Vida pode sobreviver, e prosperar, num mundo de hidrogénio
Uma nova investigação sugere que a próxima geração de telescópios poderá procurar primeiro atmosferas de hidrogénio, já que o hidrogénio pode ser bioassinatura de vida viável e de fácil identificação.
À medida que os telescópios de próxima geração "abrem os olhos", os astrónomos vão poder apontá-los para exoplanetas próximos, espiando as suas atmosferas para decifrar a sua composição e para procurar sinais de vida extraterrestre. Mas imagine se, nesta procura, encontrássemos realmente organismos alienígenas, mas não os conseguíssemos reconhecer como vida.
Essa é uma perspetiva que astrónomos como Sara Seager esperam evitar. Seager, professora de Ciências Planetárias, de Física e de Aeronáutica e Astronáutica do MIT (Massachusetts Institute of Technology), está a olhar para lá de uma visão da vida "centrada na Terra" e a lançar uma rede mais ampla para os tipos de ambientes que, além do nosso, podem realmente ser habitáveis.
Num artigo publicado na revista Nature Astronomy, ela e os seus colegas observaram em estudos de laboratório que os micróbios podem sobreviver e prosperar em atmosferas dominadas pelo hidrogénio - um ambiente muito diferente da atmosfera rica em azoto e oxigénio da Terra.
O hidrogénio é um gás muito mais leve do que o azoto ou oxigénio, e uma atmosfera rica em hidrogénio estender-se-ia muito mais num planeta rochoso. Podia, portanto, ser mais facilmente descoberto e estudado por telescópios poderosos, em comparação com planetas parecidos com a Terra e com atmosferas mais compactas.
Os resultados de Seager mostram que formas simples de vida podem habitar planetas com atmosferas ricas em hidrogénio, sugerindo que assim que os telescópios de próxima geração, como o Telescópio James Webb da NASA, entrem em operação, os astrónomos podem querer procurar primeiro exoplanetas dominados por hidrogénio no que toca a sinais de vida.
"O Universo permite uma grande diversidade de mundos habitáveis e confirmámos que certos organismos cá na Terra podem sobreviver em atmosferas ricas em hidrogénio," diz Seager. "Devemos definitivamente adicionar esses tipos de planetas ao menu de opções ao pensar na vida noutros mundos e tentar realmente encontrá-la."
Os coautores de Seager, também do MIT, são Jingcheng Huang, Janusz Petkowski e Mihkel Pajusalu.
Atmosfera em evolução
Na Terra primitiva, há milhares de milhões de anos, a atmosfera parecia bem diferente do ar que respiramos hoje. O planeta jovem ainda não possuía oxigénio e era composto por uma sopa de gases, incluindo dióxido de carbono, metano e uma pequena fração de hidrogénio. O gás hidrogénio permaneceu na atmosfera durante possivelmente milhares de milhões de anos, até ao que é conhecido como Grande Evento de Oxidação, e à acumulação gradual de oxigénio.
A pequena quantidade de hidrogénio que resta hoje é consumida por certas linhas antigas de microrganismos, incluindo metanógenos - organismos que vivem em climas extremos como por baixo de espessas camadas de gelo, ou no solo do deserto, e devoram hidrogénio, juntamente com dióxido de carbono, para produzir metano.
Os cientistas estudam rotineiramente a atividade dos metanógenos cultivados em laboratório com 80% de hidrogénio. Mas existem muito poucos estudos que exploram a tolerância de outros micróbios a ambientes ricos em hidrogénio.
"Queríamos demonstrar que a vida sobrevive e pode florescer numa atmosfera de hidrogénio," diz Seager.
Um recipiente com hidrogénio
A equipa estudou em laboratório a viabilidade de dois tipos de micróbios num ambiente de 100% hidrogénio. Os organismos que escolheram: a bactéria Escherichia coli, um simples procariota e a levedura, um eucariota mais complexo, que não havia sido estudado em ambientes dominados por hidrogénio.
Ambos os micróbios são organismos padrão que os cientistas estudam e caracterizam há muito tempo, o que ajudou os investigadores a desenhar a sua experiência e a compreender os seus resultados. Além disso, as bactérias E. coli e levedura podem sobreviver com e sem oxigénio - um benefício para os cientistas, pois podem preparar as suas experiências com qualquer organismo ao ar livre antes de os transferir para um ambiente rico em hidrogénio.
