Astrobiologia
Astrobiologia é um campo científico dentro das ciências da vida e do meio ambiente que estuda as origens, evolução inicial, distribuição e futuro da vida no universo por meio da investigação de suas condições determinísticas e eventos contingentes. Como disciplina, a astrobiologia é fundada na premissa de que pode existir vida além da Terra.
A pesquisa em astrobiologia compreende três áreas principais: o estudo de ambientes habitáveis no Sistema Solar e além, a busca por bioassinaturas planetárias de vida extraterrestre passada ou presente e o estudo da origem e evolução inicial da vida na Terra.
O campo da astrobiologia tem suas origens no século 20 com o advento da exploração espacial e a descoberta de exoplanetas. As primeiras pesquisas em astrobiologia se concentraram na busca por vida extraterrestre e no estudo do potencial de existência de vida em outros planetas. Nas décadas de 1960 e 1970, a NASA iniciou suas atividades de astrobiologia dentro do programa Viking, que foi a primeira missão dos EUA a pousar em Marte e procurar sinais de vida. Esta missão, juntamente com outras primeiras missões de exploração espacial, lançou as bases para o desenvolvimento da astrobiologia como disciplina.
Em relação aos ambientes habitáveis, a astrobiologia investiga possíveis locais além da Terra que poderiam abrigar vida, como Marte, Europa e exoplanetas, por meio de pesquisas sobre os extremófilos que povoam ambientes austeros da Terra, como ambientes vulcânicos e marinhos profundos. As pesquisas dentro deste tema são conduzidas utilizando a metodologia das geociências, especialmente a geobiologia, para aplicações astrobiológicas.
A busca por bioassinaturas envolve a identificação de sinais de vida passada ou presente na forma de compostos orgânicos, proporções isotópicas ou fósseis microbianos. A pesquisa dentro deste tópico é conduzida utilizando a metodologia da ciência planetária e ambiental, especialmente a ciência atmosférica, para aplicações astrobiológicas, e muitas vezes é conduzida por meio de sensoriamento remoto e missões in situ.
A astrobiologia também se preocupa com o estudo da origem e evolução inicial da vida na Terra para tentar entender as condições necessárias para a formação da vida em outros planetas. Esta pesquisa busca entender como a vida emergiu da matéria inanimada e como ela evoluiu para se tornar a diversidade de organismos que vemos hoje. A pesquisa dentro deste tópico é conduzida utilizando a metodologia das paleociências, especialmente a paleobiologia, para aplicações astrobiológicas.
A astrobiologia é um campo em rápido desenvolvimento com um forte aspecto interdisciplinar que traz muitos desafios e oportunidades para os cientistas. Programas de astrobiologia e centros de pesquisa estão presentes em muitas universidades e instituições de pesquisa em todo o mundo, e agências espaciais como a NASA e a ESA têm departamentos e programas dedicados à pesquisa em astrobiologia.
Visão geral
O termo astrobiologia foi proposto pela primeira vez pelo astrônomo russo Gavriil Tikhov em 1953. É etimologicamente derivado do grego ἄστρον , “estrela”; βίος, “vida”; e -λογία, -logia, “estudo”. Um sinônimo próximo é exobiologia do grego Έξω, "externo"; βίος, "vida"; e -λογία, -logia, “estudo”, cunhado pelo biólogo molecular americano Joshua Lederberg; a exobiologia é considerada como tendo um escopo estreito limitado à busca de vida fora da Terra. Outro termo associado é xenobiologia, do grego ξένος, “estrangeiro”; βίος, “vida”; e -λογία, “estudo”, cunhado pelo escritor de ficção científica americano Robert Heinlein em sua obra The Star Beast; xenobiologia é agora usada em um sentido mais especializado, referindo-se à “biologia baseada em química estrangeira”, seja de origem extraterrestre ou terrestre (tipicamente sintética).
Embora o potencial para a vida extraterrestre, especialmente a vida inteligente, tenha sido explorado ao longo da história humana dentro da filosofia e da narrativa, a questão é uma hipótese verificável e, portanto, uma linha válida de investigação científica; o cientista planetário David Grinspoon o chama de campo da filosofia natural, fundamentando a especulação no desconhecido da teoria científica conhecida.
O campo moderno da astrobiologia remonta às décadas de 1950 e 1960 com o advento da exploração espacial, quando os cientistas começaram a considerar seriamente a possibilidade de vida em outros planetas. Em 1957, a União Soviética lançou o Sputnik 1, o primeiro satélite artificial, que marcou o início da Era Espacial. Este evento levou a um aumento no estudo do potencial de vida em outros planetas, pois os cientistas começaram a considerar as possibilidades abertas pela nova tecnologia de exploração espacial. Em 1959, a NASA financiou seu primeiro projeto de exobiologia e, em 1960, a NASA fundou o Programa de Exobiologia, agora um dos quatro elementos principais do atual Programa de Astrobiologia da NASA. Em 1971, a NASA financiou o Projeto Cyclops, parte da busca por inteligência extraterrestre, para pesquisar frequências de rádio do espectro eletromagnético para comunicações interestelares transmitidas por vida extraterrestre fora do Sistema Solar. Nos anos 1960-1970, a NASA estabeleceu o programa Viking, que foi a primeira missão dos EUA a pousar em Marte e procurar sinais metabólicos da vida atual; os resultados foram inconclusivos.
