Um Sol tempestuoso e ativo pode ter iniciado a vida na Terra?

Os primeiros blocos de construção da vida na Terra podem ter se formado graças as erupções do nosso Sol, segundo um novo estudo sugere.

Uma série de experimentos químicos mostra como as partículas solares, colidindo com gases na atmosfera primitiva da Terra, podem formar aminoácidos e ácidos carboxílicos, os blocos básicos de construção das proteínas e da vida orgânica. As descobertas foram publicadas na revista Life.

Para entender a origem da vida, muitos cientistas tentam explicar como os aminoácidos, a matéria-prima a partir da qual as proteínas e toda a vida celular, foram formados. A proposta mais conhecida se originou no final de 1.800, quando os cientistas especularam que a vida poderia ter começado em um “pequeno lago quente”: uma sopa de produtos químicos, energizada por raios, calor e outras fontes de energia, que poderiam se misturar em quantidades concentradas para formar moléculas orgânicas.

Em 1953, Stanley Miller, da Universidade de Chicago, tentou recriar essas condições primordiais no laboratório [1]. Miller encheu uma câmara fechada com metano, amônia, água e hidrogênio molecular (gases prováveis que eram predominantes na atmosfera primitiva da Terra) e acendeu repetidamente uma faísca elétrica para simular um raio. Uma semana depois, Miller e seu orientador Harold Urey analisaram o conteúdo da câmara e descobriram que 20 aminoácidos diferentes haviam se formado.

Vladimir Airapetian, astrofísico estelar do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e coautor do novo artigo, declarou:

Foi uma grande revelação. A partir dos componentes básicos da atmosfera da Terra primitiva, você poderia sintetizar essas moléculas orgânicas complexas.

Vladimir Airapetian

Entretanto, os últimos 70 anos complicaram essa interpretação do experimento de Miller-Urey [1]. Os cientistas agora julgam que amônia (NH₃) e metano (CH₄) eram muito menos abundantes. Além disso o ar da Terra estava cheio de dióxido de carbono (CO₂) e nitrogênio molecular (N₂), que exigem mais energia para se decompor. Esses gases ainda podem produzir aminoácidos, mas em quantidades bastante reduzidas.

Buscando fontes alternativas de energia, alguns cientistas apontaram para ondas de choque de meteoros que chegam. Outros citaram a radiação ultravioleta solar. Airapetian, usando dados da missão Kepler da NASA, apontou para uma nova ideia: partículas energéticas originadas em nosso Sol.

O Observatório Espacial Kepler observou estrelas distantes em diferentes fases do seu ciclo de vida, mas os seus dados fornecem pistas sobre o passado do nosso Sol. Em 2016, Airapetian publicou um estudo sugerindo que durante os primeiros 100 milhões de anos da Terra, o Sol era cerca de 30% mais escuro. Mas as “superflares” solares (erupções poderosas que ocorrem apenas uma vez a cada 100 anos ou mais hoje) teriam entrado em erupção uma vez a cada 3-10 dias. Essas super-erupções lançam partículas próximas à velocidade da luz que colidem regularmente com nossa atmosfera, iniciando reações químicas.

Assim que publiquei o artigo, a equipe da Yokohama National University, do Japão, entrou em contato comigo.

Vladimir Airapetian

Kobayashi, professor de química lá, passou os últimos 30 anos estudando a química prebiótica. Ele estava tentando entender como os raios cósmicos galácticos – partículas vindas de fora do nosso sistema solar – poderiam ter afetado a atmosfera da Terra primitiva.

A maioria dos investigadores ignora os raios cósmicos galácticos porque eles exigem equipamentos especializados, como aceleradores de partículas. Tive a sorte de ter acesso a vários deles perto de nossas instalações.

Kobayashi

Pequenos ajustes na configuração experimental de Kobayashi podem testar as ideias de Airapetian.

Airapetian, Kobayashi e seus colaboradores criaram uma mistura de gases que combina com a atmosfera da Terra primitiva como a entendemos hoje. Eles combinaram dióxido de carbono, nitrogênio molecular, água e uma quantidade variável de metano (a proporção de metano na atmosfera primitiva da Terra é incerta, mas pensamos que seja baixa). Eles dispararam as misturas de gás com prótons (simulando partículas solares) ou os inflamaram com descargas de faíscas (simulando relâmpagos), replicando o famoso experimento de Miller-Urey [1] para comparação.

