A busca de John Priscu pela vida que prospera sob o gelo o levou a lagos subglaciais no Polo Sul. Agora ele está de olho em Marte e Europa.
Quando John Priscu cresceu em Las Vegas, seu pai, metalúrgico na indústria aeroespacial, incentivou seu filho a passar algum tempo ao ar livre. O jovem Priscu ouviu: jogava futebol nos níveis juvenil, colegial e semi-profissional. Ele estudou o rio Colorado enquanto fazia mestrado em biologia na Universidade de Nevada, Las Vegas, rafting no Grand Canyon mais de uma dúzia de vezes no processo. Agora, como um “viciado em adrenalina” de profissão, no final dos anos 60, ele pilota carros – um Porsche 911 é o seu atual veículo de escolha – quando não está andando de bicicleta de montanha (e esquivando-se de ursos pardos) ou andando de Harley-Davidson. Ele começou a mergulhar aos 16 anos; quando está disposto a ter vistas mais altas, ele às vezes pilota mato em áreas remotas do deserto.
Mas seu maior orgulho, tanto como cientista quanto como aventureiro, é que ele explorou o mundo do gelo e da neve mais extensivamente do que quase todo mundo neste planeta em uma busca de décadas para descobrir se a vida pode prosperar em lugares que, por muito tempo, são estéreis. terrenos baldios.
Priscu, professor de ecologia polar na Universidade Estadual de Montana, experimentou o primeiro inverno há mais de 40 anos, depois de ingressar em um programa de doutorado na Universidade da Califórnia, em Davis, em ecologia microbiana. O campo estava tão subpovoado naqueles dias que nem tinha seu próprio diário. A maioria dos ecologistas da época estudou animais respeitáveis como pássaros, ursos ou lobos, não bactérias humildes. Mas Priscu adotou a visão mais ampla de que não devemos discriminar criaturas apenas porque não podemos vê-las. Se alguma coisa, esse pode ser um motivo para examiná-los mais de perto.
Sua pesquisa de pós-graduação se concentrou nos lagos esculpidos glacialmente ao redor do Monte Shasta, na Califórnia – um cenário que deu a Priscu, depois de uma infância no deserto de Mojave, uma exposição completa à neve e ao gelo. Ele começou a esquiar para se locomover nos meses de inverno, transportando trenós carregados com comida e equipamentos de e para o local do campo onde ele morava em uma barraca, quatro meses ao ano. Ele também usou sua experiência de mergulho, cortando o gelo do lago alpino Castle e depois nadando até o fundo mais de 100 pés abaixo para coletar amostras de sedimentos.
Depois de obter seu doutorado em 1982, ele esperava continuar seus estudos limnológicos no lago Titicaca, a 12.500 pés de altura na Cordilheira dos Andes. No entanto, como um cientista da Nova Zelândia conseguiu o lugar de pesquisa que disputava, Priscu assumiu a posição dessa pessoa na Nova Zelândia. Em 1984, Priscu voltou para os EUA para ingressar na faculdade no estado de Montana devido à sua proximidade com a neve e o gelo, mas sua estadia foi interrompida logo quando o financiamento chegou para um estudo proposto da fotossíntese sob os lagos permanentemente cobertos de gelo da Antártica . Priscu esteve na Antártica 35 vezes, faltando apenas um ano desde 1984 (quando sua filha nasceu em 1988), e essas décadas foram agitadas.
Priscu liderou uma das duas equipes de pesquisa que em 1999 anunciou a presença de organismos biológicos em uma formação de gelo no topo do subglacial Lago Vostok, a terceira maior massa de água doce do mundo, situada a mais de três quilômetros abaixo da camada de gelo da Antártica Oriental. Foi uma descoberta importante, embora tenha havido algum ceticismo devido a preocupações de que as amostras recuperadas possam ter sido contaminadas com células de outros lugares, bem como críticas à decisão da equipe de analisar o gelo imediatamente acima da superfície do lago, em vez de água líquida da água. próprio lago.
