Duas amostras de Marte juntas fornecem evidências claras da origem do material orgânico marciano.
Por Universidade de Copenhague – Faculdade de Ciências, com informações de Science Daily.
Duas amostras de Marte juntas fornecem a “prova irrefutável” em um novo estudo mostrando a origem do material orgânico marciano. O estudo apresenta evidências sólidas para uma previsão feita há mais de uma década por pesquisadores da Universidade de Copenhague que pode ser a chave para entender como as moléculas orgânicas, a base da vida, foram formadas aqui na Terra.
Em uma cratera de meteoro no planeta vermelho, um robô solitário está se movendo. Agora mesmo, ele provavelmente está coletando amostras de solo com uma furadeira e um braço robótico, como tem bastante hábito de fazer. O rover Curiosity da NASA está ativo em Marte como o braço estendido da ciência há quase 12 anos, e continua a fazer descobertas que surpreendem e desafiam a compreensão dos cientistas sobre Marte e nosso próprio mundo aqui na Terra.
Mais recentemente, a descoberta de material orgânico sedimentar com propriedades particulares deixou muitos pesquisadores coçando a cabeça. As propriedades desses materiais à base de carbono, em particular a proporção de seus isótopos de carbono, surpreenderam os pesquisadores.
Materiais orgânicos com tais propriedades, se encontrados na Terra, seriam tipicamente um sinal de microrganismos, mas também podem ser o resultado de processos químicos não biológicos. A descoberta obviamente fez os pesquisadores se esforçarem para encontrar uma resposta clara, mas nada parecia se encaixar.
No entanto, em relação à colaboração de pesquisa por trás de um novo estudo publicado na Nature Geoscience , houve pouca preocupação e muito entusiasmo.
De fato, a descoberta em Marte forneceu a peça que faltava para que tudo se encaixasse para este grupo de pesquisadores da Universidade de Copenhague e do Instituto de Tecnologia de Tóquio.
Como diz o coautor e professor de química Matthew Johnson, esta é “a prova cabal” necessária para confirmar uma teoria sua de uma década atrás sobre a chamada fotólise na atmosfera de Marte.
Com a amostra do Curiosity, a nova pesquisa é capaz de provar com razoável certeza que o Sol decompôs o CO2 na atmosfera marciana bilhões de anos atrás — como a velha teoria previa. E que o gás resultante reagiu gradualmente com outros produtos químicos na atmosfera sintetizando moléculas complexas — e, assim, fornecendo a Marte materiais orgânicos.
“Tais moléculas complexas baseadas em carbono são o pré-requisito da vida, os blocos de construção da vida, pode-se dizer. Então, isso é um pouco como o velho debate sobre quem veio primeiro, o ovo ou a galinha. Mostramos que o material orgânico encontrado em Marte foi formado por meio de reações fotoquímicas atmosféricas — sem vida, claro. Este é o ‘ovo’, um pré-requisito da vida. Ainda resta mostrar se esse material orgânico resultou ou não em vida no Planeta Vermelho.” disse Johnson e continuou:
“Além disso, como a Terra, Marte e Vênus tinham atmosferas ricas em CO2 muito semelhantes há muito tempo, quando essa fotólise ocorreu, ela também pode ser importante para nossa compreensão de como a vida começou na Terra”, disse o professor Matthew Johnson, do Departamento de Química da Universidade de Copenhague.
Há 12 anos, Johnson e dois colegas usaram simulações baseadas na mecânica quântica para determinar o que acontece quando uma atmosfera rica em CO2 é exposta à luz UV do Sol, em um processo conhecido como fotólise.
Basicamente, em Marte, cerca de 20% do CO2 é dividido em oxigênio e monóxido de carbono. Mas o carbono tem dois isótopos estáveis: carbono-12 e carbono-13. Normalmente, eles estão presentes em uma proporção de um carbono-13 para cada 99 carbono-12. No entanto, a fotólise funciona mais rápido para o carbono-12 mais leve, então o monóxido de carbono produzido pela fotólise tem menos carbono-13 (é esgotado), e o CO2 restante tem mais (é enriquecido).
Por causa disso, Johnson e seus colegas foram capazes de fazer previsões muito precisas da proporção de isótopos de carbono após a fotólise. E isso deu a eles duas impressões digitais distintas para procurar. Uma delas foi identificada em uma amostra marciana diferente, anos atrás.
