No filme "Avatar", poderíamos dizer de relance que a lua alienígena Pandora estava repleta de vida alienígena. Existem 50 milhões de organismos bacterianos em um único grama de solo, e a biomassa bacteriana em todo o mundo excede a de todas as plantas e animais. Os micróbios podem crescer em ambientes extremos de temperatura, salinidade, acidez, radiação e pressão. A forma mais provável pela qual encontraremos vida em outras partes do sistema solar é microbiana.
Os astrobiólogos precisam de estratégias para inferir a presença de vida microbiana alienígena ou seus restos fossilizados. Eles precisam de estratégias para inferir a presença de vida alienígena nos planetas distantes de outras estrelas, que estão muito longe para serem exploradas com naves espaciais em um futuro próximo. Para fazer essas coisas, elas anseiam por uma definição de vida, que tornaria possível distinguir com segurança a vida da não-vida.
Infelizmente, como vimos no primeiro capítulo desta série, apesar do enorme crescimento de nosso conhecimento sobre os seres vivos, filósofos e cientistas foram incapazes de produzir essa definição. Os astrobiólogos conseguem o melhor que podem com definições parciais e com exceções. Sua busca é voltada para as características da vida na Terra, a única vida que conhecemos atualmente.
Na primeira parte, vimos como a composição da vida terrestre influencia a busca por vida extraterrestre. Os astrobiólogos procuram ambientes que antes continham ou atualmente contêm água líquida e que contêm moléculas complexas baseadas em carbono. Muitos cientistas, no entanto, vêem as características essenciais da vida como tendo a ver com suas capacidades, e não com sua composição.
Em 1994, um comitê da NASA adotou uma definição de vida como um "sistema químico auto-sustentável capaz de evolução darwiniana", com base em uma sugestão de Carl Sagan. Essa definição contém duas características, metabolismo e evolução, normalmente mencionadas nas definições de vida.
Metabolismo é o conjunto de processos químicos pelos quais os seres vivos usam ativamente a energia para se manter, crescer e se desenvolver. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, um sistema que não interaja com seu ambiente externo se tornará mais desorganizado e uniforme com o tempo. Os seres vivos constroem e mantêm seu estado improvável e altamente organizado, porque utilizam fontes de energia em seu ambiente externo para alimentar seu metabolismo.
As plantas e algumas bactérias usam a energia da luz solar para fabricar moléculas orgânicas maiores a partir de subunidades mais simples. Essas moléculas armazenam energia química que pode ser extraída posteriormente por outras reações químicas para alimentar seu metabolismo. Animais e algumas bactérias consomem plantas ou outros animais como alimento. Eles quebram moléculas orgânicas complexas em seus alimentos em outras mais simples, para extrair a energia química armazenada. Algumas bactérias podem usar a energia contida em produtos químicos derivados de fontes não-vivas no processo de quimiossíntese.
Em um artigo de 2014 em Astrobiology, Lucas John Mix, biólogo evolutivo de Harvard, referiu-se à definição metabólica da vida como Haldane Life depois do fisiologista pioneiro J. B. S. Haldane. A definição de vida de Haldane tem seus problemas. Tornados e vórtices como a Grande mancha vermelha de Júpiter usam energia ambiental para sustentar sua estrutura ordenada, mas não estão vivos. O fogo usa energia do ambiente para se sustentar e crescer, mas também não está vivo.
Apesar de suas falhas, os astrobiólogos usaram a definição de Haldane para conceber experimentos. Os astronautas da Viking Mars fizeram a única tentativa até agora de testar diretamente a vida extraterrestre, detectando as supostas atividades metabólicas dos micróbios marcianos. Eles assumiram que o metabolismo marciano é quimicamente semelhante ao seu equivalente terrestre.
Um experimento procurou detectar a quebra metabólica de nutrientes em moléculas mais simples para extrair sua energia. Um segundo teve como objetivo detectar o oxigênio como um produto residual da fotossíntese. Um terço tentou mostrar a fabricação de moléculas orgânicas complexas a partir de subunidades mais simples, o que também ocorre durante a fotossíntese. Todos os três experimentos pareciam dar resultados positivos, mas muitos pesquisadores acreditam que as descobertas detalhadas podem ser explicadas sem biologia por agentes oxidantes químicos no solo.