Nas décadas de 1980 e 1990, o campo começou a se expandir e se diversificar com o surgimento de novas descobertas e tecnologias. A descoberta de vida microbiana em ambientes extremos na Terra, como as fontes hidrotermais do fundo do mar, ajudou a esclarecer a viabilidade da existência de vida potencial em condições adversas. O desenvolvimento de novas técnicas para a detecção de bioassinaturas, como o uso de isótopos estáveis, também desempenhou um papel significativo na evolução do campo.
O cenário contemporâneo da astrobiologia surgiu no início do século 21, focado na utilização da Terra e da ciência ambiental para aplicações em ambientes espaciais comparáveis. As missões incluíram o Beagle 2 da ESA, que falhou minutos após pousar em Marte, o módulo de pouso Phoenix da NASA, que sondou o ambiente em busca da habitabilidade planetária passada e presente da vida microbiana em Marte e pesquisou a história da água, e o rover Curiosity da NASA, atualmente sondando o ambiente para a habitabilidade planetária passada e presente da vida microbiana em Marte.
Fundamentos teóricos
Habitabilidade planetária
A pesquisa astrobiológica faz uma série de suposições simplificadoras ao estudar os componentes necessários para a habitabilidade planetária.
Carbono e Compostos Orgânicos: O carbono é o quarto elemento mais abundante no universo e a energia necessária para fazer ou quebrar uma ligação está no nível apropriado para construir moléculas que não são apenas estáveis, mas também reativo. O fato de os átomos de carbono se ligarem facilmente a outros átomos de carbono permite a construção de moléculas extremamente longas e complexas. Como tal, a pesquisa astrobiológica presume que a grande maioria das formas de vida na Via Láctea é baseada na química do carbono, assim como todas as formas de vida na Terra. No entanto, a astrobiologia teórica considera o potencial de outras bases moleculares orgânicas para a vida, portanto, a pesquisa astrobiológica geralmente se concentra na identificação de ambientes que têm o potencial de sustentar a vida com base na presença de compostos orgânicos.
Água líquida: A água líquida é uma molécula comum que fornece um excelente ambiente para a formação de moléculas complicadas à base de carbono e é geralmente considerada necessária para a vida como a conhecemos. Assim, a pesquisa astrobiológica presume que a vida extraterrestre também depende do acesso à água líquida e geralmente se concentra na identificação de ambientes com potencial para suportar água líquida. Alguns pesquisadores postulam ambientes de misturas de água e amônia como possíveis solventes para tipos hipotéticos de bioquímica.
Estabilidade Ambiental: Quando os organismos evoluem de forma adaptativa às condições dos ambientes em que residem, a estabilidade ambiental é considerada necessária para a existência da vida. Isso pressupõe a necessidade de níveis estáveis de temperatura, pressão e radiação; conseqüentemente, a pesquisa astrobiológica se concentra em planetas que orbitam estrelas anãs vermelhas semelhantes ao Sol. Isso ocorre porque estrelas muito grandes têm vidas relativamente curtas, o que significa que a vida pode não ter tempo de surgir em planetas que as orbitam; estrelas muito pequenas fornecem tão pouco calor e calor que apenas os planetas em órbitas muito próximas ao seu redor não seriam congelados, e em órbitas tão próximas esses planetas estariam presos à estrela; enquanto a longa vida das anãs vermelhas poderia permitir o desenvolvimento de ambientes habitáveis em planetas com atmosferas espessas. Isso é significativo, pois as anãs vermelhas são extremamente comuns. (Veja também: Habitabilidade dos sistemas de anãs vermelhas).
Fonte de energia: Supõe-se que qualquer vida em outro lugar do universo também exigiria uma fonte de energia. Anteriormente, supunha-se que isso seria necessariamente de uma estrela parecida com o Sol, no entanto, com os desenvolvimentos da pesquisa extremófila, a pesquisa astrobiológica contemporânea geralmente se concentra na identificação de ambientes com potencial para sustentar a vida com base na disponibilidade de uma fonte de energia, como o presença de atividade vulcânica em um planeta ou lua que poderia fornecer uma fonte de calor e energia.
É importante observar que essas suposições são baseadas em nossa compreensão atual da vida na Terra e nas condições sob as quais ela pode existir. À medida que nossa compreensão da vida e do potencial de sua existência em diferentes ambientes evolui, essas suposições podem mudar.
