Encontrar planetas potencialmente habitáveis além do nosso Sistema Solar não é tarefa fácil. Embora o número de planetas extra-solares confirmados tenha crescido aos trancos e barrancos nas últimas décadas (3791 e contando!), A grande maioria foi detectada usando métodos indiretos. Isso significa que caracterizar as atmosferas e as condições da superfície desses planetas tem sido uma questão de estimativas e estimativas.
Da mesma forma, os cientistas procuram condições semelhantes às que existem aqui na Terra, uma vez que a Terra é o único planeta que conhecemos que sustenta a vida. Mas, como muitos cientistas indicaram, as condições da Terra mudaram drasticamente ao longo do tempo. E em um estudo recente, um par de pesquisadores argumenta que uma forma mais simples de formas de vida fotossintéticas pode ser anterior àquelas que dependem da clorofila - o que poderia ter implicações drásticas na busca por exoplanetas habitáveis.
Como afirmam em seu estudo, que apareceu recentemente no Revista Internacional de Astronomia, embora as origens da vida ainda não sejam totalmente compreendidas, é geralmente aceito que a vida tenha surgido entre 3,7 e 4,1 bilhões de anos atrás (durante o final do Hadean ou no início do Archean Eon). Nesse momento, a atmosfera era radicalmente diferente daquela que conhecemos e dependemos hoje.
Em vez de ser composta principalmente de nitrogênio e oxigênio (~ 78% e 21%, respectivamente, com gases residuais formando o restante), a atmosfera primitiva da Terra era uma combinação de dióxido de carbono e metano. E então, cerca de 2,9 a 3 bilhões de anos atrás, surgiram bactérias fotossintetizantes que começaram a enriquecer a atmosfera com gás oxigênio.
Devido a esse e outros fatores, a Terra experimentou o que é conhecido como o "Grande Evento de Oxidação" cerca de 2,3 bilhões de anos atrás, o que alterou permanentemente a atmosfera do nosso planeta. Apesar desse consenso geral, o processo e a linha do tempo em que os organismos evoluíram para converter a luz solar em energia química usando clorofila continuam sujeitos a muitas suposições.
No entanto, de acordo com o estudo realizado por Shiladitya DasSarma e Edward Schwieterman - professor de biologia molecular da Universidade de Maryland e astrobiólogo da UC Riverside, respectivamente - um tipo diferente de fotossíntese pode ser anterior à clorofila. Sua teoria, conhecida como "Terra Roxa", é que os organismos que conduzem a fotossíntese usando a retina (um pigmento roxo) surgiram na Terra antes daqueles que usam clorofila.
Essa forma de fotossíntese ainda é predominante na Terra hoje e tende a dominar em ambientes hipersalinos - ou seja, lugares onde as concentrações de sal são especialmente altas. Além disso, a fotossíntese dependente da retina é um processo muito mais simples e menos eficiente. Foi por esses motivos que DasSarma e Schwieterman consideraram a possibilidade de a fotossíntese baseada na retina ter evoluído mais cedo.
Como o professor DasSarma disse à Space Magazine por e-mail:
“A retina é um produto químico relativamente simples comparado à clorofila. Tem uma estrutura isoprenóide e há evidências da presença desses compostos no início da Terra, entre 2,5 e 3,7 bilhões de anos atrás. A absorção da retina ocorre na parte verde-amarela do espectro visível, onde grande parte da energia solar é encontrada, e é complementar à absorção da clorofila nas regiões flanqueadora azul e vermelha do espectro. A fototrofia baseada na retina é muito mais simples que a fotossíntese dependente de clorofila, exigindo apenas as proteínas da retina, uma vesícula da membrana e ATP sintase para converter energia luminosa em energia química (ATP). Parece razoável que a fotossíntese dependente da retina mais simples tenha evoluído mais cedo que a fotossíntese dependente da clorofila mais complexa. ”
Eles levantaram a hipótese de que o surgimento desses organismos ocorreria logo após o desenvolvimento da vida celular, como um meio inicial de produção de energia celular. A evolução da fotossíntese da clorofila poderia, portanto, ser vista como um desenvolvimento subsequente que evoluiu ao lado de seu antecessor, com ambos preenchendo certos nichos.
"A fototrofia dependente da retina é usada para bombeamento de prótons acionado por luz, o que resulta em um gradiente transmembranar de prótons-motivo", disse DasSarma. “O gradiente de prótons-motivo pode ser quimiosmoticamente acoplado à síntese de ATP. No entanto, não foi encontrado vinculado à fixação de C ou à produção de oxigênio em organismos existentes (modernos), como em plantas e cianobactérias, que usam pigmentos de clorofila para ambos os processos durante os estágios da fotossíntese. ”
"A outra grande diferença é o espectro de luz absorvido pelas clorofilas e rodopsinas (baseadas na retina)", acrescentou Schwieterman. "Enquanto as clorofilas absorvem mais fortemente na parte azul e vermelha do espectro visual, a bacteriorodopsina absorve mais fortemente no verde-amarelo".
