Procura por Vida. Fora da Terra. Dept. Astronomia Instituto de Física UFRGS

Procura por Vida

Fora da Terra

Dept. Astronomia

Astrobiologia

A astrobiologia é uma ciência multidisciplinar, envolvendo áreas da Biologia, da Astronomia e da Geologia, bem como outras ciências

multidisciplinares.

Outras designações como Exobiologia, Xenobiologia, Xenologia, Bioastronomia, Cosmobiologia, etc,

O que caracteriza um “ser vivo” ?

Como a vida surgiu na Terra?

1 – Os primeiros organismos vivos vieram de fora da Terra (panspermia).

2 – Os primeiros organismos surgiram no ambiente primitivo da Terra.

Neste caso, as primeiras formas de vida teriam sido trazidas por meteoros.

O origem da vida estaria fora da Terra. Duas hipóteses:

O ambiente primitivo da Terra

A Terra se formou a partir de 4,6 bilhões de anos. Gases voláteis como o hidrogênio (H₂) e o hélio (He) estavam presentes na atmosfera primitiva da Terra, mas foram progressivamente escapando da mesma.

Não havia oxigênio (O₂) e, portanto, ozônio (O₃). Sem uma camada de ozônio, a superfície do planeta estava totalmente exposta à radiação ultravioleta do Sol.

A atividade vulcânica e o desgasamento do interior quente da Terra lançaram para a atmosfera, grandes quantidades de vapor d'água (H₂O), monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), amônia (amoníaco, NH₃), e outros gases.

Neste ambiente inóspito, em algum momento, a vida surgiu.

Hipótese de Oparin e Haldane

Oparin Haldane

Oparin (bioquímico russo) e Haldane (biólogo inglês) publicaram em 1924 e 1929, respectivamente, dois trabalhos independentes que, curiosamente, tinham o mesmo título: “A Origem da Vida”.

Oparin e Haldane, partiram do pressuposto de que a atmosfera primitiva da Terra era composta predominantemente por metano (CH₄), amônia (NH₃), hidrogênio (H₂),

monóxido de carbono (CO) e vapor d'água (H₂O), gerados pela atividade vulcânica. Oparin e Haldane propuseram de que a vida seria resultante de uma evolução química: os compostos inorgânicos da atmosfera primitiva teriam formado, através de reações químicas, moléculas orgânicas. A atividade elétrica durante tempestades (relâmpagos) junto com a emissão solar teriam gerado radiação ultravioleta suficiente

para fornecer a energia necessária para que tais reações ocorressem.

Testando a hipótese de Oparin-Haldane

Stanley Miller (1930 – 2007)

Químico e biólogo americano.

Harold Urey (1893-1981)

Físico-químico americano. Prêmio Nobel de Química – 1934

(pelo estudo dos isótopos)

O experimento de Miller-Urey (1952-3) foi concebido para testar a hipótese de Oparin-Haldane de que os compostos orgânicos percursores da vida teriam sido sintetizados a partir de

compostos inorgânicos no ambiente primitivo da Terra.

Experimento de Miller-Urey (1952-53)

Equipamento: um balão de vidro contendo água aquecido por uma fonte de calor simulava os oceanos primitivos, aquecidos pelo interior quente da Terra. O vapor gerado se juntava a uma mistura de gases – metano (CH4), amônia (NH3), monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2) – simulando a atmosfera primitiva. Dois eletrodos ligados a uma fonte de alta tensão reproduziam as descargas elétricas da atmosfera, fonte (junto com a luz solar) de radiação ultravioleta, necessária para a ocorrência das reações químicas. A mistura era resfriada e se condensava para depois se juntar ao balão de água, simulando o ciclo de chuvas.

Resultados: após uma semana de operação contínua, foi constatado que de 10 a 15% do carbono dos compostos inorgânicos iniciais estava agora formando moléculas orgânicas, sendo que 2% haviam formado aminoácidos.

