Sebastian Haas segura um pedaço da crosta de sal do Lago Last Chance com algas verdes no meio e sedimentos pretos no fundo. Crédito: David Catling/Universidade de Washington
Charles Darwin sugeriu a possibilidade da vida ter origem num “pequeno lago quente” com uma mistura adequada de produtos químicos e energia. Nova pesquisa conduzida pela Universidade de Washington e publicada em Comunicações Terra e Meio Ambiente destaca um “lago de soda” raso no oeste do Canadá como uma combinação potencial para essas condições. As descobertas fornecem um novo suporte de que a vida poderia ter surgido de lagos na Terra primitiva, há cerca de 4 mil milhões de anos.
Os cientistas sabem que, nas condições certas, as moléculas complexas da vida podem emergir espontaneamente. Conforme recentemente ficcionalizado no sucesso de bilheteria “Lessons in Chemistry”, moléculas biológicas podem ser induzidas a se formar a partir de moléculas inorgânicas. Na verdade, muito depois da descoberta da década de 1950 na vida real ter sido feita aminoácidosos blocos de construção das proteínas, trabalhos mais recentes tornaram os blocos de construção das proteínas ARN. Mas esta próxima etapa requer concentrações extremamente altas de fosfato.
O fosfato forma a “espinha dorsal” do RNA e ADN e também é um componente chave das membranas celulares. As concentrações de fosfato necessárias para formar estas biomoléculas no laboratório são centenas a 1 milhão de vezes superiores aos níveis normalmente encontrados em rios, lagos ou no oceano. Isto tem sido chamado de “problema do fosfato” para o surgimento da vida – um problema que os lagos de soda podem ter resolvido.
Soda Lakes como solução
“Acho que esses lagos de soda fornecem uma resposta ao problema do fosfato”, disse o autor sênior David Catling, professor de ciências da Terra e do espaço na UW. “A nossa resposta é esperançosa: este ambiente deveria ocorrer na Terra primitiva, e provavelmente noutros planetas, porque é apenas um resultado natural da forma como as superfícies planetárias são feitas e como funciona a química da água.”
Os lagos de soda recebem esse nome por terem altos níveis de sódio e carbonato dissolvidos, semelhantes ao bicarbonato de sódio dissolvido. Isso ocorre a partir das reações entre a água e as rochas vulcânicas abaixo. Os lagos de soda também podem ter altos níveis de fosfato dissolvido.
Membros da equipe de pesquisa caminharam pela superfície do Lago Last Chance em setembro de 2022. No final do verão, a água evaporou quase toda, deixando uma crosta salgada na superfície. Mas a água persiste abaixo em bolsas e cavidades, e sedimentos macios ficam abaixo, criando uma estrutura crème brûlée um tanto traiçoeira para caminhar. Crédito: Zack Cohen/Universidade de Washington
Pesquisas anteriores da UW em 2019 descobriram que as condições químicas para o surgimento da vida poderiam, teoricamente, ocorrer em lagos de soda. Os investigadores combinaram modelos químicos com experiências de laboratório para mostrar que os processos naturais podem, teoricamente, concentrar fosfato nestes lagos a níveis até 1 milhão de vezes superiores aos das águas típicas.
Lago Last Chance: um laboratório natural
Para o novo estudo, a equipe decidiu estudar tal ambiente na Terra. Por coincidência, o candidato mais promissor estava a uma curta distância. Escondido no final de um tese de mestrado da década de 1990 foi o nível mais alto de fosfato natural conhecido na literatura científica em Last Chance Lake, no interior da Colúmbia Britânica, Canadá, a cerca de sete horas de carro de Seattle.
O lago tem cerca de 30 centímetros de profundidade e águas turvas com níveis flutuantes. Ele fica em terras federais, no final de uma estrada de terra empoeirada no Planalto Cariboo, na região pecuária da Colúmbia Britânica. O lago raso atende aos requisitos para um lago de soda: um lago acima da rocha vulcânica (neste caso, basalto) combinado com uma atmosfera seca e ventosa que evapora a água que entra para manter os níveis de água baixos e concentra os compostos dissolvidos dentro do lago.
Implicações para a vida em outros planetas
A análise publicada no novo artigo sugere que os lagos de soda são fortes candidatos ao surgimento de vida na Terra. Eles também poderiam ser candidatos à vida em outros planetas.
