Compilação de Bioassinaturas Gasosas para Detecção Remota de Vida

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Universidade de São Paulo

Instituto de Química

Departamento de Química Fundamental

COMPILAÇÃO DE BIOASSINATURAS GASOSAS PARA DETECÇÃO REMOTA DE VIDA

Aluno: Cesar Policarpo Felisbino

Orientador: Prof. Dr. Fabio Rodrigues

São Paulo

Janeiro de 2021

1. INTRODUÇÃO

        Como a vida começa e evolui? A vida existe em outras partes do universo? E, ainda, qual é o futuro da vida na Terra e além? Essas são três perguntas básicas que têm sido endereçadas pela área da astrobiologia por gerações. Nessa perspectiva, catalogar listas de compostos, ou fragmentos de compostos, de origens biológicas possui uma substancial relevância na busca de vida extraterrestre; e diversas publicações listam, em termos gerais, potenciais classes de substâncias a serem investigadas (Des Marais et al., 2002; Seager, Bains & Hu, 2013a, 2013b). Para mencionar, o trabalho de Parnell et al. (2007) definiu e priorizou alvos moleculares específicos para a missão espacial ESA’s Aurora ExoMars, propondo uma lista de mais de sessenta alvos entre moléculas específicas e estruturas genéricas. Seager, Brains e Petkowski (2016), por sua vez, listaram classes de produtos químicos que podem ser potenciais gases de bioassinatura, comentando suas descobertas sobre a fração de substâncias químicas que são produzidas pela vida terrestre.

        Desde que o primeiro exoplaneta foi identificado no meado da década de 1990 (Mayor & Queloz, 1995), outras 4.330 descobertas foram confirmadas e mais de 5.700 aguardam confirmação (Exoplanet Exploration Program, 2021). Diante disso, eventos como The Exoplanet Biosignatures Workshop Without Walls (EBWWW), ocorrido em 2016, são muito importantes na comunidade científica, “[...] para revisar, enquadrar e avançar a ciência e a tecnologia de bioassinaturas detectáveis ​​remotamente para a busca de vida em planetas ao redor de outras estrelas” (Nexus for Exoplanet System Science [NExSS], 2016, tradução nossa). Para uma ampla introdução ao assunto, recomenda-se a leitura dos cinco artigos de revisão: Catling et al. (2018), Fujii et al. (2018), Meadows et al. (2018), Schwieterman et al. (2018), e Walker et al. (2018).

        Mas o que são bioassinaturas? Uma “bioassinatura” pode ser amplamente definida como um “objeto, substância e/ou padrão cuja origem requer especificamente um agente biológico” (Des Marais & Walter, 1999, tradução nossa; Des Marais et al., 2008). Adicionalmente, Schwieterman et al. (2018) abordam essa definição relacionando-a a um sinal de vida de um exoplaneta que pode se manifestar como um sinal espectroscópico, uma medição que terá uma incerteza declarada e, potencialmente, uma variedade de explicações. Des Marais et al. (2008) acrescentam a importância da complexidade e/ou abundância desses compostos na identificação de atributos que sejam universais à vida biológica. E afirma, ainda, que a sua formação por processos não biológicos deve ser altamente improvável.

        Nesse contexto, é conveniente dividir os métodos atuais de detecção de bioassinatura em dois grupos, a saber, in situ e remoto (Grenfell, 2017). A primeira inclui o estudo da morfologia fóssil e o exame direto de moléculas bióticas complexas; já a segunda - enfoque deste estudo -, refere-se a métodos espectroscópicos para detecção, por exemplo, da abundância de espécies atmosféricas. Cabe mencionar que, o cruzamento entre estes métodos, atualmente, pode ser aplicado para bioassinaturas envolvendo razões isotópicas. No que tange o monitoramento remoto, Schwieterman et al. (2018) abordam a importância em se admitir que todas as bioassinaturas de exoplanetas propostas são bioassinaturas potenciais, uma vez que isso protege contra o fato de que estes compostos podem ter falsos positivos. Também mencionam que a biogenicidade de qualquer assinatura detectada remotamente não poderá ser confirmada em um futuro próximo.

        Tendo em vista estas considerações, a compilação de bioassinaturas gasosas possibilitará direcionar o estudo a alvos distantes ou próximos, com detecção por sensoriamento remoto, ou por métodos in situ, desses compostos de interesse, para que futuras pesquisas possam ter uma base de informações sobre estes.

1. OBJETIVOS

1. Objetivo geral

        Este projeto teve como objetivo - de forma teórica - compilar, categorizar e analisar bioassinaturas gasosas já conhecidas. A partir de diferentes revisões da literatura, pôde-se estudar individualmente estes compostos de interesse, estruturando o projeto de acordo com os parâmetros químicos e físicos dessas bioassinaturas selecionadas, com os conhecimentos acerca do seu metabolismo de formação e com a sua significância biológica.

1. Objetivos específicos

1. Conhecer as propriedades químicas das bioassinaturas estudadas, bem como sua correlação com os microrganismos que as produzem.
2. Permitir que futuras pesquisas da área possam ter uma base de informações sobre esta listas de compostos, ou fragmentos de compostos, de origens biológicas.
3. Estudar as bioassinaturas alvos sob contextos distintos, principalmente, da atmosfera moderna da Terra, da primitiva e de atmosferas de exoplanetas semelhantes à Terra.  

1. METODOLOGIA

        A partir do estudo de uma vasta literatura na área da bioassinatura atmosférica, desenvolveu-se uma discussão e revisão teórica acerca das diferentes espécies químicas potenciais indicadoras de vida. Para isso, analisou-se diferentes parâmetros químicos e físicos, como a detectabilidade espectral, respostas fotoquímicas e as condições em que podem ou não ser identificados como bioassinaturas. Além disso, foi construído um diálogo sob três contextos ambientais, a saber, da atmosfera moderna da Terra, da primitiva e de atmosferas de exoplanetas semelhantes à Terra. Por fim, foi apresentado também uma visão geral das bioassinaturas em atmosferas com composição química diferente da nossa.