Moléculas orgânicas

são sintetizadas

Compostos orgânicos em nuvens moleculares

Já foram detectadas centenas compostos orgânicos em nuvens moleculares dentro de nossa

galáxia e até em outras galáxias! hidrocarbonatos aromáticos hidrocarbonatos alifáticos alcools ácidos aldeídos cetonas aminas éteres etc...

No meio interestelar há nuvens rarefeitas de gás e poeira. Acima, se vê a nuvem local

dentro da qual o Sol e as estrelas mais próximas estão.

● Vários meteoritos apresentam aminoácidos ● de origem extraterrestre.

Berringer (1.2 km x 175 m) Peru (30m x 6m)

Meteorito Willamette

Ingredientes químicos básicos

Os “ingredientes” químicos, necessários para a Vida:

● os 6 elementos biogênicos: C – Carbono H – Hidrogênio O – Oxigênio N – Nitrogênio S – Enxofre P – Fósforo

(e pequenas quantidades de vários outros elementos)

● ÁGUA LÍQUIDA

Locais habitávies – são ambientes onde estes “ingredientes” estejam presentes e com outros parâmetros ambientais (como temperatura, pressão, pH do meio, intensidade de radiação, etc) dentro de certos limites e que potencialmente poderiam abrigar algum tipo de Vida.

IMPORTANTE: quando se diz que um ambiente é “habitável” não se quer dizer que este seja “habitado” ou mesmo que em algum tempo

O conceito de “zona habitável”

Se o planeta estiver perto demais da estrela → temperaturas demasiado altas na superfície. Se o planeta estiver longe demais da estrela → temperaturas demasiado baixas na superfície. A região ao redor de uma estrela onde faixa de temperatura permitiria a existência de água líquida na superfície de um planeta é chamada de “zona habitável”.

Esta definição de “zona habitável”, baseada unicamente na distância média que do planeta à estrela, é útil, mas é também um tanto simplista, pois não leva em conta os efeitos da

TEMPO: um ingrediente fundamental

● Idade da Terra = 4.6 bilhões de anos ● (compostos orgânicos)

● Paleontologia: fósseis microscópicos ● de bactérias e algas ● = 3.8 bilhões de anos

● Tempo para surgir vida na Terra = ● ~ 800 milhões de anos.

●Homem: 30 trilhões de células 1ng cada

● Homo sapiens = ~ 300 000 anos

● Homo sapiens sapiens = ~ 125 000 anos ● Civilização = ~ 10 000 anos

● (com o fim da última era glacial)

● Na Terra, foram necessários ~ 800 milhões de anos para a vida surgir ● e 3,8 bilhões de anos para aparecer vida inteligente.

Organismos Extremófilos

“A vida pode tomar formas inesperadas, evoluir em lugares improváveis

Dentro de que condições ambientais a vida pode existir ?

●

quais são os limites de temperatura?

quais são os limites de pressão?

●

quais são os limites de pH?

●

quais são os limites para intensidade de radiação?

●

qual deve ser a concentração mínima de água do meio?

etc, etc, etc...

EXTREMÓFILOS

● Hipertermófilos: crescem em elevadas temperaturas (T > 80oC); ● Criófilos: crescem em baixas temperaturas (T < -13oC);

● Halófilos: vivem em salinas, com altas concentrações de NaCl (2 a 5 mol/L); ● Alcalófilos: vivem em meios muito alcalinos (pH > 9);

● Acidófilos: suportam meios muito ácidos (pH < 3);

● Metalotolerantes: toleram altas doses de metais pesados em soluções (Cu, Cd, As, Zn); ● Osmófilos: crescem em ambientes com altas concentrações de açúcar;

● Endólitos: vivem dentro de rochas (pensava-se que rochas eram estéreis, sem nutrientes); ● Hipólitos: encontrados dentro de rochas de desertos gelados;

