Fotossíntese Infravermelha: Uma Fonte Potencial Para a Vida Alienígena em Lugares Sem Sol

This News Exclusive was originally posted in English on Jun 6, 2013. This translation for the Portuguese edition of Astrobiology magazine was provided by Bruno Martini. The original article is available here.


A "black smoker" hydrothermal vent in the Atlantic Ocean

Uma ´´fumarola negra´´ no Oceano Atlântico. Crédito: OAR/ National Undersea Research Program (NURP); NOAA

Fotossíntese – a coleta de luz solar para produzir energia – é o condutor definitivo de virtualmente toda a vida do nosso planeta. A maioria das criaturas fotossintéticas dependem da luz óptica, do tipo que vemos, para energizar sua maquinaria biológica. Ainda que alguns possam fazer uso da luz infravermelha de menor energia (e invisível aos nossos olhos). E no caso de um tipo de bactéria – descoberta anos atrás, em águas profundas próximas a uma fonte hidrotermal – esta luz não precisa nem vir do Sol.

Um novo estudo explora o potencial para a vida fotossintética persistir em tais condições de ausência de Sol. A pesquisa visa lançar luz, por assim dizer, sobre como organismos poderiam viver das turvas emissões infravermelhas de fontes hidrotermais em mundos alienígenas. Atormentadoramente, tais fontes teoricamente devem existir sob a superfície da lua oceânica coberta de gelo de Júpiter, chamada Europa.

´´Quando nos tornamos conscientes de bactérias usando luz infravermelha para fotossintetizar, nos sentimos muito curiosos para checar o potencial fotossintético com esta luz porque esta é uma avaliação sobre se a vida seria capaz de prosperar ao redor de fontes hidrotermais´´, disse Rolando Cardenas, um físico da Central University ´´Marta Abreu´´ de Las Villas em Santa Clara, Cuba, e co-autor do artigo publicado na edição de maio da Astrophysics and Space Science.

As novas descobertas sugerem que a vida fotossintética, como a conhecemos, iria sofrer para florescer dada a pequena quantidade de luz disponível em ambientes de fontes hidrotermais. Mas organismos que podem fazer uso de luz infravermelha de menor energia podem ter o bastante para se manter em circunstâncias sem Sol.

Vida florescendo no escuro profundo

Nos oceanos, fontes hidrotermais se formam próximas a vulcões submarinos onde placas tectônicas estão se distanciando em cordilheiras meso-oceânicas. O magma quente que borbulha para cima do assoalho oceânico superaquece a água que passa ao redor, que então é cuspida para fora do fundo oceânico, carregada com minerais. Os minerais precipitam da pluma, construindo estruturas como chaminés, conhecidas como fumarolas negras.

Apesar destas fontes hidrotermais de mar profundo não soarem como lugares particularmente hospitaleiros, os vagalhões escaldantes são de fato pontos quentes (hot spots) biológicos.

Green sulfur bacteria growing in a nutrient-filled container

Um exemplo de espécies de bactérias verdes sulfurosas crescendo em um recipiente cheio de nutrientes. Crédito: kOchstudiO/Wikipedia

Vários tipos de bactéria “jantam” materiais como ferro, sulfeto de hidrogênio e amônia “arrotados” pelas fontes hidrotermais. Estas bactérias por sua vez, suportam ecossistemas completos ao redor das fumarolas negras, mais famosamente caracterizadas por vermes tubulares, mas também lares de estranhas lesmas, caranguejos e muito mais.

Oito anos atrás, pesquisadores liderados por J. Thomas Beaty da University of British Columbia (Universidade da Colúmbia Britânica), descobriram uma bactéria de fonte hidrotermal cujo sustento requer muito mais do que apenas aprisionar químicos da água destas fontes. A bactéria, identificada como pertencendo à família das verdes sulfurosas, precisa de luz para obter energia através de uma reação química com enxofre. Esta espécie de bactéria verde sulfurosa, no entanto, foi encontrada em águas a uns 2.400 metros (7.875 pés) de profundidade no Oceano Pacífico, fora da costa do México. Fótons de luz solar não podem irradiar muito mais abaixo dos 200 metros (660 pés) na coluna d´água antes de serem completamente absorvidos. Consequentemente, a bactéria tem de usar a escassa porção de luz geotermal gerada por fontes hidrotermais para sobreviver. Esta luz geotermal é emitida quando águas superaquecidas em erupção rapidamente resfriam nos arredores do ambiente aquático do fundo marinho, pouco acima da temperatura de congelamento da água.

A espécie de bactéria possui uma estrutura semelhante a uma antena que lhe permite capturar a luz eficientemente. ´´É o único exemplo de um organismo que se acredita viver de luz geotermal´´, diz Robert Blankenship, um professor de biologia e química na Washington University (Universidade Washington) em St. Louis, EUA, que estava envolvido no estudo de 2005. ´´O organismo usa um complexo de antena gigante que o permite sobreviver sob condições de luminosidade extremamente baixa – é provavelmente o melhor candidato que se poderia ter para viver em uma fonte hidrotermal através da absorção de fótons.

Siga a luz

Estudando a vida dura e privada de luz em áreas remotas como as fontes hidrotermais é infelizmente um empreendimento difícil e custoso – a bactéria em questão não foi re-isolada desde então. O novo estudo de Cardenas e seus colegas, portanto, se volta para um modelo matemático para estimar o potencial fotossintético ao redor das fumarolas.

Os pesquisadores começaram como uma fumarola conceitual que emite uma quantidade similar de luz daquelas descritas no artigo de Beatty. Uma quantidade negligenciável desta luz vem na forma de alta energia, comprimentos de onda ópticos; bem acima de noventa e nove por cento da luz disponível, ao contrário, flui adiante como luz infravermelha de baixa energia.