Assim, enquanto os organismos fotossintéticos acionados por clorofila absorvem a luz vermelha e azul e refletem o verde, os organismos acionados pela retina absorvem a luz verde e amarela e refletem o roxo. Embora a DaSarma tenha sugerido a existência de tais organismos no passado, ela e o estudo de Schwieterman analisaram as possíveis implicações que uma "Terra Roxa" poderia ter na busca por planetas extra-solares habitáveis.
Graças a décadas de observação da Terra, os cientistas entenderam que a vegetação verde pode ser identificada do espaço usando o que é chamado de Borda Vermelha da Vegetação (VRE). Esse fenômeno refere-se a como as plantas verdes absorvem a luz vermelha e amarela enquanto refletem a luz verde, enquanto ao mesmo tempo brilham intensamente nos comprimentos de onda infravermelhos.
Visto do espaço usando espectroscopia de banda larga, grandes concentrações de vegetação são, portanto, identificáveis com base em sua assinatura infravermelha. O mesmo método foi proposto por muitos cientistas (incluindo Carl Sagan) para o estudo de exoplanetas. No entanto, sua aplicabilidade seria limitada a planetas que também desenvolveram plantas fotossintéticas acionadas por clorofila e que estão distribuídas por uma fração significativa do planeta.
Além disso, os organismos fotossintéticos evoluíram apenas na história relativamente recente da Terra. Enquanto a Terra existe há cerca de 4,6 bilhões de anos, as plantas vasculares verdes só começaram a aparecer 470 milhões de anos atrás. Como resultado, pesquisas de exoplanetas que buscam vegetação verde só seriam capazes de encontrar planetas habitáveis que estão muito adiantados em sua evolução. Como Schwieterman explicou:
“Nosso trabalho está preocupado com o subconjunto de exoplanetas que podem ser habitáveis e cujas assinaturas espectrais poderiam um dia ser analisadas quanto a sinais de vida. O VRE como uma bioassinatura é informado por apenas um tipo de organismo - fotossintetizadores produtores de oxigênio, como plantas e algas. Hoje, esse tipo de vida é dominante em nosso planeta, mas nem sempre foi assim e pode não ser o caso em todos os exoplanetas. Embora esperemos que a vida em outros lugares tenha algumas características universais, maximizamos nossas chances de sucesso na busca pela vida, considerando as diversas características que os organismos em outros lugares podem ter. ”
A esse respeito, o estudo de DeSharma e Schwieterman não é diferente do trabalho recente do Dr. Ramirez (2018) e Ramirez e Lisa Kaltenegger (2017) e outros pesquisadores. Nesses e em outros estudos similares, os cientistas propuseram que o conceito de "zona habitável" pudesse ser estendido considerando que a atmosfera da Terra já foi muito diferente do que é hoje.
Portanto, em vez de procurar sinais de oxigênio e nitrogênio, gás e água, as pesquisas poderiam procurar sinais de atividade vulcânica (que era muito mais prevalente no passado da Terra), além de hidrogênio e metano - que eram importantes para as condições iniciais da Terra. Da mesma forma, de acordo com Schwieterman, eles poderiam procurar organismos roxos usando métodos semelhantes ao que é usado para monitorar a vegetação aqui na Terra:
“A colheita da luz da retina que discutimos em nosso artigo produziria uma assinatura distinta do VRE. Embora a vegetação tenha uma “borda vermelha” distinta, causada pela forte absorção da luz vermelha e pelo reflexo da luz infravermelha, as bacteriorodopsinas da membrana roxa absorvem a luz verde com mais força, produzindo uma “borda verde”. As características desta assinatura diferem entre organismos suspensos na água ou em terra, assim como ocorre com os fotossintetizadores comuns. Se os fototróficos baseados na retina existissem com abundância suficiente em um exoplaneta, essa assinatura seria incorporada no espectro de luz refletido do planeta e poderia ser vista pelos futuros telescópios espaciais avançados (que também procurariam o VRE, oxigênio, metano e outras bioassinaturas em potencial também). ”
Nos próximos anos, nossa capacidade de caracterizar exoplanetas melhorará drasticamente graças a telescópios da próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o Telescópio Extremamente Grande (ELT), o Telescópio de Trinta Metros e o Telescópio Gigante de Magalhães ( GMT). Com esses recursos adicionais e uma gama maior de opções, a designação "potencialmente habitável" pode assumir um novo significado!
