A astrobiologia é o estudo da origem, evolução, distribuição e o futuro da vida no universo. Este campo multidisciplinar abrange a busca de ambientes habitáveis dentro e fora do nosso Sistema Solar, à procura de provas de química pré-biótica e vida. As pesquisas de laboratório e de campo são focadas na origem e evolução inicial da vida na Terra, bem como o potencial da vida a se adaptar na Terra e no espaço. O termo exobiologia é semelhante, mas é mais específico e abrange a busca de vida fora da Terra e os efeitos dos ambientes extraterrestres em seres vivos.
A astrobiologia faz uso de física, química, astronomia, biologia, biologia molecular, ecologia, ciência planetária, geografia e geologia para investigar a possibilidade de vida em outros mundos e ajudar a reconhecer biosferas que podem ser diferente da biosfera da Terra. A origem e evolução da vida é uma parte inseparável da disciplina de astrobiologia. Preocupa-se com a interpretação de dados científicos e dados mais detalhados e confiáveis de outras partes do universo, de tal forma que as raízes da astrobiologia (física, química e biologia) podem ter suas bases teóricas desafiadas através de hipóteses da Exobiologia que se encaixam firmemente nas teorias científicas em vigor.
A química da vida pode ter começado logo após o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos atrás, durante uma época habitável quando o Universo tinha apenas 10-17000000 anos de idade. De acordo com a hipótese da panspermia, vidas microscópicas que foram distribuídas por meteoróides, asteróides e outros pequenos corpos do Sistema Solar, podem existem em todo o universo. De acordo com a pesquisa publicada em agosto de 2015, galáxias muito grandes podem ser mais favoráveis à criação e desenvolvimento de planetas habitáveis do que galáxias menores, como a Via Láctea. Não obstante, a Terra é o único lugar no universo conhecido que abriga a vida. As estimativas de zonas habitáveis em torno de outras estrelas, juntamente com a descoberta de centenas de planetas extra-solares e novos insights sobre os habitats extremos aqui na Terra, sugerem que pode haver muitos lugares mais habitáveis no universo do que se considerava possível até muito recentemente.
Os estudos atuais sobre o planeta Marte estão agora à procura de evidências de vida primitiva, bem como planícies relacionadas com antigos rios ou lagos que podem ter sido habitáveis. A busca para a evidência de habitabilidade, tafonomia (relacionada com fósseis) e moléculas orgânicas no planeta Marte é agora um objetivo primário da NASA.
COMO A ASTROBIOLOGIA TRABALHA?
- Habitabilidade planetária
Ao procurar vida em outros planetas como a Terra, algumas hipóteses simplificadoras são úteis para reduzir o tamanho da tarefa do astrobiólogo. Uma delas é o pressuposto de que a grande maioria das formas de vida em nossa galáxia são baseadas em produtos químicos de carbono, como são todas as formas de vida na Terra. O carbono é bem conhecido para grande variedade de moléculas que podem ser formadas em torno dele. O carbono é o quarto elemento mais abundante no universo, adequado para a construção de moléculas que não só são estáveis, mas também reativas. O fato de que os átomos de carbono prontamente se ligam à outros átomos de carbono, permite a construção de moléculas complexas e longas.
A presença de água no estado líquido é um requisito assumido, uma vez que é uma molécula comum e fornece um ambiente excelente para a formação de moléculas complexas à base de carbono que podem, eventualmente, levar ao aparecimento de vida. Alguns investigadores postulam ambientes de amoníaco, ou, mais provavelmente, misturas de água-amônia, que são possíveis solventes para tipos hipotéticos de compostos bioquímicos.
Uma terceira suposição é se concentrar em planetas que orbitam estrelas, como o sol, pois possuem grande probabilidade de serem habitados. Estrelas muito grandes têm vidas relativamente curtas, o que significa que a vida provavelmente não tem tempo para surgir em planetas que as orbitam. Estrelas muito pequenas fornecem tão pouco calor, que apenas planetas em órbitas muito próximas ao seu redor não seriam congelados sólidos. A longa vida das estrelas anãs-vermelhas pode permitir o desenvolvimento de ambientes habitáveis em planetas com atmosferas espessas. Isso é significativo, já que as anãs-vermelhas são extremamente comuns.
Devido ao fato da Terra ser o único planeta conhecido para abrigar a vida, não há nenhuma maneira evidente para saber se alguma das hipóteses simplificadoras está correta.