● Oligótrofos: capazes de crescer em ambientes nutricionalmente limitados; ● Xerófilos: crescem em ambientes extremamente secos;

● Piezófilos: crescem sob altíssimas pressões (no fundo do solo ou dos oceanos); ● Hipobarofílicos: suportam baixíssimas pressões;

● Radiorresistentes: sobrevivem à 5000 Grays (10 Grays matam um homem);

Extremófilos que vivem em condições extremas

de temperatura

(hipertermófilos e criófilos)

Campeão: Pyrodictium occultum (120o_C)

Acidófilos & Alcalófilos: extremófilos que vivem em ambientes

extremamente ácidos ou muito alcalinos

Ácido Neutro Básico / Alcalino

Xerófilos: extremófilos que crescem em ambientes extremamente secos

Encontrados nos desertos gelados do “Vale da Morte” (Arizona / EUA)

Radiorresistentes:

extremófilos que resistem à radiações intensas

Exemplo: Deinococcus radiodurans

Sobrevive à radiações de

5000

Bactéria que substitui o Fósforo por Arsênico

● Encontrado no Lago Mono (Califórnia) ● O Lago Mono é extremamente salgado ● (3 x mais salgado que os oceanos) ● e conta com níveis elevados de ● arsênico.

● Cultivaram bactérias da lama do fundo ● do Lago Mono em laboratório e foram ● reduzindo as quantidades de fósforo ● e aumentando as de arsênico.

O Caso da Surveyor 3

Em 1967 a NASA enviou para a Lua a sonda não-tripulada Surveyor 3. A sonda permaneceu em solo lunar durante 3 anos. A câmera da Sureyour 3 foi trazida de volta para a Terra pelos astronautas da missão Apolo 12.

Foi encontrada uma colônia de bactérias Streptococcus mitis que havia contaminado a borracha de isolamento

da câmera antes de ser enviada à Lua.

As bactérias sobreviveram à viagem de ida e volta e aos quase 3 anos que passaram na Lua !!

A possibilidade de contaminação de sondas

Locais Habitáveis

no

●

●Marte → água na forma de gelo e na forma líquida; vapor d'água na atmosfera; ● Júpiter → algumas de suas luas:

●Europa → um possível oceano líquido ●Ganímedes → um possível oceano líquido ●Calisto → um possível oceano líquido ● Saturno → algumas de suas luas:

●Encélados → atividade geotérmica; água em vapor; possível lago ● ou oceno de água líquida

●Titã → lagos de carboidratos na forma líquida

Locais onde foram encontrados

indícios de água líquida

no sistema solar

Marte

● Marte possui água (vapor e gelo)

● Água líquida em amostras de solo (2008) ● Pressão 150 vezes menor que na Terra ● Meteorito ALH84001: evidências

● de microrganismos..

O caso do meteorito ALH84001

● Meteorito No. 0001 de 1984 ● Local: Allan Hills (Antártida) ● Massa: 1.9 kg

● Este é um de uns 20 meteoritos de origem ● marciana.

● Formação: 4.5 bilhões de anos ● Ejeção: 16 milhões de anos ● Queda na Terra: 13 mil anos.

● Em 1996 foram encontrados possíveis ● restos de nanobactérias neste meteorito.

● 1996:

Júpiter e suas luas

Júpiter parece não oferecer condições para abrigar vida, mas algumas de suas luas podem ser habitáveis:

● Europa

“criobot”

Exploração futura de Europa e outras luas

Saturno, seus anéis e suas luas

← Esta é a pequena lua Encélados (comparada com a Terra). Encelados orbita dentro de uma região preenchida por uma espécie de “névoa”. Antes da missão Cassini se aproximar de

Encélados: estrutura interna

O calor proveniente do núcleo quente e do trabalho mecânico realizado pelas forças

TITÃ: uma das luas de Saturno

● Lagos de carboidratos líquidos nas regiões ● polares.

● Primeiros lagos de líquidos descobertos fora ● da Terra!

