Descobriremos a vida simples em algum lugar? Talvez em Enceladus ou Europa em nosso Sistema Solar, ou mais longe em um exoplaneta?
À medida que nos tornamos mais proficientes em explorar nosso Sistema Solar e estudar exoplanetas, a perspectiva de encontrar alguma vida simples está saindo do reino criativo da ficção científica e entrando no planejamento de missões concretas.
À medida que o dia esperançoso da descoberta se aproxima, é um bom momento para perguntar: como seria essa vida em potencial?
Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside, analisou a Terra antiga e alguns de seus primeiros habitantes para lançar alguma luz sobre como seria a vida simples em outros mundos e como seriam as atmosferas.
A Terra é muito diferente agora do que quando hospedava apenas vida simples. O Grande Evento de Oxigenação (GOE) mudou a Terra para sempre e a colocou no caminho de se tornar o planeta que é hoje, com uma atmosfera rica em oxigênio e vida complexa. Antes do GOE, a atmosfera da Terra era muito diferente, e a vida impulsionou a mudança. Essa breve história ilustra um fato importante: a vida e seu ambiente estão interligados.
As primeiras formas de vida da Terra viviam em um ambiente comparativamente pobre em energia, em uma atmosfera pobre em oxigênio.
A luz solar era a única energia prontamente disponível e, muito antes da fotossíntese evoluir, as formas de vida usavam a luz solar de maneira diferente.
Eles usaram proteínas chamadas rodopsinas para capturar energia solar, e essas proteínas eram uma maneira mais simples de usar a energia do Sol do que a fotossíntese mais complicada.
“Na Terra primitiva, a energia pode ter sido muito escassa. Bactérias e arqueas descobriram como usar a energia abundante do Sol sem as biomoléculas complexas necessárias para a fotossíntese”, disse o astrobiólogo da UC Riverside Edward Schwieterman em um comunicado à imprensa.
Schwieterman é o co-autor de um novo estudo publicado na Molecular Biology and Evolution. O estudo é “Os primeiros nichos da zona fótica sondados por rodopsinas microbianas ancestrais”, e o líder do estudo é Betul Kacar, astrobióloga da Universidade de Wisconsin-Madison.
Como prova de sua utilidade, as rodopsinas não desapareceram com as primeiras formas de vida que as originaram. Eles são difundidos em organismos hoje, incluindo nós. Eles estão presentes nos bastonetes na retina dos nossos olhos, onde são responsáveis pela visão com pouca luz. Eles também são encontrados na vida moderna e simples em lugares como lagoas salgadas.
Sua presença na vida moderna fornece um link para a história evolutiva das rodopsinas. Os pesquisadores estão explorando esse link usando machine learning e sequenciamento de proteínas. Usando essas ferramentas, os pesquisadores puderam rastrear a evolução das proteínas em escalas de tempo geológicas.
Observar a vida e a atmosfera da Terra agora não é uma boa indicação de como procurar vida em outros mundos. Nossa atmosfera atual é rica em oxigênio, mas a atmosfera da Terra primitiva pode ter sido mais parecida com a de Vênus, de acordo com algumas pesquisas.
Ao rastrear como as rodopsinas evoluíram, os autores do novo artigo construíram uma árvore genealógica para as proteínas. Eles foram capazes de reconstruir rodopsinas de 2,5 a 4 bilhões de anos atrás.
Grande parte de nossa busca por vida se concentra em atmosferas planetárias. Moléculas atmosféricas específicas podem ser biomarcadores, mas para saber quais poderiam sinalizar a presença de vida simples e primitiva, precisamos saber em detalhes como era a atmosfera primitiva da Terra quando o planeta abrigava vida simples.
“Decodificar as complexas relações entre a vida e os ambientes que ela habita é fundamental para reconstruir os fatores que determinam a habitabilidade planetária em escalas de tempo geológicas”, escrevem os autores no início de seu artigo, e isso prepara o cenário para os resultados que apresentam.
“A vida como a conhecemos é tanto uma expressão das condições do nosso planeta quanto da própria vida. Ressuscitamos antigas sequências de DNA de uma molécula, e isso nos permitiu ligar à biologia e ao meio ambiente do passado”, disse o estudo conduzir Kacar.
A pesquisa da equipe é paralela aos testes genealógicos disponíveis para nós hoje. Podemos enviar nosso DNA e aprender muito sobre de onde viemos. O trabalho intenso da equipe é um mergulho muito mais profundo do que isso, mas a comparação é útil.
“É como pegar o DNA de muitos netos para reproduzir o DNA de seus avós. Só que não são avós, mas pequenas coisas que viveram bilhões de anos atrás, em todo o mundo”, disse Schwieterman.
Os pesquisadores descobriram diferenças entre as rodopsinas antigas e modernas na luz que absorviam. De acordo com as reconstruções genéticas, as rodopsinas antigas absorveram principalmente a luz azul e verde, enquanto as rodopsinas modernas absorvem a luz azul, verde, amarela e laranja. Esta é uma pista para as diferenças ambientais entre a Terra antiga e moderna.
Sabemos que a Terra antiga não tinha camada de ozônio antes do GOE, que ocorreu cerca de 2 a 2,4 bilhões de anos atrás.