“Na verdade, temos um pedaço de Marte aqui na Terra, que foi arrancado daquele planeta por um meteorito, e então se tornou um, quando pousou aqui na Terra. Este meteorito, chamado Allan Hills 84001 em um lugar na Antártica onde foi encontrado, contém minerais de carbonato que se formam a partir do CO2 na atmosfera. A prova cabal aqui é que a proporção de isótopos de carbono nele corresponde exatamente às nossas previsões nas simulações químicas quânticas, mas havia uma peça faltando no quebra-cabeça. Estávamos perdendo o outro produto deste processo químico para confirmar a teoria, e é isso que obtivemos agora”, diz Matthew Johnson.
O carbono no meteorito Allan Hills é enriquecido em carbono-13, o que o torna a imagem espelhada da depleção de carbono-13 que agora foi medida no material orgânico encontrado pela Curiousity em Marte.
O novo estudo vinculou dados de duas amostras que, segundo os pesquisadores, têm a mesma origem na infância de Marte, mas foram encontradas a mais de 50 milhões de quilômetros de distância.
“Não há outra maneira de explicar tanto a depleção de carbono-13 no material orgânico quanto o enriquecimento no meteorito marciano, ambos em relação à composição do CO2 vulcânico emitido em Marte, que tem uma composição constante, semelhante à dos vulcões da Terra, e serve como uma linha de base”, disse Johnson.
Espero encontrar a mesma evidência na Terra
Como o material orgânico contém essa “impressão digital” isotópica de onde veio, os pesquisadores conseguem rastrear a fonte do carbono no material orgânico até o monóxido de carbono formado pela fotólise na atmosfera. Mas isso também revela muito sobre o que aconteceu com ele no meio tempo.
“Isso mostra que o monóxido de carbono é o ponto de partida para a síntese de moléculas orgânicas nesses tipos de atmosferas. Então temos uma conclusão importante sobre a origem dos blocos de construção da vida. Embora até agora apenas em Marte”, disse Matthew Johnson.
Os pesquisadores esperam encontrar a mesma evidência isotópica na Terra, mas isso ainda não aconteceu e pode ser um desafio muito maior porque nosso desenvolvimento geológico mudou a superfície significativamente em comparação com Marte, explica Johnson.
“É razoável supor que a fotólise do CO2 também foi um pré-requisito para o surgimento da vida aqui na Terra, em toda a sua complexidade. Mas ainda não encontramos esse material “prova irrefutável” aqui na Terra para provar que o processo ocorreu. Talvez porque a superfície da Terra seja muito mais viva, geológica e literalmente, e, portanto, em constante mudança. Mas é um grande passo que agora o encontramos em Marte, de uma época em que os dois planetas eram muito semelhantes”, diz Matthew Johnson.
Fatos: Matéria orgânica
A amostra encontrada em Marte contém depósitos do chamado material orgânico. Para leigos, isso pode soar mais emocionante do que é. Material orgânico em um contexto químico não significa necessariamente algo vivo, como normalmente se poderia pensar. O termo abrange moléculas que contêm carbono e pelo menos um outro elemento e podem facilmente existir sem vida. Essas moléculas são, na verdade, os blocos de construção da vida.
Fatos: O que é fotólise
Fotólise significa que os raios UV do Sol fornecem às moléculas energia para realizar uma transformação química. De acordo com a pesquisa, isso aconteceu na atmosfera marciana, onde 20% das moléculas de CO2 foram divididas em oxigênio e monóxido de carbono.
Em pesquisas anteriores, Johnson e colegas mostraram que o dióxido de carbono contendo o isótopo carbono-12 é fotolisado mais rapidamente do que o isótopo mais pesado carbono-13.
Com o tempo, o CO produzido é esgotado em 13C, e o 13C acumula-se no CO2 restante. Isso resulta no chamado enriquecimento isotópico em CO 2 e esgotamento em CO, como imagens espelhadas ou uma da outra ou das duas metades de um prato quebrado.
É a taxa de fracionamento em carbono que serve como evidência de fotólise nas duas amostras de Marte.