Mas as dúvidas cessaram em 2013, quando a equipe de Priscu perfurou cerca de 660 metros de gelo e encontrou um ecossistema florescente nas águas reais do lago Whillans, outro dos mais de 400 lagos subglaciais da Antártica. No ano passado, seu grupo amostrou nas proximidades do lago Mercer em uma profundidade semelhante sob o gelo, obtendo resultados semelhantes.
O sucesso de Priscu em encontrar vida no gelo e na água, às vezes quilômetros abaixo da superfície antártica, ajudou a transformar nossa visão do continente mais ao sul – um reino que até duas décadas atrás era pouco considerado parte da biosfera. Agora, ele está dedicando parte de sua atenção e conhecimento a outros corpos gelados do sistema solar, onde, algum dia, a história poderá se repetir.
Em Barrow, no Alasca, o ponto mais ao norte dos Estados Unidos, Priscu trabalhou com engenheiros do Jet Propulsion Laboratory (JPL) para desenvolver um veículo espacial flutuante que poderia explorar os oceanos cobertos de gelo da lua de Júpiter, Europa, e da lua de Saturno, Encélado. Durante várias viagens à Groenlândia, ele e os pesquisadores da NASA testaram uma broca que pode cortar centenas de metros de gelo, medindo matéria orgânica e outras “bioassinaturas” à medida que desce. Uma ferramenta como essa pode em breve ser implantada em Marte e, eventualmente, na Europa.
Priscu também esteve no Himalaia várias vezes, incluindo o Monte Everest, para analisar o conteúdo bacteriano dos núcleos de gelo coletados em várias elevações. “Não posso dizer não a algo novo e empolgante”, disse ele.
A Revista Quanta falou por telefone com Priscu em junho em sua casa em Bozeman, Montana. A entrevista foi condensada e editada para maior clareza.
Descreva como você se sentiu ao chegar à Antártica pela primeira vez.
Chegamos da Nova Zelândia em uma aeronave militar equipada com esqui de Hércules. Há duas pequenas janelas redondas com apenas 20 cm de diâmetro atrás, onde os passageiros estão sentados. Eu olhei através de uma e fiquei sentada admirada quando o continente se revelou diante de mim.
Eu li alguns dos livros de exploradores antigos, como Robert Falcon Scott e Ernest Shackleton. Os diários de Scott referiam-se à Antártida como um lugar paradisíaco, com apenas um animal vivo. Mas sempre equiparamos a vida à água. “Siga a água” é uma espécie de mantra. E quando você olha pela janela e vê todo esse gelo, 70% da água doce deste planeta fica no quinto maior continente. Então eu disse a mim mesmo: “Não pode haver tanto imóvel na Terra que esteja morto”.
Você investigou os lagos de superfície da Antártica como seu primeiro projeto e ainda os estuda hoje. Qual foi o seu interesse por tanto tempo?
Existem dezenas de lagos nos vales secos de McMurdo, e eu estudei quase todos eles. Alguns são grandes lagos, e outros são grandes lagos com mais de 270 pés de profundidade. Sabemos que o gelo cobre esses lagos há mais de 100 anos. A maioria é coberta por gelo com 12 a 20 pés de espessura, mas perfuramos mais de 40 pés em alguns lagos e nunca atingimos água líquida. Sob o gelo, encontramos ecossistemas de lagos que vivem na zona do crepúsculo. Está escuro, mas em muitos lagos, uma pequena porcentagem da energia radiante do sol pode atravessar o gelo, e isso é suficiente para sustentar a fotossíntese e a vida, mesmo que haja apenas quatro meses de verão polar.
Em alguns casos, encontramos bactérias fotossintéticas que estavam literalmente congeladas no gelo – totalmente estacionárias e, no entanto, ainda podiam realizar a fotossíntese. De alguma forma, eles conseguiram afinar suas máquinas para que sejam perfeitamente adequadas às condições do gelo.
Também vimos diferentes espécies microbianas formarem relações “sintróficas”. Basicamente, eles estão compartilhando recursos para passar por momentos difíceis. Os micróbios fazem isso mantendo-se muito próximos um do outro, a menos de um micrômetro de distância, o que facilita a transferência de metabólitos.