Metodologia
A pesquisa astrobiológica relativa ao estudo de ambientes habitáveis em nosso sistema solar e além utiliza metodologias dentro das geociências. A pesquisa neste ramo diz respeito principalmente à geobiologia de organismos que podem sobreviver em ambientes extremos na Terra, como em ambientes vulcânicos ou profundos do mar, para entender os limites da vida e as condições sob as quais a vida pode sobreviver em outros planetas. Isso inclui, mas não está limitado a;
Extremófilos do fundo do mar: Os pesquisadores estão estudando organismos que vivem em ambientes extremos de fontes hidrotermais do fundo do mar e fontes frias. Esses organismos sobrevivem na ausência de luz solar e alguns são capazes de sobreviver em altas temperaturas e pressões e usam energia química em vez da luz solar para produzir alimentos.
Extremófilos do deserto: Os pesquisadores estão estudando organismos que podem sobreviver em condições extremas de seca e alta temperatura, como nos desertos.
Micróbios em ambientes extremos: Os pesquisadores estão investigando a diversidade e a atividade de microrganismos em ambientes como minas profundas, solo subterrâneo, geleiras frias e gelo polar e ambientes de alta altitude.
A pesquisa também diz respeito à sobrevivência a longo prazo da vida na Terra e às possibilidades e perigos da vida em outros planetas, incluindo;
Biodiversidade e resiliência do ecossistema: Os cientistas estão estudando como a diversidade da vida e as interações entre diferentes espécies contribuem para a resiliência dos ecossistemas e sua capacidade de se recuperar de perturbações.
Mudanças climáticas e extinção: Os pesquisadores estão investigando os impactos das mudanças climáticas em diferentes espécies e ecossistemas e como eles podem levar à extinção ou adaptação. Isso inclui a evolução do clima e da geologia da Terra e seu impacto potencial na habitabilidade do planeta no futuro, especialmente para os humanos.
Impacto humano na biosfera: os cientistas estão estudando as maneiras pelas quais as atividades humanas, como desmatamento, poluição e introdução de espécies invasoras, estão afetando a biosfera e a sobrevivência a longo prazo de vida na Terra.
Preservação da vida a longo prazo: os pesquisadores estão explorando maneiras de preservar amostras de vida na Terra por longos períodos de tempo, como criopreservação e preservação genômica, no caso de um evento catastrófico que poderia acabar com a maior parte da vida na Terra.
Pesquisas astrobiológicas emergentes relacionadas à busca de bioassinaturas planetárias de vida extraterrestre passada ou presente utilizam metodologias dentro das ciências planetárias. Esses incluem;
O estudo da vida microbiana no subsolo de Marte:
Cientistas estão usando dados de missões do Mars rover para estudar a composição da subsuperfície de Marte, procurando por bioassinaturas de vida microbiana passada ou presente. O estudo dos oceanos subterrâneos em luas geladas:
Descobertas recentes de oceanos subterrâneos em luas como Europa e Encélado abriram novas zonas de habitabilidade, portanto, alvos para a busca de vida extraterrestre. Atualmente, missões como a Europa Clipper estão sendo planejadas para procurar bioassinaturas nesses ambientes.
O estudo das atmosferas dos planetas:
Os cientistas estão a estudar o potencial de existência de vida nas atmosferas dos planetas, com enfoque no estudo das condições físicas e químicas necessárias à sua existência, nomeadamente a detecção de moléculas orgânicas e gases com bioassinatura; por exemplo, o estudo da possibilidade de vida nas atmosferas de exoplanetas que orbitam anãs vermelhas e o estudo do potencial de vida microbiana na atmosfera superior de Vênus.
Telescópios e sensoriamento remoto de exoplanetas: A descoberta de milhares de exoplanetas abriu novas oportunidades para a busca de bioassinaturas. Os cientistas estão usando telescópios como o James Webb Space Telescope e o Transiting Exoplanet Survey Satellite para procurar bioassinaturas em exoplanetas. Eles também estão desenvolvendo novas técnicas para a detecção de bioassinaturas, como o uso de sensoriamento remoto para buscar bioassinaturas na atmosfera de exoplanetas.
SETI e CETI:
Cientistas buscam sinais de civilizações extraterrestres inteligentes usando rádio e telescópios ópticos dentro da disciplina de comunicações de inteligência extraterrestre (CETI). O CETI se concentra em compor e decifrar mensagens que teoricamente poderiam ser compreendidas por outra civilização tecnológica. As tentativas de comunicação por seres humanos incluíram a transmissão de linguagens matemáticas, sistemas pictóricos como a mensagem de Arecibo e abordagens computacionais para detectar e decifrar informações 'naturais' linguagem de comunicação. Enquanto alguns cientistas de alto nível, como Carl Sagan, defendem a transmissão de mensagens, o físico teórico Stephen Hawking alertou contra isso, sugerindo que alienígenas podem invadir a Terra por seus recursos.