Esta vista panorâmica mostra o Lago Last Chance, no oeste do Canadá, em novembro de 2021, quando o lago encolheu em muitas piscinas menores e o gelo se formou no topo de cada piscina. Dois pesquisadores da Universidade de Washington estão na superfície gelada do lago. Crédito: Kimberly Poppy Sinclair/Universidade de Washington
“Estudamos um ambiente natural que deveria ser comum em todo o sistema solar. As rochas vulcânicas são predominantes nas superfícies dos planetas, portanto esta mesma química da água poderia ter ocorrido não apenas na Terra primitiva, mas também nos primeiros Marte e cedo Vênusse água líquida estivesse presente”, disse o autor principal Sebastian Haas, pesquisador de pós-doutorado da UW em ciências da Terra e do espaço.
Pesquisa de campo e descobertas
A equipe da UW visitou o Lago Last Chance três vezes de 2021 a 2022. Eles coletaram observações no início do inverno, quando o lago estava coberto de gelo; no início do verão, quando as nascentes alimentadas pela chuva e os riachos alimentados pela neve derretida colocam a água no seu nível mais alto; e no final do verão, quando o lago estava quase completamente seco.
“Você tem esta salina aparentemente seca, mas há cantos e recantos. E entre o sal e o sedimento existem pequenos bolsões de água que são realmente ricos em fosfato dissolvido”, disse Haas. “O que queríamos entender era por que e quando isso poderia acontecer na antiga Terra, a fim de fornecer um berço para a origem da vida.”
Nas três visitas, a equipe coletou amostras de água, sedimentos do lago e crosta de sal para compreender a química do lago.
Na maioria dos lagos, o fosfato dissolvido combina-se rapidamente com o cálcio para formar fosfato de cálcio, o material insolúvel que constitui o esmalte dos dentes. Isso remove o fosfato da água. Mas no Lago Last Chance, o cálcio combina-se com carbonato abundante e também com magnésio para formar a dolomita, o mesmo mineral que forma pitorescas cadeias de montanhas. Esta reação foi prevista pelo trabalho de modelagem anterior e confirmada quando a dolomita era abundante nos sedimentos do Lago Last Chance. Quando o cálcio se transforma em dolomita e não permanece na água, o fosfato carece de um parceiro de ligação – e assim a sua concentração aumenta.
Conclusão e direções de pesquisas futuras
“Este estudo acrescenta evidências crescentes de que os lagos de soda evaporativos são ambientes que atendem aos requisitos da química da origem da vida, acumulando ingredientes-chave em altas concentrações”, disse Catling.
O estudo também comparou o Lago Last Chance com o Lago Goodenough, um lago de aproximadamente um metro de profundidade com águas mais claras e química diferente a apenas dois minutos a pé, para saber o que torna o Lago Last Chance único. Os pesquisadores se perguntaram por que a vida, presente em algum nível em todos os lagos modernos, não estava consumindo o fosfato do Lago Last Chance.
O Lago Goodenough possui tapetes de cianobactérias que extraem ou “fixam” o gás nitrogênio do ar. As cianobactérias, como todas as outras formas de vida, também necessitam de fosfato – e a sua população crescente consome parte do fornecimento de fosfato da água do lago. Mas o Lago Last Chance é tão salgado que inibe os seres vivos que realizam o trabalho que consome muita energia de fixar o nitrogênio atmosférico. O Lago Last Chance abriga algumas algas, mas não tem nitrogênio disponível suficiente para hospedar mais vida, permitindo o acúmulo de fosfato. Isso também o torna um análogo melhor para uma Terra sem vida.
“Essas novas descobertas ajudarão a informar os pesquisadores da origem da vida que estão replicando essas reações em laboratório ou procurando ambientes potencialmente habitáveis em outros planetas”, disse Catling.
Referência: “Explicações biogeoquímicas para o lago mais rico em fosfato do mundo, um análogo da origem da vida” por Sebastian Haas, Kimberly Poppy Sinclair e David C. Catling, 9 de janeiro de 2024, Comunicações Terra e Meio Ambiente.
DOI: 10.1038/s43247-023-01192-8
A pesquisa foi financiada pela Fundação Simons. A outra coautora é Kimberly Poppy Sinclair, estudante de pós-graduação da UW em ciências da Terra e do espaço. Alunos de pós-graduação do Programa de Astrobiologia da UW também ajudaram na coleta de amostras.