Some bacteria can make use of long-wavelength, lower-energy light in the infrared portion of the electromagnetic spectrum

A porção óptica do espectro eletromagnético do visível para os nossos olhos vai de aproximadamente 400 a 700 nanômetros em comprimento de onda de fóton. Algumas bactérias fazem uso da luz de baixa energia e longo comprimento de onda da porção infravermelha do espectro. Crédito: NOAA

´´Os fótons de alta energia não contribuem de uma forma significativa para o balanço da coleta de energia total para organismos fotossintéticos de mar profundo´´ disse o co-autor do artigo Osmel Martin Gonzalez, também da Central University ´´Marta Abreu´´ de Las Villas.

A equipe de pesquisa incluiu equações que descrevem as taxas de fotossíntese, refinando-as porque a luz ultravioleta que pode danificar o fitoplâncton e assim impedir a fotossíntese, não alcança profundidades oceânicas. A variação dos níveis de irradiância foi modelada, assim como temperaturas da água se estendendo de aproximadamente 390 graus Fahrenheit (200 graus Celsius) até uns 750 graus Fahrenheit (400 graus Celsius), consistente com as emissões de fumarolas negras.

Não é uma vida fácil

No total, as taxas de fotossíntese calculadas para a as criaturas coletoras de luz infravermelha não foram muito altas, significando que relativamente pouca energia utilizável foi extraída de emissões de fontes hidrotermais.

Os resultados desta forma concordam com a descoberta de Beatty e Blankenship de que a bactéria verde sulfurosa não pareceu ser um membro dominante de sua comunidade ou uma espécie particularmente robusta. ´´Quanto aos organismos que encontramos nas fontes hidrotermais da Terra, estou convencido de que eles estavam se ´´segurando pelas unhas´´ e apenas gritando por suas vidas´´, disse Blankenship.

De fato, para a vida alienígena subterrânea ou submersa obter suficiente energia através da fotossíntese infravermelha, ela poderia requerer meios fundamentalmente diferentes, ou no mínimo uma significante expansão dos comprimentos de onda que se sabe serem utilizados.

Cardenas e seus colegas ampliaram os horizontes ao considerar organismos hipotéticos que poderiam absorver luz com um comprimento de onda tão longo quanto 1.300 nanômetros (bilionésimos de um metro). Tal comprimento de onda é consideravelmente mais longo (e então menos energético) que da luz que espécies terrestres podem acomodar. O alcance do infravermelho é considerado como iniciando nos 700 nanômetros e organismos foram documentados coletando esta luz invisível até uns 1.000 nanômetros, disse Blankenship.

Ainda, Cardenas disse que ao ir um pouco além da biologia terrestre, ele considera que micróbios fotossintéticos poderiam viver da luz de fontes hidrotermais submersas. ´´Mesmo com a fotossíntese apenas até 1.100 nanômetros, bactérias verdes sulfurosas poderiam fazer fotossíntese em alguma extensão em um ambiente similar em Europa ou outros corpos planetários´´, afirmou Cardenas.

Blankenship é um pouco mais cético. Ele apontou que a água ao redor de fontes hidrotermais provavelmente absorveria muito da luz infravermelha disponível, deixando apenas um ´´estreito retalho de moradias´´ disponível para as criaturas fotossintéticas ocuparem, e um deles as colocaria perigosamente próximas da própria água superaquecida.

´´A quantidade de luz que vem das fontes hidrotermais, pelo menos aqui na Terra, é muito, muito baixa.´´, afirmou Blankenship. ´´Ainda assim, é sempre bom pensar sobre estas coisas.´´

Sob o gelo de Europa

Neste ponto, as características das fontes hidrotermais em Europa, seu calor contínuo e sua produção de luz são pura especulação. ´´Modelos internos detalhados de Europa ainda estão sob alguma controvérsia.´´, disse Cardenas.

Europa possui uma grossa crosta de gelo que os cientistas têm quase certeza que cobre um oceano mantido líquido pelo efeito de maré enquanto a gravidade de Júpiter espreme e comprime a lua. Este efeito de maré poderia também instigar processos do tipo tectônicos no manto de Europa, gerando fontes hidrotermais no assoalho oceânico subsuperficial.

´´Se isto for verdade´´, disse Cardenas, ´´então podemos esperar fontes hidrotermais lá e – por que não? – formas de vida confiando em princípios similares àquelas das fontes hidrotermais da Terra.´´

The puzzling, fascinating surface of Jupiter's icy moon Europa looms large in this newly-reprocessed color view, made from images taken by NASA's Galileo spacecraft in the late 1990s. Image credit: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

Sob uma espessa crosta de gelo, Europa pode ter um oceano aquecido por interações de maré com Júpiter. Este efeito de maré também poderia produzir um núcleo geologicamente ativo que poderia por sua vez, criar fontes hidrotermais no fundo oceânico. Crédito: NASA/JPL/Ted Stryk

No momento, fotossíntese infravermelha como um meio solo ou complementar para produção de energia por micróbios extraterrestres ao redor de fontes hidrotermais se parece com um tiro a distância; o uso de minerais, como praticado com grande sucesso em nossas abissais oceânicas faz mais sentido. Mas novamente, ninguém esperava encontrar uma abundância de vida ao redor das fumarolas negras quando elas foram descobertas em 1977.

´´A vida parece encontrar uma forma.´´, afirmou Cardenas. ´´´Nós pretendemos continuar avançando no estudo da fotossíntese infravermelha e suas implicações para a vida em habitats terrestres menos convencionais.

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Tradutor: Bruno Martini