- Tentativas de comunicação
A pesquisa sobre a comunicação com inteligência extraterrestre (CETI, do inglês Communication with Extraterrestrial Inteligence) concentra-se em compor e decifrar mensagens que poderiam, teoricamente, ser compreendidas por outra civilização tecnológica. Tentativas de comunicação por seres humanos incluem a transmissão de linguagens matemáticas, sistemas pictóricos, como a mensagem de Arecibo e abordagens computacionais para detectar e decifrar a comunicação “natural” da linguagem extraterrestre. O CETI, por exemplo, usa os dois telescópios de rádio e telescópios ópticos para procurar sinais enviados por uma inteligência extraterrestre.
Enquanto alguns cientistas de alto perfil, como Carl Sagan, têm defendido a transmissão de mensagens, o cientista Stephen Hawking, alertou contra ele, sugerindo que os alienígenas podem simplesmente invadir a Terra por seus recursos e, em seguida, seguir em frente.
- Elementos da astrobiologia
Astronomia
A maioria das pesquisas em astrobiologia relacionadas com a astronomia busca detectar planetas extrasolares (exoplanetas). A hipótese dos pesquisadores é: se a vida surgiu na Terra, então ela poderia também surgir em outros planetas com características semelhantes. Para tal, foi utilizada uma série de instrumentos destinados a detectar exoplanetas do tamanho da Terra, mais notavelmente através do programa Terrestrial Planet Finder (TPF) da NASA e da ESA Darwin. A NASA lançou a missão Kepler, em Março de 2009, e a Agência Espacial Francesa lançou a missão COROT em 2006. Existem também vários esforços terrestres menos ambiciosos em curso.
O objetivo destas missões é, não só para detectar o tamanho da Terra, mas também para detectar diretamente a luz do planeta, de modo que ele pode ser estudado espectroscopicamente. Ao examinar espectros planetários, seria possível determinar a composição básica da atmosfera e/ou superfície de um planeta extrasolar. Dado este conhecimento, pode ser possível avaliar a probabilidade do mesmo possuir vida. Um grupo de pesquisa da NASA, o Planeta Virtual Laboratory, faz uso da modelagem computacional para gerar uma grande variedade de planetas virtuais para ver o que enxergariam se os mesmoes fossem vistos pelo espectroscópio. Espera-se que os espectros dos planetas extrasolares obtido pelas missões espaciais possam ser cruzados com esses espectros virtuais, para que possam observar se indicam a presença de vida.
Uma estimativa para o número de planetas com vida extraterrestre inteligente comunicativa pode ser adquirida a partir da equação de Drake, essencialmente, uma equação que expressa a probabilidade da vida inteligente como produto de fatores, como a fração de planetas que poderiam ser habitáveis e a fração de planetas em que possa surgir vida:
N = R* x fp x ne x fl x fi x fc x L
Onde:
N = O número de civilizações comunicativas
R* = a taxa de formação de estrelas adequadas (estrelas como o nosso Sol)
fp = A fração daquelas estrelas com planetas (evidências atuais indicam que sistemas planetários podem ser comuns para estrelas como o Sol)
ne = O número de planetas do tamanho da Terra por sistema planetário
fl = A fração desses planetas do tamanho da Terra-vida
fi = A percentagem de pontos de vida onde a inteligência se desenvolve
fc = A fração de planetas comunicativos (aqueles em que desenvolve tecnologia de comunicações eletromagnéticas)
L = O “tempo de vida” de civilizações comunicantes
O problema com a fórmula é que ela não pode ser utilizada para gerar ou suportar hipóteses porque contém fatores que não podem ser verificados. Drake originalmente formulou a equação meramente como uma agenda para discussão na conferência de Green Bank, mas algumas aplicações da fórmula foram tomadas literalmente e relacionads a argumentos simplistas ou pseudocientíficos. Outro tema relacionado é o paradoxo de Fermi, que sugere que, se a vida inteligente é comum no universo, então deve haver sinais evidentes dela.
Outra área de pesquisa ativa em astrobiologia é a formação do sistema planetário. Tem sido sugerido que as peculiaridades do nosso sistema solar, como por exemplo a presença de Júpiter como um escudo protetor, pode proporcionar um grande aumento da probabilidade de vida inteligente resultante no nosso planeta.