A pesquisa astrobiológica emergente relativa ao estudo da origem e evolução inicial da vida na Terra utiliza metodologias dentro das paleociências. Esses incluem;
O estudo da atmosfera primitiva: os pesquisadores estão investigando o papel da atmosfera primitiva em fornecer as condições certas para o surgimento da vida, como a presença de gases que poderiam ter ajudado a estabilizar o clima e a formação de moléculas orgânicas.
O estudo do campo magnético primitivo: Os pesquisadores estão investigando o papel do campo magnético primitivo na proteção da Terra contra a radiação nociva e ajudando a estabilizar o clima. Esta pesquisa tem imensas implicações astrobiológicas onde os assuntos da pesquisa astrobiológica atual, como Marte, carecem de tal campo.
O estudo da química prebiótica: os cientistas estão estudando as reações químicas que podem ter ocorrido na Terra primitiva que levaram à formação dos blocos de construção da vida - aminoácidos, nucleotídeos e lipídios - e como essas moléculas poderiam ter se formado espontaneamente sob as condições da Terra primitiva.
O estudo dos eventos de impacto: Os cientistas estão investigando o papel potencial dos eventos de impacto - especialmente meteoritos - na entrega de água e moléculas orgânicas à Terra primitiva.
O estudo da sopa primordial:
Pesquisadores estão investigando as condições e os ingredientes que estavam presentes na Terra primitiva que poderiam ter levado à formação dos primeiros organismos vivos, como a presença de água e moléculas orgânicas, e como esses ingredientes poderiam ter levado à formação dos primeiros organismos vivos. Isso inclui o papel da água na formação das primeiras células e na catálise de reações químicas.
O estudo do papel dos minerais: Os cientistas estão investigando o papel de minerais como a argila na catalisação da formação de moléculas orgânicas, desempenhando assim um papel no surgimento da vida na Terra.
O estudo do papel da energia e da eletricidade: os cientistas estão investigando as fontes potenciais de energia e eletricidade que poderiam estar disponíveis na Terra primitiva e seu papel na formação de moléculas orgânicas, assim o surgimento da vida.
O estudo dos primeiros oceanos: Os cientistas estão investigando a composição e a química dos primeiros oceanos e como isso pode ter desempenhado um papel no surgimento da vida, como a presença de minerais dissolvidos que poderia ter ajudado a catalisar a formação de moléculas orgânicas.
O estudo das fontes hidrotermais: os cientistas estão investigando o papel potencial das fontes hidrotermais na origem da vida, pois esses ambientes podem ter fornecido a energia e os blocos de construção químicos necessários para o seu surgimento.
O estudo das placas tectônicas: Os cientistas estão investigando o papel das placas tectônicas na criação de uma gama diversificada de ambientes na Terra primitiva.
O estudo da biosfera primitiva: Os pesquisadores estão investigando a diversidade e a atividade dos microorganismos na Terra primitiva e como esses organismos podem ter desempenhado um papel no surgimento da vida.
O estudo de fósseis microbianos: Os cientistas estão investigando a presença de fósseis microbianos em rochas antigas, que podem fornecer pistas sobre a evolução inicial da vida na Terra e o surgimento dos primeiros organismos.
Pesquisa
A busca sistemática por possível vida fora da Terra é um esforço científico multidisciplinar válido. No entanto, as hipóteses e previsões quanto à sua existência e origem variam muito e, atualmente, o desenvolvimento de hipóteses firmemente fundamentadas na ciência pode ser considerado a aplicação prática mais concreta da astrobiologia. Foi proposto que os vírus provavelmente serão encontrados em outros planetas com vida e podem estar presentes mesmo que não haja células biológicas.
Resultados da pesquisa
A partir de 2019, nenhuma evidência de vida extraterrestre foi identificada. O exame do meteorito Allan Hills 84001, que foi recuperado na Antártica em 1984 e se originou em Marte, é considerado por David McKay, assim como alguns outros cientistas, como contendo microfósseis de origem extraterrestre; esta interpretação é controversa.
Yamato 000593, o segundo maior meteorito de Marte, foi encontrado na Terra em 2000. Em um nível microscópico, esferas são encontradas no meteorito que são ricas em carbono em comparação com as áreas circundantes que não possuem tais esferas. As esferas ricas em carbono podem ter sido formadas por atividade biótica de acordo com alguns cientistas da NASA.
