Antes da vida na Terra, moléculas orgânicas essenciais eram formadas a partir de elementos escassos como nitrogênio, enxofre, carbono e fósforo. Novas pesquisas sugerem que a poeira cósmica, rica nestes elementos, poderia ter impulsionado a química pré-biótica ao acumular-se em altas concentrações na Terra, particularmente em buracos de derretimento das camadas de gelo, levando potencialmente à formação de blocos de construção da vida. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Antes do surgimento da vida na Terra, a química essencial era necessária para criar moléculas orgânicas a partir dos blocos de construção elementares de nitrogênio, enxofre, carbono e fósforo. Para que as reações químicas correspondentes iniciassem e se mantivessem, estes elementos tinham de estar presentes em abundância – e constantemente reabastecidos. Na própria Terra, contudo, estes elementos eram e ainda são escassos.
Na verdade, os blocos de construção elementares da vida eram tão raros que as reações químicas teriam se esgotado rapidamente, se é que algum dia conseguissem funcionar. Os processos geológicos, como a erosão e a meteorização das rochas constituintes da Terra, também não foram capazes de garantir um abastecimento suficiente, uma vez que a crosta terrestre continha simplesmente muito poucos destes elementos. No entanto, nos primeiros 500 milhões de anos da história da Terra, desenvolveu-se uma química pré-biótica que produziu moléculas orgânicas como ARN, ADNácidos graxos e proteínas, nos quais toda a vida se baseia.
Ingredientes do espaço sideral?
De onde vieram as quantidades necessárias de enxofre, fósforo, nitrogênio e carbono? O geólogo e bolsista Nomis Craig Walton está convencido de que esses elementos vieram para a Terra principalmente como poeira cósmica.
Esta poeira é criada no espaço, por exemplo, quando asteroides colidem entre si. Ainda hoje, cerca de 30.000 toneladas de poeira ainda caem do espaço para a Terra todos os anos. Nos primórdios da Terra, contudo, a poeira choveu em volumes muito maiores, totalizando milhões de toneladas por ano. Acima de tudo, porém, as partículas de poeira contêm muito nitrogênio, carbono, enxofre e fósforo. Eles teriam, portanto, o potencial de desencadear uma cascata química.
Contudo, o facto de a poeira se dispersar amplamente e só poder ser encontrada em quantidades muito pequenas num determinado local fala contra isto. “Mas se incluirmos os processos de transporte, as coisas parecem diferentes”, diz Walton. Vento, chuva ou rios coletam poeira cósmica sobre uma grande área e a depositam de forma concentrada em determinados locais.
Novo modelo para esclarecer a questão
Para descobrir se a poeira cósmica poderia ser a fonte que deu início à química (reações) prebióticas, Walton desenvolveu um modelo junto com colegas da Universidade de Cambridge.
Usando o modelo, os pesquisadores simularam quanta poeira cósmica caiu na Terra nos primeiros 500 milhões de anos de história do nosso planeta e onde ela poderia ter se acumulado na superfície terrestre. Seu estudo foi agora publicado na revista científica Astronomia da Natureza.
O modelo foi desenvolvido em colaboração com especialistas em sedimentação e astrofísicos da Universidade de Cambridge. Os pesquisadores britânicos são especializados na simulação de sistemas planetários e de asteróides.
As suas simulações mostram que poderia ter havido locais na Terra primitiva com uma concentração extremamente elevada de poeira cósmica. E que os suprimentos eram constantemente reabastecidos do espaço. No entanto, as chuvas de poeira diminuíram rápida e acentuadamente após a formação da Terra: após 500 milhões de anos, o fluxo de poeira foi uma ordem de magnitude menor do que no ano zero. Os pesquisadores atribuem picos ascendentes ocasionais a asteróides que se separaram e enviaram uma cauda de poeira em direção à Terra.
Derreta buracos em camadas de gelo como armadilhas de poeira
A maioria dos cientistas, mas também leigos, assumem que a Terra esteve coberta por um oceano de magma durante milhões de anos; isso teria evitado por muito tempo o transporte e a deposição de poeira cósmica. “No entanto, pesquisas mais recentes encontraram evidências de que a superfície da Terra esfriou e solidificou muito rapidamente e que grandes camadas de gelo se formaram”, diz Walton.
De acordo com as simulações, estas camadas de gelo poderiam ter sido o melhor ambiente para a acumulação de poeira cósmica. Buracos de derretimento na superfície da geleira – conhecidos como buracos de crioconita – teriam permitido não apenas o acúmulo de sedimentos, mas também de grãos de poeira do espaço.
Com o tempo, os elementos correspondentes foram liberados das partículas de poeira. Assim que a sua concentração na água glacial atingiu um valor limite crítico, as reações químicas começaram por si mesmas, levando à formação das moléculas orgânicas que são a origem da vida.
É bem possível que os processos químicos tenham ocorrido mesmo nas temperaturas geladas que prevalecem nos buracos de fusão: “O frio não perturba a química orgânica – pelo contrário: as reações são mais seletivas e específicas em baixas temperaturas do que em altas temperaturas”, Walton diz. Outros pesquisadores demonstraram em laboratório que ácidos ribonucléicos (RNA) simples em forma de anel se formam espontaneamente nessas sopas de água derretida a temperaturas próximas de zero e depois se replicam. Um ponto fraco no argumento poderia ser que, a baixas temperaturas, os elementos necessários para formar as moléculas orgânicas dissolvem-se apenas muito lentamente a partir das partículas de poeira.
Iniciando o debate sobre a origem da vida
A teoria apresentada por Walton não é incontroversa na comunidade científica. “Este estudo irá certamente desencadear um debate científico controverso”, diz Walton, “mas também dará origem a novas ideias sobre a origem da vida”.
Já nos séculos XVIII e XIX, os cientistas estavam convencidos de que os meteoritos trouxeram os “elementos da vida”, como Walton os chama, para a Terra. Mesmo assim, os investigadores encontraram grandes quantidades destes elementos em rochas do espaço, mas não na base rochosa da Terra. “Desde então, no entanto, quase ninguém considerou a ideia de que a química prebiótica foi desencadeada principalmente por meteoritos”, diz Walton.
“A ideia do meteorito parece convincente, mas há um porém”, explica Walton. Um único meteorito fornece estas substâncias apenas num ambiente limitado; o local onde atinge o solo é aleatório e outros suprimentos não são garantidos. “Acho improvável que a origem da vida dependa de alguns pedaços de rocha espalhados de forma ampla e aleatória”, diz ele. “A poeira cósmica enriquecida, por outro lado, é uma fonte plausível.”
O próximo passo de Walton será testar experimentalmente sua teoria. No laboratório, ele usará grandes recipientes de reação para recriar as condições que poderiam ter prevalecido nos buracos de fusão primitivos, depois definirá as condições iniciais para aquelas que provavelmente existiram num buraco de crioconita há quatro bilhões de anos – e, finalmente, esperará para ver se quaisquer reações químicas do tipo que produzem moléculas biologicamente relevantes realmente se desenvolvem.
Referência: “Fertilização de poeira cósmica da química prebiótica glacial na Terra primitiva” por Craig R. Walton, Jessica K. Rigley, Alexander Lipp, Robert Law, Martin D. Suttle, Maria Schönbächler, Mark Wyatt e Oliver Shorttle, 19 de fevereiro de 2024, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02212-z