Alguns dos resultados da Viking continuam controversos até hoje. Na época, muitos pesquisadores sentiram que a falha em encontrar materiais orgânicos no solo marciano descartava uma interpretação biológica dos resultados metabólicos. A descoberta mais recente de que o solo marciano realmente contém moléculas orgânicas que poderiam ter sido destruídas pelos percloratos durante a análise da Viking, e que a água líquida já foi abundante na superfície de Marte empresta uma nova plausibilidade à alegação de que a Viking pode realmente ter conseguido detectar vida. Sozinhos, porém, os resultados do Viking não provaram que a vida existe em Marte nem a descartaram.
As atividades metabólicas da vida também podem deixar sua marca na composição das atmosferas planetárias. Em 2003, a sonda européia Mars Express detectou traços de metano na atmosfera marciana. Em dezembro de 2014, uma equipe de cientistas da NASA relatou que o rover Curiosity Mars confirmou essa descoberta ao detectar metano atmosférico da superfície marciana.
A maior parte do metano na atmosfera da Terra é liberada por organismos vivos ou seus restos mortais. Os ecossistemas bacterianos subterrâneos que usam a quimiossíntese como fonte de energia são comuns e produzem metano como um resíduo metabólico. Infelizmente, também existem processos geoquímicos não biológicos que podem produzir metano. Então, mais uma vez, o metano marciano é frustrantemente ambíguo como sinal de vida.
Planetas extra-solares que orbitam outras estrelas estão muito distantes para serem visitados com naves espaciais em um futuro próximo. Os astrobiólogos ainda esperam usar a definição de Haldane para procurar vida neles. Com os telescópios espaciais do futuro próximo, os astrônomos esperam aprender a composição das atmosferas desses planetas analisando o espectro dos comprimentos de onda da luz refletidos ou transmitidos por suas atmosferas. O Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2018, será o primeiro a ser útil neste projeto. Os astrobiólogos querem procurar biomarcadores atmosféricos; gases que são resíduos metabólicos de organismos vivos.
Mais uma vez, essa missão é guiada pelo único exemplo de um planeta com vida que temos atualmente; Terra. Cerca de 21% da atmosfera do nosso planeta natal é oxigênio. Isso é surpreendente porque o oxigênio é um gás altamente reativo que tende a entrar em combinações químicas com outras substâncias. O oxigênio livre deve desaparecer rapidamente do nosso ar. Ele permanece presente porque a perda é constantemente substituída por plantas e bactérias que a liberam como um resíduo metabólico da fotossíntese.
Traços de metano estão presentes na atmosfera da Terra por causa de bactérias quimiossintéticas. Como o metano e o oxigênio reagem um com o outro, nenhum deles permaneceria por muito tempo, a menos que os organismos vivos estivessem constantemente reabastecendo o suprimento. A atmosfera da Terra também contém vestígios de outros gases que são subprodutos metabólicos.
Em geral, os seres vivos usam energia para manter a atmosfera da Terra em um estado distante do equilíbrio termodinâmico que alcançaria sem vida. Os astrobiólogos suspeitariam de qualquer planeta com uma atmosfera em um estado semelhante de abrigar vida. Mas, como nos outros casos, seria difícil descartar completamente as possibilidades não biológicas.
Além do metabolismo, o comitê da NASA identificou a evolução como uma habilidade fundamental dos seres vivos. Para que um processo evolutivo ocorra, deve haver um grupo de sistemas, onde cada um é capaz de se reproduzir de maneira confiável. Apesar da confiabilidade geral da reprodução, também deve haver erros ocasionais de cópia aleatória no processo reprodutivo, para que os sistemas tenham características diferentes. Finalmente, os sistemas devem diferir em sua capacidade de sobreviver e se reproduzir com base nos benefícios ou responsabilidades de seus traços distintos em seu ambiente. Quando esse processo é repetido várias vezes ao longo das gerações, os traços dos sistemas se adaptam melhor ao ambiente. Às vezes, traços muito complexos podem evoluir passo a passo.
Mix chamado este o Vida de Darwin definição, depois do naturalista Charles Darwin do século XIX, que formulou a teoria da evolução. Como a definição de Haldane, a definição de vida de Darwin tem deficiências importantes. Ele tem problemas, incluindo tudo o que podemos considerar vivo. Mulas, por exemplo, não podem se reproduzir e, por essa definição, não contam como estando vivas.