Quão desafiador é trabalhar nessas situações frias e extremas?
Uma coisa sobre trabalhar nos vales secos é que você pode obter esses ventos enormes, de 100 a 100 quilômetros por hora, saindo do platô polar. Às vezes, quando você está por aí, precisa se amarrar nas pedras e engatinhar de bruços para não se surpreender.
Na primeira viagem em 1984, fiquei na Scott Base, o centro de pesquisa da Nova Zelândia. Em algum momento, visitei os cientistas americanos na Estação McMurdo, que fica a uma caminhada de 20 a 30 minutos (quando os ventos não são muito ruins). Aceitei a oferta deles para participar do programa “vida no gelo do mar” pelos próximos dois anos. Você faz um mergulho de uma hora na água a 28 graus Fahrenheit, o que realmente o incomoda, e fica acordado a noite inteira no laboratório, olhando o que encontrou. Acontece que existe bastante concentração de vida microbiana no fundo do gelo marinho. Passei muito tempo em quebra-gelos em fevereiro de 1987 procurando vida no oceano abaixo da Plataforma de Gelo Ross, que tem quase 200.000 milhas quadradas, aproximadamente o tamanho da França e mais de 2.000 pés de espessura. Mas em 1988, voltei para os lagos nos vales secos e comecei a liderar minhas próprias equipes de pesquisa.
Como é ficar na Antártica durante o inverno?
No total, passei a margem de três invernos por lá – em 1991, 1995 a 1996 e 2007 a 2008. É muito escuro, é claro, deixando apenas algumas horas de crepúsculo para trabalhar e, obviamente, muito frio. Em um inverno, menos 45 graus Fahrenheit, foi o mais quente que já teve durante um mês inteiro. Nosso principal objetivo era coletar amostras de água líquida e, nessas temperaturas, você não deseja colocá-la em sua pele.
Mas é por isso que fiz esses invernos: estamos descobrindo como esses ecossistemas funcionam com tão pouca energia e queríamos ter uma aparência o ano todo. Uma coisa que os mantém vivos é a matéria orgânica das relíquias depositada no oceano em uma era geológica anterior. Os metabolismos são tão baixos que esses organismos podem sobreviver consumindo essa matéria alimentar antiga.
Medindo a luz e a atividade biológica, consegui construir um modelo matemático. Tudo o que eu precisava fazer era colocar medidores de luz nos lagos para estimar a quantidade de fotossíntese em andamento. Sabemos que alguns lagos estão produzindo 10.000 kg de carbono por ano – ordens de magnitude mais baixa, em termos de produção de biomassa, do que é típico de lagos que não são cobertos por gelo – mas ainda estão perdendo a existência. Esse foi um grande avanço para nós.
Como você se envolveu com a exploração do lago Vostok?
Em 1996, um grupo liderado por cientistas russos publicou um artigo na Nature sobre um gigantesco lago de água doce na Antártica. Os russos instalaram uma estação em Vostok – um local isolado com cerca de 12.000 pés de altitude – e começaram a procurar núcleos de gelo para o registro climático. Eles continuaram perfurando e anunciaram em 1999 que atingiram um tipo diferente de gelo que parecia água congelada do lago. (Chamamos de gelo de acréscimo – uma camada de água do lago com cerca de 200 metros de espessura que congelou em contato com o fundo da camada de gelo muito mais fria.) Mas eles não foram até o lago e obtiveram uma amostra direta porque os cientistas estavam preocupados em contaminá-lo. Havia também o risco de uma possível explosão ou “explosão” de gás pressurizado que se acumulou no lago durante os 15 milhões de anos em que esteve sob o gelo.