● Análise da atmosfera de Titã sugere que

● organismos estariam consumindo hidrogênio, ● acetileno e etano e produzindo metano.

Comparação dos tamanhos: Terra – Titã – Lua

Procura por Vida

fora do

Cerca de 40% das estrelas da Via Láctea (*) possuem planetas.

(*) estrelas que não estão em sistemas binários ou múltiplos.

Procura por bio-assinaturas

Durante um trânsito planetário, a luz da estrela passa através da atmosfera do planeta.

A análise espectroscópica desta luz pode revelar a composição química, pressão e temperatura média da atmosfera do planeta

Estranhos sinais de rádio estavam vindo da Nebulosa do Caranguejo !

Não se conhecia nenhuma fonte natural que pudesse produzir esse tipo de sinal.

Pulsar: uma fonte natural de sinais pulsantes

Um pulsar é uma estrela de nêutrons em rápida rotação e com um forte campo magnético. Feixes de ondas eletromagnéticas são emitidos em

certas direções que precessionam com a rotação da estrela. Quando um desses feixes passa pela Terra, um pulso é

O argumento dos grandes números

● Diâmetro: ~ 100 000 anos luz;

● Espessura: ~ 1 000 anos luz;

● Número de estrelas na Via Láctea: 200 bilhões..

●100 bilhões de galáxias observáveis no Universo ...

●

10

Via Láctea:

É possível que a existência de vida primitiva, na forma de micro-organismos, seja frequente no Universo.

Formas mais complexas de vida (como vegetais e

animais) devem ser muito raras, pois são resultantes de um complexo processo de diversificação, adaptação e evolução da vida, o que depende de uma série de condições.

A possibilidade de existência de vida inteligente fora

Equação de Drake:

Primeira estimativa (1961): ● f pla = 0,5 ● n hab = 2 ● f vida = 1 ● f int = 0,01 ● f com = 0,01 ● T dur = 10 000 anos

Estimativa extremamente otimista:

→ N _{c i v} = 10 ● f pla = 0,5 ● n hab = 2 ● f vida = 1 ● f int = 0,1 ● f com = 0,1 ● T dur = 10 000 anos → N _{c i v} = 20 000

Os valores de alguns termos da equação de Drake são conhecidos; outros ainda não; e outros, não temos como conhecer. Mas, podemos assumir valores “otimistas” e “pessimistas” para encontrar um limite superior e um limite inferior.

SETI = Search for Extra Terrestrial Inteligence

Projeto Phoenix – Arecibo / Porto Rico / EUA Diâmetro: 305 m (maior radiotelescópio do mundo)

“Buraco d'Água”

O “buraco d'água” é uma faixa de

comprimentos de onda de rádio (3-30 cm) onde o ruido cósmico é relativamente

pequeno.

Seria a melhor faixa de frequências para comunicação interestelar.

Alvos do SETI

Dentro de um raido de 80 anos-luz

existem cerca de 800 estrelas similares ao Sol.

VIAGEM

ATÉ

OUTRAS ESTRELAS:

Viagem usando a tecnologia atual

● Velocidade da luz é um limite físico : c = 300 000 km/s

● Distância de Alpha-Centauri = 4.4 anos luz

Ônibus espacial (v = 28 000 km/h)

Tempo de viagem = 168 000 anos

Voyagers

Viagem com uma tecnologia mais avançada ...

● Viagem até Alpha-Centauri (~ 4.4 anos luz) ● Velocidade: ~70% da velocidade da luz

● Motor perfeito.... (eficiência = 100%) …

● Energia necessária = 2.6 x 1016 J / kg ● (= energia produzida em toda a Terra, ● por todas as fontes, inclusive fontes ● nuclear, durante 100 000 anos!)

● Tempo de viagem = 6 anos

(seriam necessários:

1000 navios super-tanques

cheios de combustível nuclear)

● IMPORTANTE: não depende da tecnologia atual !