Crédito de imagem: NASA
Christopher Chyba é o principal pesquisador da equipe principal do Instituto SETI do Instituto de Astrobiologia da NASA. Chyba anteriormente chefiou o Centro para o Estudo da Vida no Universo do Instituto SETI. Sua equipe NAI está realizando uma ampla gama de atividades de pesquisa, analisando o início da vida na Terra e a possibilidade de vida em outros mundos. O editor-gerente da Astrobiology Magazine, Henry Bortman, falou recentemente com Chyba sobre vários projetos de sua equipe que exploram a origem e o significado do oxigênio na atmosfera da Terra.
Revista Astrobiology: Muitos dos projetos em que os membros de sua equipe trabalharão têm a ver com oxigênio na atmosfera da Terra. Hoje o oxigênio é um componente significativo do ar que respiramos. Mas, no início da Terra, havia muito pouco oxigênio na atmosfera. Há muito debate sobre como e quando a atmosfera do planeta se oxigenou. Você pode explicar como a pesquisa de sua equipe abordará essa questão?
Christopher Chyba: A história usual, com a qual você provavelmente está familiarizado, é que, depois que a fotossíntese oxigênio evoluiu, havia uma enorme fonte biológica de oxigênio no início da Terra. Essa é a visão usual. Pode estar certo, e o que geralmente ocorre nesses tipos de argumento não é se um efeito está certo ou não. Provavelmente muitos efeitos estavam ativos. É uma questão de qual foi o efeito dominante ou se houve vários efeitos de importância comparável.
Friedemann Freund, pesquisador do Instituto SETI, tem uma hipótese completamente não biológica sobre o aumento do oxigênio, que tem algum apoio experimental do trabalho de laboratório que ele fez. A hipótese é que, quando as rochas se solidificam a partir do magma, elas incorporam pequenas quantidades de água. O resfriamento e as reações subsequentes levam à produção de ligações peróxidas (constituídas por átomos de oxigênio e silício) e hidrogênio molecular nas rochas.
Então, quando a rocha ígnea é subsequentemente intemperizada, os elos peróxidos produzem peróxido de hidrogênio, que se decompõe em água e oxigênio. Portanto, se isso estiver correto, simplesmente resistir a rochas ígneas será uma fonte de oxigênio livre na atmosfera. E se você observar algumas das quantidades de oxigênio que Friedemann é capaz de liberar das rochas em situações bem controladas em seus experimentos iniciais, pode ser que essa tenha sido uma fonte substancial e significativa de oxigênio na Terra primitiva.
Portanto, mesmo à parte da fotossíntese, pode haver um tipo de fonte natural de oxigênio em qualquer mundo semelhante à Terra que possua atividade ígnea e água líquida disponível. Isso sugere que a oxidação da superfície pode ser algo que você espera que ocorra, se a fotossíntese acontece cedo ou tarde. (É claro que o momento disso depende também dos sumidouros de oxigênio.) Enfatizo que tudo é uma hipótese neste momento, para uma investigação muito mais cuidadosa. Friedemann fez apenas experimentos piloto até agora.
Uma das coisas interessantes sobre a idéia de Friedemann é que ela sugere que pode haver uma fonte importante de oxigênio em planetas completamente independente da evolução biológica. Portanto, pode haver um fator natural para a oxidação da superfície de um mundo, com todas as conseqüências resultantes para a evolução. Ou talvez não. O objetivo é fazer o trabalho e descobrir.
Outro componente de seu trabalho, que Friedemann fará com a microbiolologista Lynn Rothschild, da NASA Ames Research Center, tem a ver com essa questão de saber se, em ambientes associados a rochas ígneas intemperizadas e à produção de oxigênio, você poderia criar microambientes que permitiria que certos microorganismos que viviam nesses ambientes fossem pré-adaptados a um ambiente rico em oxigênio. Eles estão trabalhando com microorganismos para tentar resolver essa questão.
SOU: Emma Banks observará interações químicas na atmosfera da lua de Saturno, Titã. Como isso se relaciona ao entendimento do oxigênio na Terra primitiva?
CC: Emma está olhando para outra maneira abiótica que pode ser importante para oxidar a superfície de um mundo. Emma faz modelos computacionais químicos, até o nível da mecânica quântica. Ela faz isso em vários contextos, mas o que é relevante para esta proposta tem a ver com a formação de neblina.
