de uma bactéria fotossintética. Isso tem sido usado recentemente para

acompanhar anóxicas condições do oceano que acompanharam a extinção em massa do

Permiano-Triássico.

- Esteróis:

Esteróis são um diverso grupo de biomoléculas (por exemplo, colesterol, lanosterol,

cicloartenol), sintetizados a partir de isoprenóides e encontrados quase exclusivamente

em eucariontes (porém em algumas bactérias também). Sua função é a sinalização de

célula por célula e o controle da fluidez da membrana. Apesar da biossíntese de esteróis

partilhar os mesmos passos básicos biossintéticos com uma variedade de derivados do

isopreno, o O2 é requerido para a síntese dos esteróis em todos os organismos

conhecidos. Assim, a presença de esteróis, que se estende a provavelmente 2,7 bilhões

de anos, pode indicar não somente o aumento de eucariontes, mas também o

aparecimento do O2 na atmosfera.

- Hopanóides:

Hopanóides podem ser considerados como os “esteróis dos procariontes”. Pensa-se que

desempenham uma função análoga a esteróis na regulação da fluidez da membrana (mas

não necessitam de O2 na sua biossíntese). Algumas modificações, particularmente a

posição e a geometria dos grupos metil, são específicas para certos grupos taxonômicos,

incluindo algumas cianobactérias e proteobactérias.

- Biomarcadores pré-cambrianos:

Esses biomarcadores são de extrema importância para a compreensão dos

ambientes dominados pelos procariontes na Terra (e possivelmente em outros lugares).

Derivados de hopanóides e esteróis foram recuperados de rochas do período

arqueano que sofreram pequenas alterações térmicas. Hopanóides são encontrados com

as substituições do 3α-metil e 3β-metil, compatíveis com biomarcadores encontrados

em modernas cianobactérias e em bactérias metano-oxidantes. Derivados dos esteróis

tem cadeia lateral modificada somente em eucariontes modernos e requerem

explicitamente de O2 em sua biossíntese. Juntas, essas evidências sugerem que, pelo

menos, baixos níveis de O2 estavam disponíveis de fotossíntese aeróbica de

cianobactérias.

Alcanos ramificados podem ter uma correlação com a oxidação de sulfetos pelos

procariontes. Enquanto isso está presente na árvore da vida, pode ser um substituto para

a utilização do oxigênio em cadeias biológicas de transferência de elétrons. Essa classe

particular de biomarcadores também é encontrada em rochas mais recentes.

[1] Marais, David. Allamandola, Louis. Benner, Steven. Boss, Alan. Deamer, David.

Falkowsky, Paul. Farmer, Jack. Hedges, Blair. Jakosky, Bruce. Knoll, Andrew.

Liskowsky, David. Meadows, Victoria. Meyer, Michael. Pilcher, Carl. Nealson,

Kenneth. Spormann, Alfred. Trent, Jonathan. Turner, William. Woolf, Neville. Yorke,

Harold. The NASA Astrobiology Roadmap, 2003.

[2] Rothery, David. Gilmour, Iain. Sephton, Mark. An Introduction to Astrobiology.

Cambridge University Press, 2011.

[3] Billings, Linda. Cameron, Vyllinniskii. Claire, Mark. Dick, Greg. Domagal-

Goldman, Shawn. Javaux. Emmanuelle. Johnson, Orion. Laws, Chris. Race, Margaret.

Rask, Jon. Rummel, John. Schelble, Rachel. Vance, Steve. The Astrobiology Primer:

An Outline of General Knowledge - Version 1, 2006