Biologia
As fontes hidrotermais são capazes de suportar as bactérias extremófilas na Terra e podem também suportar a vida em outras partes do cosmos.
A biologia não pode afirmar que um processo ou fenômeno, por ser matematicamente possível, tem de existir à força em um corpo extraterrestre. Biólogos especificam o que é especulativo e o que não é.
Até os anos de 1970, a vida foi pensada para ser totalmente dependente da energia do Sol. As plantas capturam energia da luz solar, realizando fotossíntese, e obtém açúcares à partir do dióxido de carbono e água, liberando oxigênio no processo, que depois é consumido por organismos que respiram oxigênio, passando a sua energia até a cadeia alimentar. Acreditava-se, até mesmo, que a vida nas profundezas do oceano, onde a luz solar não pode chegar, obtinham alimento através do consumo de detritos orgânicos que caíam das águas da superfície. A capacidade do mundo para sustentar a vida, aos olhos dos pesquisadores, se dava pelo fato da terra depender do seu acesso a luz solar. No entanto, em 1977, durante um mergulho exploratório ao redor de Galápagos, cientistas descobriram colônias de vermes gigantes tubulares, moluscos, crustáceos, mexilhões e outras criaturas sortidas agrupadas em torno de características vulcânicas submarinas conhecidas como fumarolas negras. Essas criaturas prosperam nesse ambiente, apesar de não terem acesso à luz solar, e logo os pesquisadores descobriram que elas compõem um ecossistema totalmente independente. Em vez de plantas, a base dessa cadeia alimentar é uma forma de bactéria que deriva a sua energia a partir de oxidação de substâncias químicas reativas, como hidrogênio ou sulfeto de hidrogênio, que chegam do interior da Terra. Esta quimiossíntese revolucionou o estudo da biologia e da astrobiologia, revelando que a vida não precisa ser dependente do sol – ela requer apenas água e um gradiente de energia, para existir.
Extremófilos, organismos capazes de sobreviver em ambientes extremos, são um elemento central de pesquisa para os astrobiólogos. Estes organismos são capazes de sobreviver vários quilômetros abaixo da superfície do oceano perto de fontes hidrotermais e prosperam em ambientes altamente ácidos. Sabe-se agora que extremófilos prosperam em gelo, água fervente, ácidos, no núcleo de reatores nucleares, cristais de sal, resíduos tóxicos e em uma série de outros habitats extremos que foram previamente pensados para serem inóspitos para a vida. Eles abriram uma nova linha de pensamento na astrobiologia, por expandir maciçamente o número de possíveis habitats extraterrestres.
A caracterização destes organismos, seus ambientes e seus caminhos evolutivos, é considerado um componente crucial para a compreensão de como a vida pode evoluir em outros lugares do universo. Por exemplo, alguns organismos capazes de suportar a exposição ao vácuo e radiação do espaço exterior, como os fungos Rhizocarpon geographicum e Xanthoria elegans, a bactéria Bacillus safensis, Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis, a levedura Saccharomyces cerevisiae, sementes de Arabidopsis thaliana (agrião-orelha-de-rato), bem como o animal invertebrado Tardígrado.
A origem da vida, conhecida como abiogênese, distinta da evolução da vida, é outro campo em curso da investigação em Astrobiologia. Oparin e Haldane postularam que as condições da Terra primitiva foram propícias para a formação de compostos orgânicos a partir de elementos inorgânicos e, portanto, à formação de muitos dos produtos químicos comuns a todas as formas de vida que vemos hoje. O estudo desse processo, conhecido como química prebiótica, tem feito alguns progressos, mas ainda não está claro se a vida poderia ou não ter se formado de tal maneira na Terra. A hipótese alternativa da panspermia é que os primeiros elementos da vida podem ter se formado em outro planeta com condições ainda mais favoráveis (ou mesmo no espaço interestelar, asteróides, etc.) e, em seguida, ter sido transferido para a Terra – a hipótese da panspermia.
A poeira cósmica que permeia o universo contém complexos materiais orgânicos que poderiam ser criados naturalmente, e rapidamente, por estrelas. Além disso, um cientista sugeriu que estes compostos podem ter sido relacionados com o desenvolvimento da vida na Terra e disse que, “Se este for o caso, a vida na Terra pode ter sido mais fácil de começar e estes produtos orgânicos podem servir como ingredientes básicos para a vida.”