Em 5 de março de 2011, Richard B. Hoover, um cientista do Marshall Space Flight Center, especulou sobre a descoberta de supostos microfósseis semelhantes a cianobactérias em meteoritos carbonáceos CI1 na periferia Journal of Cosmology, uma história amplamente divulgada pela grande mídia. No entanto, a NASA distanciou-se formalmente da afirmação de Hoover. De acordo com o astrofísico americano Neil deGrasse Tyson: "No momento, a vida na Terra é a única vida conhecida no universo, mas há argumentos convincentes para sugerir que não estamos sozinhos."
Elementos de astrobiologia
Astronomia
A maioria das pesquisas astrobiológicas relacionadas à astronomia se enquadram na categoria de detecção de planetas extra-solares (exoplanetas), com a hipótese de que, se a vida surgiu na Terra, ela também poderia surgir em outros planetas com características semelhantes. Para esse fim, vários instrumentos projetados para detectar exoplanetas do tamanho da Terra foram considerados, principalmente o Terrestrial Planet Finder (TPF) da NASA e os programas Darwin da ESA, ambos cancelados. A NASA lançou a missão Kepler em março de 2009, e a Agência Espacial Francesa lançou a missão espacial COROT em 2006. Há também vários esforços terrestres menos ambiciosos em andamento.
O objetivo dessas missões não é apenas detectar planetas do tamanho da Terra, mas também detectar diretamente a luz do planeta para que possa ser estudada espectroscopicamente. Ao examinar os espectros planetários, seria possível determinar a composição básica da atmosfera e/ou superfície de um planeta extrasolar. Dado esse conhecimento, pode ser possível avaliar a probabilidade de vida ser encontrada naquele planeta. Um grupo de pesquisa da NASA, o Virtual Planet Laboratory, está usando modelagem de computador para gerar uma ampla variedade de planetas virtuais para ver como eles seriam se vistos por TPF ou Darwin. Espera-se que, uma vez que essas missões estejam online, seus espectros possam ser verificados com esses espectros planetários virtuais em busca de recursos que possam indicar a presença de vida.
Uma estimativa para o número de planetas com vida extraterrestre comunicativa inteligente pode ser obtida a partir da equação de Drake, essencialmente uma equação que expressa a probabilidade de vida inteligente como o produto de fatores como a fração de planetas que podem ser habitáveis e a fração de planetas em que a vida pode surgir:
- N= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =R∗ ∗ × × fp× × ne× × fEu...× × fEu...× × fc× × LNão. N=R^{*}~times ~f_{p}~times ~n_{e}~times ~f_{l}~times ~f_{i}~times ~f_{c}~times ~L}
onde:
- N = O número de civilizações comunicativas
- R. = A taxa de formação de estrelas adequadas (estrelas como o Sol)
- fp = A fração dessas estrelas com planetas (evidência atual indica que os sistemas planetários podem ser comuns para estrelas como o Sol)
- ne = O número de mundos terrestres por sistema planetário
- fEu... = A fração desses planetas do tamanho da Terra onde a vida realmente se desenvolve
- fEu... = A fração de locais de vida onde a inteligência se desenvolve
- fc = A fração de planetas comunicativos (aqueles em que a tecnologia de comunicações eletromagnéticas se desenvolve)
- L = O "tempo de vida" de civilizações comunicantes
No entanto, embora a lógica por trás da equação seja sólida, é improvável que a equação seja limitada a limites razoáveis de erro em breve. O problema com a fórmula é que ela não é usada para gerar ou sustentar hipóteses porque contém fatores que nunca podem ser verificados. O primeiro termo, R*, número de estrelas, é geralmente restrito a algumas ordens de magnitude. O segundo e terceiro termos, fp, estrelas com planetas e fe, planetas com condições habitáveis, são sendo avaliado para a vizinhança da estrela. Drake originalmente formulou a equação apenas como uma agenda para discussão na conferência do Green Bank, mas algumas aplicações da fórmula foram tomadas literalmente e relacionadas a argumentos simplistas ou pseudocientíficos. Outro tópico associado é o paradoxo de Fermi, que sugere que se a vida inteligente é comum no universo, então deve haver sinais óbvios dela.
Outra área de pesquisa ativa em astrobiologia é a formação de sistemas planetários. Tem sido sugerido que as peculiaridades do Sistema Solar (por exemplo, a presença de Júpiter como escudo protetor) podem ter aumentado muito a probabilidade de surgimento de vida inteligente na Terra.
Biologia
A biologia não pode afirmar que um processo ou fenômeno, por ser matematicamente possível, tenha que existir forçosamente em um corpo extraterrestre. Os biólogos especificam o que é especulativo e o que não é. A descoberta dos extremófilos, organismos capazes de sobreviver em ambientes extremos, tornou-se um elemento central de pesquisa para os astrobiólogos, pois são importantes para entender quatro áreas nos limites da vida no contexto planetário: o potencial para panspermia, contaminação futura devido a empreendimentos de exploração humana, colonização planetária por humanos e a exploração de vida extraterrestre extinta e existente.