Os EUA conseguiram um pedaço do gelo de acreção a 11.800 pés abaixo da superfície, que ainda estava a 490 pés acima do lago. Eu não tinha muito gelo para trabalhar. A amostra que obtive tinha aproximadamente 20 polegadas de comprimento e cerca de 3,5 polegadas de diâmetro, mas esse pedaço de gelo mudou minha vida. Nós o levamos ao laboratório e o examinamos sob as condições mais limpas, usando um microscópio eletrônico de varredura para observar células e minerais e um microscópio de força atômica para examinar células no nível atômico. E bingo, começamos a ver micróbios. Extrapolando do gelo de acumulação, estimamos as concentrações bacterianas na superfície do lago de cerca de 100.000 células por mililitro – cerca de um décimo do encontrado no oceano ou no lago médio não congelado. Apresentamos nossos dados de sequenciamento de DNA em um artigo da Science de 1999, um após o outro com um artigo [de outra equipe] que apresentava dados metabólicos para esses micróbios.
Quando você olhou para o lago Whillans?
O jornal Vostok recebeu muita publicidade e me enviou uma nova trajetória – procurando vida sob a camada de gelo. Em 2000, eu era o representante dos EUA em uma reunião em Tóquio do Comitê Científico de Pesquisa Antártica, em um subgrupo encarregado de convencer as agências de financiamento de que esses lagos subglaciais eram reais. Eu os chamei de “ilhas de fertilidade no continente”, embora alguns céticos duvidassem que os lagos realmente estavam lá. Outros sustentavam que, se os lagos existissem, deveríamos deixá-los em paz. Levou vários anos para montar um caso sólido de que poderíamos e deveríamos provar esses lagos, mas a Academia Nacional de Ciências finalmente endossou essa idéia em 2009.
Decidimos olhar para o lago Whillans e o lago Mercer, em parte porque eles estavam cobertos com apenas cerca de 3.000 pés de gelo. Também tínhamos muitos dados geofísicos sobre os volumes e profundidades da água e o fato de ambos serem hidrologicamente ativos. O gelo sobe e desce enquanto o lago enche e escoa. A água flui através deles a cada década, mesmo que os lagos tenham sido isolados da atmosfera por dezenas de milhares de anos. Foram necessários 14 dias e 12 tratores para transportar 1,2 milhão de libras de equipamentos, incluindo a broca e os laboratórios, e 35.000 galões de combustível da Estação McMurdo para o Lago Whillans – uma viagem de aproximadamente 800 quilômetros pela Plataforma de Gelo Ross.
Começamos a perfurar no final de dezembro de 2012 através de cerca de 2.600 pés de gelo. Em janeiro de 2013, chegamos ao lago, obtivemos nossas amostras e garantimos nossos resultados: todos os números que extrapolamos do gelo de acúmulo de Vostok – cerca de 100.000 células por milímetro – foram confirmados no lago Whillans. E dessa vez tivemos provas sólidas – medições de uma amostra real do lago, sem ter que confiar em extrapolações. Esses são os momentos pelos quais você vive.
O que seus estudos subsequentes sobre Lake Whillans mostraram?
Não há luz solar sob meia milha de gelo, então é claro que não há fotossíntese. Em vez disso, identificamos vários micróbios chamados quimiolitoautotróficos, que basicamente comem minerais para sobreviver. Eles obtêm sua energia da oxidação de compostos inorgânicos e obtêm carbono do dióxido de carbono. Também descobrimos que o metano estava se difundindo para cima dos sedimentos, alimentando bactérias que oxidam o metano em energia.
Agora, em um artigo de 2020 com Trista Vick-Majors [uma ecologista microbiana e ex-aluna da Universidade Tecnológica de Michigan], aprendemos que esses lagos subglaciais, em particular o Lago Whillans, estão literalmente alimentando os oceanos. Sabemos que a água pode ficar presa sob geleiras em lagos ou córregos por um longo tempo, mas acaba indo para o oceano. O lago Whillans escoa a cada 10 anos mais ou menos, e nossas equipes de geofísica nos deram uma imagem bastante clara dos canais de Whillans e outros lagos que fluem para o Oceano Antártico. É como o Delta do Mississippi, com 3.000 pés de gelo. Amostramos cerca de 10 quilômetros de onde o fluxo dos Whillans encontra o mar sob a Plataforma de Gelo Ross. E descobrimos que nutrientes suficientes (incluindo carbono, nitrogênio, fósforo e ferro) estão sendo descarregados do lago para sustentar um ecossistema microbiano nas águas oceânicas abaixo do gelo. Ninguém imaginou que isso fosse possível.