Desde que a proporção de metano fosse superior a 0,5%, as misturas disparadas por prótons (partículas solares) produziam quantidades detectáveis ​​de aminoácidos e ácidos carboxílicos. Mas as descargas de faíscas (relâmpagos) exigiam cerca de 15% de concentração de metano antes que qualquer aminoácido se formasse.

Mesmo com 15% de metano, a taxa de produção de aminoácidos por raios é um milhão de vezes menor do que por prótons.

Vladimir Airapetian

Os prótons também tendiam a produzir mais ácidos carboxílicos (um precursor dos aminoácidos) do que aqueles inflamados por descargas de faíscas.

Considerando tudo mais como igual neste cenário, as partículas solares parecem ser uma fonte de energia mais eficiente do que os raios. Mas, provavelmente, as condições não eram iguais (!), sugeriu Airapetian. Miller e Urey presumiram que os raios eram tão comuns na época do “pequeno lago quente” quanto hoje. Os raios originados de nuvens de tempestade formadas pelo ar quente ascendente, teriam sido bem mais raros sob um Sol primordial 30% mais fraco [2].

Durante as condições de frio não se obtém raios e a Terra primitiva estava sob um Sol muito fraco [2]. Isso não quer dizer que as condições de vida teriam vindo de raios, mas, os raios da Terra antiga parecem menos prováveis agora. As partículas solares se revelam como mais prováveis no processo.

Vladimir Airapetian

Esses experimentos sugerem que nosso jovem Sol ativo poderia ter catalisado os precursores da vida mais facilmente, e talvez antes, do que se supunha anteriormente.

Nota [1]

O experimento de Miller-Urey foi uma complexa experiência química que simulou em laboratório condições que se pensava na época estarem presentes na atmosfera da Terra pré-biótica primitiva, a fim de testar a hipótese da origem química da vida nessas condições. O experimento usou água (H₂O), metano (CH₄), amônia (NH₃), hidrogênio (H₂) e um arco elétrico, simulando um raio hipotético. Na época, apoiava a hipótese de Alexander Oparin e J.B.S. Haldane de que as condições hipotéticas na Terra primitiva favoreciam reações químicas que sintetizavam compostos orgânicos mais complexos a partir de precursores inorgânicos mais simples. É considerado um experimento inovador e o experimento clássico que investiga a abiogênese. Foi realizado em 1953 por Stanley Miller, supervisionado por Harold Urey na Universidade de Chicago. Os resultados foram publicados no ano seguinte. Após a morte de Miller em 2007, os cientistas que examinaram os frascos selados preservados dos experimentos originais foram capazes de mostrar que havia mais de 20 aminoácidos diferentes produzidos nos experimentos originais de Miller. Isso é consideravelmente mais do que Miller relatou originalmente, e mais do que os 20 que ocorrem naturalmente no código genético. Evidências mais recentes sugerem que a atmosfera original da Terra pode ter uma composição diferente do gás usado no experimento de Miller, mas os experimentos pré-bióticos continuam a produzir misturas de compostos simples a complexos, como o cianeto, sob condições variadas.

[2] O paradoxo do Sol jovem e fraco descreve a aparente contradição entre as observações de água líquida no início da história da Terra e a expectativa astrofísica de que a produção do Sol seria apenas 70 por cento tão intensa durante aquela época quanto é durante a época moderna. O paradoxo é o seguinte: com a produção de energia pelo jovem Sol em apenas 70 por cento de sua produção atual, seria de se esperar que a Terra primitiva estivesse completamente congelada – mas a Terra primitiva parece ter tido água líquida e sustentado a vida. A questão foi levantada pelos astrônomos Carl Sagan e George Mullen em 1972. As resoluções propostas para esse paradoxo levaram em conta os efeitos do efeito estufa, mudanças no albedo planetário, influências astrofísicas ou combinações dessas sugestões. Descobriu-se que o gás de efeito estufa dióxido de carbono contribuiu mais. Para saber mais leia: O paradoxo do Sol fraco foi esclarecido? Como a Terra primitiva tornou-se calorosa e hospitaleira?

Artigo Científico

Life: Formation of Amino Acids and Carboxylic Acids in Weakly Reducing Planetary Atmospheres by Solar Energetic Particles from the Young Sun

Fonte

NASA: A Stormy, Active Sun May Have Kickstarted Life on Earth

._._.