A camada de ozônio não pode existir sem oxigênio livre na atmosfera e, sem uma camada de ozônio, a vida na Terra estava sujeita a muito mais radiação UV do que agora.
Atualmente, a camada de ozônio da Terra absorve entre 97 e 99 por cento dos raios UV do Sol.
Os pesquisadores acham que a capacidade das antigas rodopsinas de absorver luz azul e verde e não luz amarela e laranja significa que a vida que dependia dela vivia vários metros de profundidade na coluna de água. A coluna de água acima dos organismos os protegeu da forte radiação UVB na superfície da água.
Após o GOE, a camada de ozônio forneceu proteção contra a radiação UV do Sol, e a vida desenvolveu rodopsinas mais modernas que podem absorver mais luz. Assim, as rodopsinas modernas podem absorver a luz amarela e laranja junto com a luz azul e verde.
As rodopsinas modernas podem absorver a luz que os pigmentos fotossintéticos de clorofila não podem. Atingindo uma nota de elegância evolutiva, as rodopsinas modernas e a fotossíntese se complementam ao absorver luz diferente, embora sejam mecanismos independentes e não relacionados. Essa relação complementar representa um quebra-cabeça na evolução.
“Isso sugere coevolução, em que um grupo de organismos está explorando a luz não absorvida pelo outro”, disse Schwieterman. “Isso pode ter acontecido porque as rodopsinas se desenvolveram primeiro e filtraram a luz verde, então as clorofilas se desenvolveram mais tarde para absorver o resto. Ou pode ter acontecido o contrário.”
Muitas das pistas para a natureza da vida primitiva da Terra estão contidas na geologia. Os cientistas estudam rotineiramente rochas antigas para entender como a vida primitiva sobreviveu e evoluiu.
Eles também estudam o comportamento do Sol e quanto de sua energia atingiu a superfície do planeta à medida que a Terra mudou ao longo do tempo. Mas agora eles têm outra ferramenta.
“As informações codificadas na própria vida podem fornecer novos insights sobre como nosso planeta manteve a habitabilidade planetária onde as inferências geológicas e estelares são insuficientes”, explicam os autores em seu artigo.
Na vida antiga, as rodopsinas atuavam como um tipo de bomba de prótons. Uma bomba de prótons cria um gradiente de energia em uma forma de vida. Isso é separado da fotossíntese, que produz energia química para um organismo sobreviver. Uma bomba de prótons e o gradiente de energia criam uma diferença no potencial eletroquímico através da membrana celular. É como uma bateria porque o gradiente apresenta energia para uso posterior.
Mas, como pessoas cientificamente curiosas, não precisamos saber exatamente como elas funcionam. Podemos entender como eles podem nos ajudar a identificar atmosferas de exoplanetas semelhantes às da Terra primitiva e a vida simples que prosperou lá.
A equipe diz que pode usar informações codificadas em biomoléculas para entender nichos onde a vida antiga sobreviveu que não estão presentes em nenhum lugar em nosso registro paleontológico. Eles se referem a eles como paleossensores.
Os pesquisadores dizem que porque a “… diversificação funcional e ajuste espectral desta família de proteínas taxonomicamente diversa…” estão acopladas, as rodopsinas são um excelente laboratório de testes para identificar bioassinaturas detectáveis remotamente em exoplanetas.
E ainda não terminaram.
Eles pretendem usar técnicas de biologia sintética para entender as rodopsinas antigas, como elas ajudaram a moldar a antiga atmosfera da Terra e como elas poderiam moldar as atmosferas dos exoplanetas.
“Nós projetamos o DNA antigo dentro de genomas modernos e reprogramamos os insetos para se comportarem como acreditamos que eles se comportaram há milhões de anos. A rodopsina é uma ótima candidata para estudos de viagem no tempo em laboratório”, disse Kacar.
Algumas evidências do início da vida e da atmosfera da Terra estão escondidas de nós. Mas o método da equipe está superando alguns obstáculos em nossa busca por essa evidência. Quem sabe onde isso vai nos levar.
“Nosso estudo demonstra pela primeira vez que as histórias comportamentais das enzimas são passíveis de reconstrução evolutiva de maneiras que as bioassinaturas moleculares convencionais não são”, disse Kacar.
Quanto mais aprendemos sobre a Terra primitiva, mais aprendemos sobre outros mundos. Se vários planetas suportam a vida, cada um provavelmente seguiu um caminho diferente em seu caminho para hospedar a vida. Mas haverá paralelos na química e na física por trás disso. E assim como aqui na Terra, a interação entre a vida e o meio ambiente deve moldar a história de outros mundos.
“A coevolução do ambiente e da vida no início da história da Terra serve como um modelo para prever bioassinaturas universais e detectáveis que podem ser geradas em um planeta dominado por micróbios além do nosso Sistema Solar”, escrevem os autores em seu artigo.
“A Terra primitiva é um ambiente alienígena comparado ao nosso mundo de hoje. Entender como os organismos aqui mudaram com o tempo e em diferentes ambientes nos ensinará coisas cruciais sobre como procurar e reconhecer a vida em outros lugares”, disse Schwieterman.
Publicado em 18/07/2022 05h34
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