Como o Lake Mercer era ou não o lago Whillans?
Entramos no lago Mercer no ano passado, atravessando cerca de 3.500 pés de gelo, e também encontramos vida lá. Mas é diferente do que vemos em Whillans, e os níveis de química e oxigênio dissolvido são diferentes. A densidade celular no Mercer é aproximadamente 10 vezes menor. Não é tão produtivo quanto Whillans, que é três vezes mais salgado. A Mercer recebe um terço de sua água da Antártida Oriental, enquanto Whillans recebe a maior parte da água da Antártida Ocidental.
Estamos tentando ver como isso influencia sua geoquímica e nutrientes e como a vida se adaptou às diferentes condições. Mas o mais importante é que agora mostramos que há vida em dois lagos subglaciais, os quais foram amostrados diretamente. Ter dois casos é crítico. Isso deve dissipar qualquer dúvida.
Como você se envolveu com a NASA e a questão da vida em outras partes do sistema solar?
Durante minha primeira viagem à Antártica em 1984, eu estava em um lago em um campo de campo na Nova Zelândia quando Chris McKay, pesquisador da NASA Ames, apareceu. Ele é um cientista incrível e o primeiro exobiologista portador de cartas que eu já conheci. Conversamos sobre lagos cobertos de gelo permanentemente e como eles podem existir em Marte. Foi assim que tudo começou e, com o tempo, me envolvi mais. Por exemplo, entrei em um grupo de trabalho da NASA que ajudou a projetar como as amostras principais serão coletadas, armazenadas e recuperadas na missão Mars 2020. Meus colegas e eu começamos a colocar robôs com amostradores nos lagos Dry Valley.
No último parágrafo do nosso artigo científico de 1999, no lago Vostok, escrevemos: “Micróbios dentro de um habitat de água líquida abaixo de uma superfície congelada fornecem um análogo para uma possível vida na Europa”. E em um artigo de 2012 com Kevin Hand, do JPL, expandimos a idéia de Vostok como modelo para o oceano Europan e propusemos que o equipamento de detecção de vida fosse incluído dentro de uma broca de gelo. Em 2017 e 2019, fomos à camada de gelo da Groenlândia para testar uma broca que você poderia levar para a Europa. Perfurávamos cerca de um metro, examinávamos o poço em busca de matéria orgânica e depois perfurávamos outro metro, procurando a vida à medida que avançávamos. Funcionou bem, mas nosso objetivo agora é torná-lo totalmente autônomo.
A NASA me manteve envolvido no desenvolvimento de um sistema de perfuração para Europa, porque conheço os problemas que você pode encontrar. A espessura do gelo na Europa é de pelo menos 10 quilômetros, mais que o dobro da de Vostok. Entrar no oceano seria um feito tecnológico incrível, o que provavelmente não acontecerá na minha vida. Mas poderíamos derrubar uma sonda. E se você procurar padrões caóticos de gelo, poderá ver lugares onde existem vulcões aquáticos. Você quer ir a algum lugar onde haja sinais do oceano sub-gelo em erupção mais perto da superfície.
Quanto as coisas mudaram desde a sua primeira visita à Antártica?
No início dos anos 80, lembro-me de escrever uma proposta para estudar as interações e a ecologia dos microrganismos. Não havia nenhum lugar para enviar essa proposta. Disseram-me que os microorganismos não fazem parte da ecologia. Agora, existem dezenas de periódicos em ecologia microbiana. E o trabalho que fizemos sobre micróbios em lagos cobertos de gelo e glaciar mudou a maneira como vemos um dos continentes da Terra, ao mesmo tempo em que nos dá pistas sobre o que podemos ver no sistema solar externo.
Publicado em 25/07/2020 17h38
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