Até a década de 1970, pensava-se que a vida dependia inteiramente da energia do Sol. As plantas na superfície da Terra capturam energia da luz solar para fotossintetizar açúcares de dióxido de carbono e água, liberando oxigênio no processo que é então consumido por organismos que respiram oxigênio, passando sua energia para cima na cadeia alimentar. Acreditava-se que até mesmo a vida nas profundezas do oceano, onde a luz do sol não chega, obtinha sua nutrição consumindo detritos orgânicos que caíam das águas superficiais ou comendo animais que o faziam. Acreditava-se que a capacidade do mundo de sustentar a vida dependia de seu acesso à luz solar. No entanto, em 1977, durante um mergulho exploratório na fenda de Galápagos no submersível de exploração de águas profundas Alvin, os cientistas descobriram colônias de vermes tubulares gigantes, amêijoas, crustáceos, mexilhões e outras criaturas variadas agrupadas em torno do fundo do mar. características vulcânicas conhecidas como black smokers. Essas criaturas prosperam apesar de não terem acesso à luz solar, e logo se descobriu que elas constituem um ecossistema totalmente independente. Embora a maioria dessas formas de vida multicelulares precise de oxigênio dissolvido (produzido pela fotossíntese oxigênica) para sua respiração celular aeróbica e, portanto, não sejam completamente independentes da luz solar por si mesmas, a base de sua cadeia alimentar é uma forma de bactéria que deriva sua energia da oxidação de substâncias reativas. produtos químicos, como hidrogênio ou sulfeto de hidrogênio, que borbulham do interior da Terra. Outras formas de vida totalmente desacopladas da energia da luz solar são as bactérias sulfurosas verdes que estão capturando luz geotérmica para fotossíntese anoxigênica ou bactérias executando quimiolitoautotrofia com base no decaimento radioativo do urânio. Essa quimiossíntese revolucionou o estudo da biologia e da astrobiologia ao revelar que a vida não precisa depender da luz solar; requer apenas água e um gradiente de energia para existir.
Os biólogos encontraram extremófilos que prosperam no gelo, água fervente, ácido, álcali, núcleo de água de reatores nucleares, cristais de sal, lixo tóxico e em uma variedade de outros habitats extremos que antes eram considerados inóspitos para a vida. Isso abriu um novo caminho na astrobiologia, expandindo maciçamente o número de possíveis habitats extraterrestres. A caracterização desses organismos, seus ambientes e seus caminhos evolutivos é considerada um componente crucial para entender como a vida pode evoluir em outras partes do universo. Por exemplo, alguns organismos capazes de resistir à exposição ao vácuo e à radiação do espaço sideral incluem os fungos líquen Rhizocarponographicum e Xanthoria elegans, a bactéria Bacillus safensis i>, Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis, levedura Saccharomyces cerevisiae, sementes de Arabidopsis thaliana (' agrião de orelha de rato'), bem como o animal invertebrado Tardígrado. Embora os tardígrados não sejam considerados verdadeiros extremófilos, eles são considerados microrganismos extremotolerantes que contribuíram para o campo da astrobiologia. Sua extrema tolerância à radiação e a presença de proteínas de proteção de DNA podem fornecer respostas sobre se a vida pode sobreviver longe da proteção da atmosfera da Terra.
A lua de Júpiter, Europa, e a lua de Saturno, Enceladus, são agora consideradas os locais mais prováveis para vida extraterrestre existente no Sistema Solar devido a seus oceanos de água subterrânea onde o aquecimento radiogênico e das marés permite o líquido água existir.
A origem da vida, conhecida como abiogênese, distinta da evolução da vida, é outro campo de pesquisa em andamento. Oparin e Haldane postularam que as condições na Terra primitiva eram propícias à formação de compostos orgânicos a partir de elementos inorgânicos e, portanto, à formação de muitas das substâncias químicas comuns a todas as formas de vida que vemos hoje. O estudo desse processo, conhecido como química prebiótica, fez algum progresso, mas ainda não está claro se a vida poderia ter se formado dessa maneira na Terra. A hipótese alternativa da panspermia é que os primeiros elementos da vida podem ter se formado em outro planeta com condições ainda mais favoráveis (ou mesmo no espaço interestelar, asteróides, etc.) e depois foram transportados para a Terra.
A poeira cósmica que permeia o universo contém compostos orgânicos complexos ("sólidos orgânicos amorfos com uma estrutura aromática-alifática mista") que podem ser criados natural e rapidamente pelas estrelas. Além disso, um cientista sugeriu que esses compostos podem estar relacionados ao desenvolvimento da vida na Terra e disse que, "se for esse o caso, a vida na Terra pode ter tido um início mais fácil, pois esses compostos orgânicos podem servir como ingredientes básicos para a vida."