Nas suas experiências, cultivaram separadamente levedura e E. coli, e depois injetaram as culturas com os micróbios em recipientes separados, cheios com um "caldo" ou cultura rica em nutrientes com que os micróbios se podiam alimentar. Expeliram então o ar rico em oxigénio e encheram o espaço restante com um certo gás de interesse, como um gás constituído por 100% hidrogénio. Colocaram então os recipientes numa incubadora, onde foram agitados suave e continuamente para promover a mistura entre os micróbios e os nutrientes.
A cada hora, um membro da equipa recolhia amostras de cada recipiente e contava os micróbios vivos. Continuaram a recolher amostras até 80 horas. Os seus resultados representaram uma curva clássica de crescimento: no início da experiência, os micróbios cresceram rapidamente em número, alimentando-se dos nutrientes e povoando a cultura. Eventualmente, o número de micróbios atingiu um determinado limite. A população, ainda próspera, permaneceu estável, à medida que novos micróbios continuavam a crescer, substituindo os que morriam.
Seager reconhece que os biólogos não consideram os resultados surpreendentes. Afinal de contas, o hidrogénio é um gás inerte e, como tal, não é inerentemente tóxico para os organismos.
"Não é como se tivéssemos enchido o recipiente com veneno," diz Seager. "Mas é preciso ver para acreditar, certo? Se ninguém os tivesse estudado, especialmente os eucariontes, num ambiente dominado por hidrogénio, convinha fazer a experiência para acreditar."
Ela também deixa claro que a experiência não foi construída para mostrar se os micróbios podem depender do hidrogénio como fonte de energia. Ao invés, o objetivo era demonstrar que uma atmosfera de 100% hidrogénio não prejudicaria ou aniquilaria certas formas de vida.
"Eu não acho que ainda tinha ocorrido aos astrónomos que pode haver vida num ambiente de hidrogénio," diz Seager, que espera que o estudo incentive conversas cruzadas entre os astrónomos e os biólogos, particularmente à medida que a busca por planetas habitáveis, e vida extraterrestre, cresce.
Um mundo de hidrogénio
Os astrónomos ainda não são muito capazes de estudar a atmosfera de pequenos exoplanetas rochosos com as ferramentas hoje disponíveis. Os poucos planetas rochosos próximos que examinaram não possuem atmosfera ou podem simplesmente ser pequenos demais para a detetar com os telescópios atualmente disponíveis. E enquanto os cientistas levantaram a hipótese de que os planetas deveriam abrigar atmosferas ricas em hidrogénio, nenhum telescópio em funcionamento tem resolução suficiente para os identificar.
Mas se os observatórios de próxima geração realmente avistarem mundos terrestres dominados por hidrogénio, os resultados de Seager mostram que há uma hipótese de a vida aí prosperar.
Quanto ao potencial aspeto de um planeta rochoso rico em hidrogénio, Seager faz uma comparação com o pico mais alto da Terra, o Monte Evereste. Quaisquer caminhantes que tentem subir ao cume ficam sem ar, devido ao facto de que a densidade de todas as atmosferas diminui exponencialmente com a altura e com base na distância de queda da nossa atmosfera dominada pelo azoto e pelo oxigénio. Se um alpinista escalasse o Evereste numa atmosfera dominada pelo hidrogénio - um gás 14 vezes mais leve do que o azoto - este seria capaz de subir 14 vezes mais antes de ficar sem ar.
"É um tanto ou quanto difícil ter esta noção, mas esse gás leve torna a atmosfera mais extensa," explica Seager. "E para os telescópios, quanto maior a atmosfera em comparação com o fundo da estrela de um planeta, mais fácil será a sua deteção."
Se os cientistas alguma vez tiverem a oportunidade de recolher amostras de um planeta tão rico em hidrogénio, Seager imagina que possam descobrir uma superfície diferente, mas não irreconhecível da nossa.
"Estamos a imaginar que, se alguma vez chegarmos à superfície, essa provavelmente terá minerais ricos em hidrogénio em vez do que chamamos de minerais oxidados, e também oceanos, pois pensamos que toda a vida precisa de algum tipo de líquido, e provavelmente ainda poderíamos ver um céu azul," diz Seager. "Não pensámos em todo o ecossistema. Mas não precisa necessariamente de ser um mundo diferente."