Em Titã - e possivelmente também na Terra primitiva, dependendo do seu modelo para a atmosfera da Terra primitiva - há uma polimerização de metano [a combinação de moléculas de metano em moléculas maiores de cadeia de hidrocarbonetos] na atmosfera superior. A atmosfera de Titã é vários por cento de metano; quase todo o resto é nitrogênio molecular. É bombardeado com luz ultravioleta do sol. Também é bombardeado com partículas carregadas da magnetosfera de Saturno. O efeito disso, agindo sobre o metano, CH4, é quebrar o metano e polimerizá-lo em hidrocarbonetos de cadeia mais longa.
Se você começar a polimerizar o metano em cadeias de carbono cada vez mais longas, cada vez que adicionar outro carbono à cadeia, terá que se livrar de um pouco de hidrogênio. Por exemplo, para passar de CH4 (metano) para C2H6, (etano), é necessário livrar-se de dois hidrogênios. O hidrogênio é um átomo extremamente leve. Mesmo que produz H2, essa é uma molécula extremamente leve, e essa molécula se perde do topo da atmosfera de Titã, assim como se perde do topo da atmosfera da Terra. Se você sangra o hidrogênio da parte superior da atmosfera, o efeito final é oxidar a superfície. Portanto, é outra maneira que fornece uma oxidação líquida da superfície de um mundo.
Emma está interessada nisso principalmente em relação ao que acontece em Titã. Mas também é potencialmente relevante como uma espécie de mecanismo oxidante global para o início da Terra. E, trazendo nitrogênio para a imagem, ela está interessada na produção potencial de aminoácidos fora dessas condições.
SOU: Um dos mistérios sobre o início da vida na Terra é como ele sobreviveu aos efeitos prejudiciais da radiação ultravioleta (UV) antes que houvesse oxigênio suficiente na atmosfera para fornecer um escudo de ozônio. Janice Bishop, Nathalie Cabrol e Edmond Grin, todos com o Instituto SETI, estão explorando algumas dessas estratégias.
CC: E existem muitas estratégias potenciais lá. Um deles é profundo o suficiente abaixo da superfície, se você está falando sobre a terra ou o mar, para ser completamente protegido. Outra deve ser protegida por minerais dentro da própria água. Janice e Lynn Rothschild estão trabalhando em um projeto que está examinando o papel dos minerais de óxido férrico na água como uma espécie de escudo UV.
Na ausência de oxigênio, o ferro na água estaria presente como óxido férrico. (Quando você tem mais oxigênio, o ferro oxida ainda mais; torna-se ferroso e cai). O óxido férrico poderia ter desempenhado o papel de um escudo ultravioleta nos primeiros oceanos ou em lagoas ou lagos. Para investigar o quão bom é um potencial escudo UV, você pode querer fazer algumas medidas, incluindo medidas em ambientes naturais, como em Yellowstone. E mais uma vez, há um componente microbiológico no trabalho, com o envolvimento de Lynn.
Isso está relacionado ao projeto que Nathalie Cabrol e Edmond Grin estão realizando, de uma perspectiva diferente. Nathalie e Edmond estão muito interessados em Marte. Ambos fazem parte da equipe científica da Mars Exploration Rover. Além de seu trabalho em Marte, Nathalie e Edmond exploram ambientes na Terra como locais analógicos em Marte. Um de seus tópicos de investigação são estratégias de sobrevivência em ambientes com alto nível de UV. Há um lago com seis quilômetros de altura em Licancabur (um vulcão adormecido nos Andes). Agora sabemos que há vida microscópica naquele lago. E gostaríamos de saber quais são suas estratégias para sobreviver no ambiente com alto nível de UV lá? E essa é uma maneira diferente e muito empírica de abordar essa questão de como a vida sobreviveu no ambiente de alta radiação UV que existia no início da Terra.
Esses quatro projetos estão todos acoplados, porque eles têm a ver com o aumento do oxigênio no início da Terra, como os organismos sobreviveram antes que houvesse oxigênio substancial na atmosfera e, então, como tudo isso se relaciona com Marte.
Fonte original: Astrobiology Magazine