Mais de 20% do carbono do universo pode estar associado a hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), possíveis materiais de partida para a formação da vida. Os PAHs parecem ter se formado logo após o Big Bang, estão espalhados por todo o universo e estão associados a novas estrelas e exoplanetas. Os PAHs são submetidos às condições do meio interestelar e são transformados, por hidrogenação, oxigenação e hidroxilação, em orgânicos mais complexos — "um passo no caminho dos aminoácidos e nucleotídeos, as matérias-primas das proteínas e do DNA, respectivamente".
Em outubro de 2020, os astrônomos propuseram a ideia de detectar vida em planetas distantes estudando as sombras das árvores em determinados momentos do dia para encontrar padrões que pudessem ser detectados através da observação de exoplanetas.
Hipótese da Terra Rara
A hipótese da Terra Rara postula que as formas de vida multicelulares encontradas na Terra podem realmente ser mais raras do que os cientistas supõem. De acordo com esta hipótese, a vida na Terra (e mais, a vida multicelular) é possível devido a uma conjunção das circunstâncias certas (galáxia e localização dentro dela, sistema planetário, estrela, órbita, tamanho planetário, atmosfera, etc.); e a chance de todas essas circunstâncias se repetirem em outro lugar pode ser rara. Ele fornece uma possível resposta ao paradoxo de Fermi, que sugere: "Se alienígenas extraterrestres são comuns, por que não são óbvios?" Aparentemente, está em oposição ao princípio da mediocridade, assumido pelos famosos astrônomos Frank Drake, Carl Sagan e outros. O princípio da mediocridade sugere que a vida na Terra não é excepcional e é mais do que provável que seja encontrada em inúmeros outros mundos.
Missões
A pesquisa sobre os limites ambientais da vida e o funcionamento de ecossistemas extremos está em andamento, permitindo que os pesquisadores prevejam melhor quais ambientes planetários podem ter maior probabilidade de abrigar vida. Missões como a sonda Phoenix, o Mars Science Laboratory, o ExoMars, o rover Mars 2020 para Marte e a sonda Cassini para as luas de Saturno visam explorar ainda mais as possibilidades de vida em outros planetas do Sistema Solar.
- Programa de Viking
As duas sondas Viking levaram cada uma quatro tipos de experimentos biológicos à superfície de Marte no final da década de 1970. Estas foram as únicas sondas de Marte a realizar experimentos procurando especificamente o metabolismo da vida microbiana atual em Marte. As sondas usaram um braço robótico para coletar amostras de solo em recipientes de teste selados na nave. As duas sondas eram idênticas, então os mesmos testes foram realizados em dois lugares na superfície de Marte. superfície; Viking 1 perto do equador e Viking 2 mais ao norte. O resultado foi inconclusivo e ainda é contestado por alguns cientistas.
Norman Horowitz foi o chefe da seção de biociências do Laboratório de Propulsão a Jato para as missões Mariner e Viking de 1965 a 1976. Horowitz considerou que a grande versatilidade do átomo de carbono o torna o elemento com maior probabilidade de fornecer soluções, mesmo soluções exóticas, aos problemas de sobrevivência da vida em outros planetas. No entanto, ele também considerou que as condições encontradas em Marte eram incompatíveis com a vida baseada em carbono.
- Beagle 2
Beagle 2 foi um malsucedido pouso britânico em Marte que fazia parte da missão Mars Express de 2003 da Agência Espacial Européia. Seu objetivo principal era procurar sinais de vida em Marte, passado ou presente. Embora tenha pousado com segurança, não conseguiu implantar corretamente seus painéis solares e antena de telecomunicações.
- EXPOSE
EXPOSE é uma instalação multiusuário montada em 2008 fora da Estação Espacial Internacional dedicada à astrobiologia. O EXPOSE foi desenvolvido pela Agência Espacial Européia (ESA) para voos espaciais de longo prazo que permitem a exposição de produtos químicos orgânicos e amostras biológicas ao espaço sideral em órbita baixa da Terra.
- Laboratório de Ciência de Marte
A missão Mars Science Laboratory (MSL) pousou o rover Curiosity que está atualmente em operação em Marte. Foi lançado em 26 de novembro de 2011 e pousou na Cratera Gale em 6 de agosto de 2012. Os objetivos da missão são ajudar a avaliar Marte'; habitabilidade e, ao fazê-lo, determinar se Marte é ou já foi capaz de suportar a vida, coletar dados para uma futura missão humana, estudar a geologia marciana, seu clima e avaliar ainda mais o papel da água, um ingrediente essencial para a vida como a conhecemos ele, jogou na formação de minerais em Marte.
