09/11/2022 - 10:52
Quatro bilhões de anos atrás, o Sistema Solar ainda era jovem. Quase totalmente formados, seus planetas estavam começando a sofrer ataques de asteroides com um pouco menos de frequência. Nosso próprio planeta poderia ter se tornado habitável há 3,9 bilhões de anos, mas sua biosfera primitiva era muito diferente do que é hoje. A vida ainda não havia inventado a fotossíntese, que cerca de 500 milhões de anos depois se tornaria sua principal fonte de energia. Os micróbios primordiais – os ancestrais comuns de todas as formas de vida atuais na Terra – nos oceanos do nosso planeta, portanto, tiveram de sobreviver com outra fonte de energia. Eles consumiam produtos químicos liberados de dentro do planeta através de seus sistemas hidrotermais e vulcões, que se acumularam como gás na atmosfera.
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Algumas das formas de vida mais antigas da nossa biosfera eram microrganismos conhecidos como “metanógenos hidrogenotróficos” que se beneficiavam particularmente da composição atmosférica da época. Alimentando-se de CO2 (dióxido de carbono) e H2 (di-hidrogênio) que abundavam na atmosfera (com o H2 representando entre 0,01% e 0,1% da composição atmosférica, em comparação com os atuais cerca de 0,00005%), eles aproveitaram energia suficiente para colonizar a superfície dos oceanos do nosso planeta.
Em troca, eles liberaram na atmosfera grandes quantidades de CH4 (também conhecido como metano, de onde receberam o nome), um potente gás de efeito estufa que se acumulou e aqueceu o clima. Como nosso Sol na época não era tão brilhante quanto hoje, pode não ter sido capaz de manter as condições temperadas na superfície do planeta sem a intervenção de outros aspectos. Assim, graças a esses metanógenos, o próprio surgimento da vida na Terra pode ter ajudado a garantir a habitabilidade do nosso planeta, estabelecendo as condições certas para a evolução e complexificação da biosfera terrestre pelos bilhões de anos que se seguiram.
Condições semelhantes
Embora esta seja a explicação mais provável para o desenvolvimento inicial da habitabilidade na Terra, como foi para os outros planetas do Sistema Solar, como nosso vizinho, o Planeta Vermelho? À medida que continuamos a explorar Marte, está se tornando cada vez mais claro que condições ambientais semelhantes estavam se desenvolvendo em sua superfície ao mesmo tempo que permitiram o florescimento de metanógenos nos oceanos da Terra.
A vida microbiana pode ter residido nos primeiros quatro quilômetros da crosta porosa de Marte. Lá ela teria se abrigado das duras condições da superfície (em particular, raios ultravioleta prejudiciais), temperaturas mais favoráveis compatíveis com a água líquida e uma fonte de energia potencialmente abundante na forma de gases atmosféricos liberados dentro da crosta.
À luz desses aspectos, nosso grupo de pesquisa foi naturalmente levado a uma questão-chave: os mesmos eventos geradores de vida que ocorreram na Terra também aconteceram em Marte?
Retratos de Marte há 4 bilhões de anos
Nós nos propusemos a responder a essa pergunta usando três modelos, que culminou nos resultados recentemente publicados na revista científica Nature Astronomy. O primeiro modelo nos permitiu estimar como o vulcanismo na superfície de Marte, a química interna de sua atmosfera e a emissão de certos produtos químicos no espaço podem ter determinado a pressão e a composição da atmosfera do planeta. As mesmas características teriam então determinado a natureza do clima.
O segundo modelo buscou identificar as características físicas e químicas da crosta porosa de Marte – ou seja, temperatura, composição química e presença de água líquida. Essas características foram parcialmente determinadas pelas condições da superfície (ou seja, temperatura da superfície e composição atmosférica) e parcialmente pelas características internas do planeta (ou seja, gradiente térmico interno e porosidade da crosta).
Esses dois primeiros modelos nos permitiram simular os ambientes de superfície e subterrâneos do jovem planeta Marte. No entanto, muitas incertezas permaneceram em relação às principais características desse ambiente (por exemplo, nível de vulcanismo no momento e gradiente térmico da crosta). Para remediar esse problema, usamos nosso modelo a fim de explorar um grande número de características potenciais, que deram origem a um conjunto de cenários sobre como Marte poderia ter sido cerca de 4 bilhões de anos atrás.
Terceiro modelo
O terceiro e último modelo diz respeito à biologia de hipotéticos microrganismos metanogênicos marcianos, baseado na teoria de que seriam semelhantes aos metanogênicos da Terra, pelo menos em termos de necessidades energéticas. Usando esse modelo, pudemos avaliar a habitabilidade das condições da Terra para nossos micróbios em comparação com as condições ambientais subterrâneas de Marte, de acordo com cada cenário ambiental gerado pelos dois modelos anteriores.