Apesar de tais deficiências, a definição de vida de Darwin é extremamente importante, tanto para os cientistas que estudam a origem da vida quanto para os astrobiólogos. A versão moderna da teoria de Darwin pode explicar como formas de vida diversas e complexas podem evoluir de alguma forma simples inicial. É necessária uma teoria da origem da vida para explicar como a forma simples inicial adquiriu a capacidade de evoluir em primeiro lugar.
Os sistemas químicos ou formas de vida encontrados em outros planetas ou luas em nosso sistema solar podem ser tão simples que se aproximam da fronteira entre vida e não-vida que a definição de Darwin estabelece. A definição pode se tornar vital para os astrobiólogos que tentam decidir se um sistema químico que eles encontraram realmente se qualifica como uma forma de vida. Os biólogos ainda não sabem como a vida se originou. Se os astrobiólogos puderem encontrar sistemas próximos à fronteira de Darwin, suas descobertas podem ser de importância crucial para a compreensão da origem da vida.
Os astrobiólogos podem usar a definição de Darwin para encontrar e estudar vida extraterrestre? É improvável que uma nave espacial visitante possa detectar o próprio processo de evolução. Mas, pode ser capaz de detectar as estruturas moleculares de que os organismos vivos precisam para participar de um processo evolutivo. O filósofo Mark Bedau propôs que um sistema mínimo capaz de passar pela evolução precisaria ter três coisas: 1) um processo metabólico químico, 2) um recipiente, como uma membrana celular, para estabelecer os limites do sistema e 3) um produto químico “Programa” capaz de direcionar as atividades metabólicas.
Aqui na Terra, o programa químico é baseado no DNA da molécula genética. Muitos teóricos da origem da vida pensam que a molécula genética das primeiras formas de vida terrestre pode ter sido a molécula mais simples de ácido ribonucleico (RNA). O programa genético é importante para um processo evolutivo porque torna estável o processo de cópia reprodutiva, com apenas erros ocasionais.
Tanto o DNA quanto o RNA são biopolímeros; moléculas longas em forma de cadeia com muitas subunidades repetidas. A sequência específica de subunidades da base de nucleotídeos nessas moléculas codifica a informação genética que elas carregam. Para que a molécula possa codificar todas as sequências possíveis de informação genética, deve ser possível que as subunidades ocorram em qualquer ordem.
Steven Benner, um pesquisador de genômica computacional, acredita que podemos desenvolver experimentos de naves espaciais para detectar biopolímeros genéticos alienígenas. Ele observa que DNA e RNA são biopolímeros muito incomuns porque alterar a sequência na qual suas subunidades ocorrem não altera suas propriedades químicas. É essa propriedade incomum que permite que essas moléculas sejam portadoras estáveis de qualquer possível sequência de código genético.
DNA e RNA são polieletrólitos; moléculas com áreas regularmente repetidas de carga elétrica negativa. Benner acredita que é isso que explica sua notável estabilidade. Ele acha que qualquer biopolímero genético alienígena também precisaria ser um polieletrólito, e que testes químicos poderiam ser feitos pelos quais uma espaçonave pudesse detectar essas moléculas de polieletrólitos. Encontrar a contraparte alienígena do DNA é uma perspectiva muito interessante e mais uma peça do quebra-cabeça da identificação da vida alienígena.
Em 1996, o presidente Clinton fez um anúncio dramático da possível descoberta de vida em Marte. O discurso de Clinton foi motivado pelas descobertas da equipe de David McKay com o meteorito Alan Hills. De fato, as descobertas de McKay acabaram sendo apenas uma peça do quebra-cabeça maior da possível vida marciana. A menos que um alienígena um dia passe por nossas câmeras em espera, é improvável que a questão de saber se existe vida extraterrestre seja resolvida por um único experimento ou por um repentino avanço dramático. Filósofos e cientistas não têm uma definição de vida única e segura. Os astrobiólogos, consequentemente, não têm um único teste de segurança que resolverá o problema. Se formas simples de vida existem em Marte ou em outras partes do sistema solar, agora parece provável que esse fato surja gradualmente, com base em muitas linhas convergentes de evidências. Nós realmente não sabemos o que estamos procurando até encontrá-lo.
Referências e leituras adicionais:
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Os desembarques da Viking Mars encontraram os elementos básicos da vida? Peça que falta inspira novo visual no quebra-cabeça. Pesquisa em destaque no Science Daily 5 de setembro de 2010
O rover da NASA encontra química orgânica ativa e antiga em Marte, no laboratório de Propulsão a Jato, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Notícias, 16 de dezembro de 2014.