Fatos: O oxigênio pintou Marte de vermelho
A fotólise de uma molécula de CO 2 produz monóxido de carbono (CO) e um átomo de oxigênio (O). Em Marte, resta apenas monóxido de carbono, que é transformado no material orgânico encontrado pelo rover Curiosity.
Mas para onde o oxigênio foi também não é segredo. O oxigênio se combina em O 2 , que interage com o ferro na superfície de Marte. O Planeta Vermelho é vermelho ferrugem devido ao ferro oxidado.
Fatos: Isótopos têm pesos diferentes
Isótopos são variantes do mesmo elemento que têm pesos diferentes porque o núcleo contém mais ou menos nêutrons.
O carbono tem dois isótopos estáveis – Normalmente, cerca de 99% do carbono tem 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo ( 12 C). Cerca de 1% tem 6 prótons e 7 nêutrons em vez disso ( 13 C). A proporção pode servir como uma impressão digital química revelando quais reações o carbono sofreu.
A fotólise favorece o carbono-12 e, portanto, uma alta concentração do isótopo pode indicar esse processo.
Informações extras: O famoso meteorito de Marte
A descoberta de sedimentos orgânicos em Marte com uma baixa proporção de carbono-13 completa o quebra-cabeça de evidências empíricas para a teoria da fotólise, uma vez que os pesquisadores já encontraram a outra parte desse quebra-cabeça anos atrás no famoso meteorito, Allan Hills 84001. O meteorito contém carbonato com uma concentração elevada de isótopos pesados de carbono 13.
Descoberto na Antártida há 40 anos por Roberta Score, acredita-se que o meteorito tenha se originado do Planeta Vermelho e se tornou particularmente conhecido por conter alguns depósitos que levaram pesquisadores da NASA a anunciar em 1996 que acreditavam ter encontrado vestígios de fósseis microscópicos de bactérias de Marte.
Hoje, o consenso é que esses depósitos são abióticos, ou seja, decorrentes de processos não biológicos.
Informações extras: Marte, Terra e Vênus tinham a mesma atmosfera
Segundo pesquisadores, a Terra tinha aproximadamente a mesma atmosfera que nossos planetas vizinhos Marte e Vênus bilhões de anos atrás.
Quando os primeiros planetas Vênus, Terra e Marte eventualmente formaram superfícies sólidas, os pesquisadores acreditam que eles começaram a liberar grandes quantidades de CO2 a partir de atividade vulcânica extrema. Foi assim que eles formaram suas primeiras atmosferas com grandes concentrações do gás. O oxigênio ainda não havia se tornado parte da atmosfera; isso aconteceu mais tarde na Terra, após o surgimento da vida.
A teoria da fotólise afirma que os raios UV do sol então iniciam uma cadeia de reações químicas. Uma cadeia que começa com a quebra do CO2 em monóxido de carbono, que é o bloco de construção para uma infinidade de outros compostos químicos.
Assim, com a ajuda do Sol, foi formada a base para muitos compostos de carbono e moléculas complexas que temos hoje — no caso da Terra, a base para a vida.
“Desde então, o destino dos três planetas tem sido significativamente diferente. O dióxido de carbono da Terra reagiu com nossa grande quantidade de água de superfície e muito dele se depositou ao longo do tempo como rochas carbonáticas como calcário, deixando a atmosfera dominada por nitrogênio, como temos hoje. A vida surgiu, e microrganismos produziram oxigênio, que, entre outras coisas, criou nossa camada de ozônio, enquanto Marte e Vênus ainda têm atmosferas muito dominantes de CO2 hoje”, explica Matthew Johnson.
Hoje, Vênus tem uma atmosfera muito densa e tóxica, composta principalmente de CO2, o que lhe confere uma temperatura de superfície de cerca de 450 graus Celsius.
Em Marte, a atmosfera se tornou muito mais rarefeita em comparação à da Terra, deixando uma paisagem desértica.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of Copenhagen – Faculty of Science . Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
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Referência do periódico :
Yuichiro Ueno, Johan A. Schmidt, Matthew S. Johnson, Xiaofeng Zang, Alexis Gilbert, Hiroyuki Kurokawa, Tomohiro Usui, Shohei Aoki. Synthesis of 13C-depleted organic matter from CO in a reducing early Martian atmosphere. Nature Geoscience, 2024; 17 (6): 503 DOI: 10.1038/s41561-024-01443-z