Onde as condições dadas foram consideradas habitáveis, o terceiro modelo avaliou como esses microrganismos teriam sobrevivido sob a superfície de Marte e – ao lado dos modelos de crosta e superfície – como essa biosfera microbiana subterrânea teria influenciado a composição química da crosta, bem como a atmosfera e o clima. Ao combinarem a escala microscópica da biologia dos micróbios metanogênicos com a escala global do clima de Marte, esses três modelos juntos ajudaram a simular o comportamento do ecossistema planetário marciano.
Habitabilidade subterrânea
Uma série de pistas geológicas indica um fluxo de água líquida na superfície de Marte há 4 bilhões de anos, que teria formado rios, lagos e, possivelmente, até oceanos. O clima marciano era, portanto, mais temperado do que é hoje. Ao explicar como esse clima poderia ter surgido, nosso modelo de superfície assume que Marte tinha uma atmosfera densa (aproximadamente da mesma densidade que a do nosso próprio planeta hoje) que era particularmente rica em CO2 e H2, ainda mais do que a Terra na época.
Esse contexto atmosférico rico em CO2 pode essencialmente ter fornecido ao H2 atmosférico as características de um gás de efeito estufa notavelmente potente. Esse H2 teria sido ainda mais poderoso que o CH4 nas mesmas condições. Em outras palavras, se 1% da atmosfera marciana fosse H2, o clima teria se aquecido mais do que se 1% fosse CH4.
De acordo com vários de nossos cenários gerados pelo modelo, esse efeito estufa por si só não teria sido suficiente para produzir as condições climáticas necessárias para manter a água líquida na superfície de Marte, o que significa que o Planeta Vermelho estava coberto de gelo. Além disso, se houvesse temperaturas adequadas nas profundezas da crosta marciana, elas também não a tornariam mais habitável. Bloqueado pelo gelo da superfície, nenhum CO2 e H2 atmosféricos – a fonte de energia essencial para a vida metanogênica – teria sido capaz de penetrar na crosta.
No entanto, a maioria de nossos cenários indica que a presença de água líquida na superfície do planeta teria sido possível pelo menos em suas regiões mais quentes, onde CO2 e H2 atmosféricos poderiam de fato ter penetrado na crosta. Nosso modelo biológico atesta que, em todos esses cenários, os microrganismos metanogênicos teriam encontrado temperaturas adequadas e teriam acesso a uma fonte de energia grande o suficiente para sobreviver nas primeiras centenas de metros da crosta. Em suma, embora ainda não tenhamos nenhuma prova factual da vida em Marte, seja no passado ou no presente, a crosta marciana há 4 bilhões de anos pode muito provavelmente ter abrigado uma biosfera subterrânea composta de microrganismos metanogênicos.
Era do gelo
Essas hipotéticas formas de vida metanogênicas marcianas podem ter aquecido o clima de seu planeta da mesma forma que suas contrapartes terráqueas? Infelizmente, a resposta parece ser: não. Uma biosfera subterrânea baseada em organismos metanogênicos teria consumido a grande maioria do H2 do planeta e liberado quantidades consideráveis de CH4, resultando em profundas mudanças na atmosfera marciana.
No entanto, como vimos, o H2 era um gás de efeito estufa mais poderoso do que o CH4, no contexto da atmosfera marciana primitiva, seus respectivos efeitos de estufa sendo opostos aos observados na atmosfera atual da Terra, ou o que teria sido observado na atmosfera da Terra. atmosfera inicial. Enquanto o surgimento da metanogênese na Terra ajudou a estabelecer um clima favorável e a consolidar a habitabilidade terrestre, a vida metanogênica em Marte – consumindo a maior parte do H2 atmosférico do planeta – teria esfriado drasticamente seu clima em várias dezenas de graus e contribuído para uma maior cobertura de gelo. Mesmo em regiões sem gelo de superfície, nossos microrganismos hipotéticos provavelmente teriam de procurar temperaturas mais viáveis, movendo-se mais profundamente na crosta e mais longe de sua fonte de energia atmosférica. Desse modo, as ações dessas formas de vida teriam feito com que Marte se tornasse menos hospitaleiro para a vida do que era inicialmente.
Autodestruição: um padrão para a vida no universo
Na década de 1970, James Lovelock e Lynn Margulis desenvolveram a hipótese Gaia, que propõe que a habitabilidade da Terra é mantida por um sistema sinérgico e autorregulador envolvendo tanto a biosfera terrestre quanto o próprio planeta. Nós, a espécie humana, somos uma infeliz anomalia nessa teoria. A hipótese Gaia, desde então, levou ao surgimento da ideia do “gargalo de Gaia”. Isso postula que o universo não carece das condições necessárias para a vida, mas que quando a vida aparece, raramente é capaz de sustentar a habitabilidade de longo prazo de seu ambiente planetário.
Os resultados do nosso estudo são ainda mais pessimistas. Como mostrado no exemplo da metanogênese marciana, mesmo as formas de vida mais simples podem comprometer ativamente a habitabilidade de seu ambiente planetário.
* Boris Sauterey é pesquisador em ecologia evolutiva, ecologia marinha e astrobiologia na École Normale Supérieure (ENS) – PSL (França).
** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.