- Tanpopo
A missão Tanpopo é um experimento de astrobiologia orbital que investiga a potencial transferência interplanetária de vida, compostos orgânicos e possíveis partículas terrestres na órbita baixa da Terra. O objetivo é avaliar a hipótese da panspermia e a possibilidade de transporte interplanetário natural de vida microbiana, bem como de compostos orgânicos prebióticos. Os primeiros resultados da missão mostram evidências de que alguns aglomerados de microorganismos podem sobreviver por pelo menos um ano no espaço. Isso pode apoiar a ideia de que aglomerados com mais de 0,5 milímetro de microrganismos podem ser uma forma de a vida se espalhar de planeta para planeta.
- ExoMars Rover
ExoMars é uma missão robótica a Marte para procurar possíveis bioassinaturas da vida marciana, passada ou presente. Esta missão astrobiológica está atualmente em desenvolvimento pela Agência Espacial Européia (ESA) em parceria com a Agência Espacial Federal Russa (Roscosmos); está planejado para um lançamento em 2022.
- Março 2020
Mars 2020 pousou com sucesso seu rover Perseverance na Cratera Jezero em 18 de fevereiro de 2021. Ele investigará ambientes em Marte relevantes para astrobiologia, investigará seus processos geológicos de superfície e história, incluindo a avaliação de sua habitabilidade passada e potencial para preservação de bioassinaturas e biomoléculas em materiais geológicos acessíveis. A Equipe de Definição Científica está propondo que o rover colete e empacote pelo menos 31 amostras de núcleos de rocha e solo para uma missão posterior trazer de volta para análises mais definitivas em laboratórios na Terra. O rover pode fazer medições e demonstrações de tecnologia para ajudar os projetistas de uma expedição humana a entender os perigos representados pela poeira marciana e demonstrar como coletar dióxido de carbono (CO2), que pode ser um recurso para produzir oxigênio molecular (O2) e combustível de foguete.
- Europa Clipper
Europa Clipper é uma missão planejada pela NASA para um lançamento em 2025 que conduzirá um reconhecimento detalhado da lua de Júpiter, Europa, e investigará se seu oceano interno poderia abrigar condições adequadas para a vida. Também ajudará na seleção de futuros locais de pouso.
- Dragonfly
Dragonfly é uma missão da NASA programada para pousar em Titã em 2036 para avaliar sua habitabilidade microbiana e estudar sua química prebiótica. O Dragonfly é um lander de helicóptero que realizará voos controlados entre vários locais na superfície, o que permite a amostragem de diversas regiões e contextos geológicos.
Conceitos propostos
- Vida de quebra de gelo
Icebreaker Life é uma missão de pouso que foi proposta para o Programa Discovery da NASA para a oportunidade de lançamento de 2021, mas não foi selecionada para desenvolvimento. Ele teria um módulo de pouso estacionário que seria uma cópia próxima do bem-sucedido Phoenix de 2008 e carregaria uma carga científica de astrobiologia atualizada, incluindo uma broca de núcleo de 1 metro de comprimento para coletar amostras de solo cimentado por gelo nas planícies do norte para conduzir uma busca por moléculas orgânicas e evidências de vida atual ou passada em Marte. Um dos principais objetivos da missão Icebreaker Life é testar a hipótese de que o solo rico em gelo nas regiões polares tem concentrações significativas de compostos orgânicos devido à proteção do gelo contra oxidantes e radiação.
- Viagem a Enceladus e Titan
Journey to Enceladus and Titan (JET) é um conceito de missão de astrobiologia para avaliar o potencial de habitabilidade das luas de Saturno, Enceladus e Titan, por meio de um orbitador.
- Localizador de vida de Enceladus
Enceladus Life Finder (ELF) é um conceito de missão de astrobiologia proposto para uma sonda espacial destinada a avaliar a habitabilidade do oceano aquático interno de Enceladus, Saturno' sexta maior lua do mundo.
- Investigação de Vida para Enceladus
Life Investigation For Enceladus (LIFE) é um conceito proposto de missão de retorno de amostras de astrobiologia. A espaçonave entraria na órbita de Saturno e permitiria vários sobrevôos através de Encélado. plumas geladas para coletar partículas de plumas geladas e voláteis e devolvê-los à Terra em uma cápsula. A espaçonave pode amostrar Enceladus' plumas, o anel E de Saturno e a atmosfera superior de Titã.
- Oceanus
Oceanus é um orbitador proposto em 2017 para a missão No. 4 da New Frontiers. Ele viajaria para a lua de Saturno, Titã, para avaliar sua habitabilidade. Os objetivos do Oceanus' são revelar a química orgânica, geologia e gravidade de Titã, topografia, coletar dados de reconhecimento 3D, catalogar os orgânicos e determinar onde eles podem interagir com a água líquida.
- Explorador de Enceladus e Titan
Explorador de Encélado e Titã (E2T) é um conceito de missão orbital que investigaria a evolução e habitabilidade dos satélites de Saturno Encélado e Titã. O conceito de missão foi proposto em 2017 pela Agência Espacial Europeia.
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