Em setembro de 2012, os cientistas da NASA relataram que os Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs), submetidos a condições do meio interestelar, são transformados através de hidrogenação, oxigenação e hidroxilação, em mais complexos orgânicos – “um passo ao longo do caminho em direção aos aminoácidos e nucleotídeos, a matéria-prima de proteínas e DNA, respectivamente”.
Mais do que 20% do carbono no universo pode ser associado com os HAPs, possíveis materiais de partida para a formação da vida. Os HAPs parecem ter sido formados logo após o Big Bang, estão espalhados por todo o universo e estão associados a novas estrelas e planetas extrasolares.
Astroecologia
A astroecologia diz respeito às interações da vida com ambientes espaciais e recursos, planetas, asteróides e cometas. Em uma escala maior, diz respeito aos recursos para a vida na galáxia através do futuro cosmológico. A astroecologia tenta quantificar vida futura no espaço.
A astroecologia experimental investiga recursos planetários em solos, utilizando materiais espaciais reais em meteoritos. Os resultados sugerem que materiais condritos carbonáceos podem suportar bactérias, algas e vegetais (aspargo, batata), com a fertilidade do solo elevada. Os resultados sustentam que a vida poderia ter sobrevivido em asteróides aquosos precoces e com materiais similares trazidos à Terra pela poeira de cometas e meteoritos, e que tais materiais podem ser usados como solo para futuras colônias espaciais.
Em maior escala, a cosmoecologia diz respeito à vida no universo cosmológico. As principais fontes de energia podem ser estrelas gigantes vermelhas e estrelas-anãs brancas e vermelhas. Os astroecólogos sugerem que seus modelos matemáticos podem quantificar as potenciais quantidades de vida futura no espaço, permitindo uma expansão comparável em biodiversidade, levando potencialmente a diversas formas de vida inteligente.
Astrogeologia
A astrogeologia é uma disciplina de ciência planetária preocupada com a geologia dos corpos celestes, como os planetas e suas luas, asteróides, cometas e meteoritos. As informações recolhidas por esta disciplina permitem a medida de um planeta ou um satélite natural potencial para desenvolver e sustentar a vida.
Uma disciplina adicional da astrogeologia é a geoquímica, que envolve o estudo da composição química da Terra e de outros planetas, dos processos químicos e reações que governam a composição de rochas e solos, dos ciclos de matéria e energia e sua interação com a hidrosfera e da atmosfera dos planetas. As especializações incluem cosmoquímica, bioquímica e geoquímica orgânica.
O registro fóssil fornece a mais antiga evidência conhecida de vida na Terra. Ao examinar a evidência fóssil, os paleontólogos são capazes de entender melhor os tipos de organismos que surgiram na Terra primitiva. Algumas regiões da Terra, como a Pilbara na Austrália Ocidental e o McMurdo Dry Valleys da Antártida, também são considerados análogos geológicos para regiões de Marte, e como tal, podem ser capazes de fornecer pistas sobre como procurar o passado da vida em Marte.
Os vários grupos funcionais orgânicos, como os compostos de hidrogénio, oxigénio, azoto, fósforo, enxofre, e uma série de metais, tais como ferro, magnésio, zinco, fornecem enorme diversidade de reações químicas catalisadas, necessariamente, por um organismo. O silício, em contraste, interage com apenas alguns outros átomos e as moléculas grandes de silício são monótonas em comparação com o universo combinatório de macromoléculas orgânicas. Na verdade, parece provável que os blocos básicos da vida em qualquer lugar são semelhantes às da Terra, na generalidade, se não no detalhe. Embora a vida terrestre e a vida que possa surgir independentemente da Terra tenham, teoricamente, blocos básicos de vida muitos semelhantes, os cientistas dizem que eles também podem ter algumas qualidades bioquímicas que são únicas.
A procura sistemática de possível vida fora da Terra é um empreendimento científico multidisciplinar válido. No entanto, hipóteses e previsões quanto à sua existência e origem variam muito, e no presente, o desenvolvimento de hipóteses firmemente fundamentadas na ciência da astrobiologia pode ser considerado de mais aplicação prática concreta.
Links externos:
International Journal of Astrobiology
Centro Espanhol de Astrobiologia
Centro de Astrobiologia do Reino Unido
Seeding the Universe with Life (livro gratuito de autoria do astrobiólogo Michael Noah Mautner).
