MIT News – A fosfina está entre os gases mais fedorentos e tóxicos da Terra, encontrados em alguns dos lugares mais sujos, incluindo montes de esterco de pinguim, profundezas de pântanos e pântanos e até mesmo nas entranhas de alguns texugos e peixes. Este “gás de pântano” pútrido também é altamente inflamável e reativo com partículas em nossa atmosfera.

A maior parte da vida na Terra, especificamente toda vida aeróbia, que respira oxigênio, não quer nada com a fosfina, nem a produz, nem depende dela para sobreviver.

Agora, pesquisadores do MIT descobriram que a fosfina é produzida por outra forma de vida menos abundante: organismos anaeróbicos, como bactérias e micróbios, que não precisam de oxigênio para prosperar. A equipe descobriu que a fosfina não pode ser produzida de outra forma, exceto por esses organismos extremos e avessos ao oxigênio, tornando a fosfina uma bioassinatura pura – um sinal de vida (pelo menos de um certo tipo).

Em um artigo publicado recentemente na revista Astrobiology, os pesquisadores relatam que se a fosfina fosse produzida em quantidades semelhantes ao metano na Terra, o gás geraria um padrão de luz característico na atmosfera de um planeta. Este padrão seria claro o suficiente para ser detectado de até 16 anos-luz de distância por um telescópio como o planejado Telescópio Espacial James Webb. Se a fosfina for detectada em um planeta rochoso, seria um sinal inconfundível de vida extraterrestre.

“Aqui na Terra, o oxigênio é um sinal de vida realmente impressionante”, diz a autora principal Clara Sousa-Silva, uma pesquisadora do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. “Mas outras coisas além da vida produzem oxigênio também. É importante considerar moléculas estranhas que podem não ser feitas com tanta frequência, mas se você as encontrar em outro planeta, há apenas uma explicação. ”

Os co-autores do artigo incluem Sukrit Ranjan, Janusz Petkowski, Zhuchang Zhan, William Bains e Sara Seager, professora da classe de 1941 de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias no MIT, bem como Renyu Hu na Caltech.

Barrigas gigantes

Sousa-Silva e seus colegas estão montando um banco de dados de impressões digitais de moléculas que podem ser bioassinaturas potenciais. A equipe reuniu mais de 16.000 candidatos, incluindo fosfina. A grande maioria dessas moléculas ainda não foi totalmente caracterizada e, se os cientistas localizassem qualquer uma delas na atmosfera de um exoplaneta, eles ainda não saberiam se as moléculas eram um sinal de vida ou outra coisa.

Mas com o novo artigo de Sousa-Silva, os cientistas podem ter confiança na interpretação de pelo menos uma molécula: a fosfina. A principal conclusão do artigo é que, se a fosfina for detectada em um planeta rochoso próximo, esse planeta deve estar abrigando algum tipo de vida.

Os pesquisadores não chegaram a essa conclusão levianamente. Nos últimos 10 anos, Sousa-Silva dedicou seu trabalho a caracterizar completamente o gás tóxico e venenoso, primeiro decifrando metodicamente as propriedades da fosfina e como ela é quimicamente distinta de outras moléculas.

Na década de 1970, a fosfina foi descoberta nas atmosferas de Júpiter e Saturno – gigantes gasosos imensamente quentes. Os cientistas presumiram que a molécula foi espontaneamente lançada dentro das barrigas desses gigantes gasosos e, como Sousa-Silva descreve, “violentamente dragada por enormes tempestades convectivas do tamanho de planetas”.

Ainda assim, não se sabia muito sobre a fosfina, e Sousa-Silva dedicou seu trabalho de graduação na University College of London a localizar a impressão digital espectral da fosfina. Em seu trabalho de tese, ela determinou os comprimentos de onda exatos da luz que a fosfina deveria absorver, e que estaria faltando em qualquer dado atmosférico se o gás estivesse presente.

Durante seu doutorado, ela começou a se perguntar: a fosfina poderia ser produzida não apenas em ambientes extremos de gigantes gasosos, mas também pela vida na Terra? No MIT, Sousa-Silva e os seus colegas começaram a responder a esta pergunta.

“Então, começamos a coletar todas as menções à detecção de fosfina em qualquer lugar da Terra e descobrimos que qualquer lugar onde não há oxigênio tem fosfina, como pântanos e pântanos e sedimentos lacustres e os peidos e intestinos de tudo”, diz Sousa-Silva. “De repente, tudo fez sentido: é uma molécula muito tóxica para qualquer coisa que goste de oxigênio. Mas para a vida que não gosta de oxigênio, parece ser uma molécula muito útil. ”

“Nada além da vida”

A constatação de que a fosfina está associada à vida anaeróbia foi uma pista de que a molécula poderia ser uma bioassinatura viável. Mas, para ter certeza, o grupo teve que descartar qualquer possibilidade de que a fosfina pudesse ser produzida por outra coisa que não a vida. Para fazer isso, eles passaram os últimos anos executando muitas espécies de fósforo, o bloco de construção essencial da fosfina, por meio de uma análise teórica exaustiva das vias químicas, em cenários cada vez mais extremos, para ver se o fósforo poderia se transformar em fosfina em qualquer abiótico (ou seja, não forma geradora de vida).

A fosfina é uma molécula feita de um fósforo e três átomos de hidrogênio, que normalmente não preferem se juntar. É necessária uma enorme quantidade de energia, como nos ambientes extremos de Júpiter e Saturno, para destruir os átomos com força suficiente para superar sua aversão natural. Os pesquisadores trabalharam os caminhos químicos e termodinâmicos envolvidos em vários cenários na Terra para ver se eles poderiam produzir energia suficiente para transformar o fósforo em fosfina.

“Em algum momento, estávamos procurando mecanismos cada vez menos plausíveis, como se as placas tectônicas estivessem se esfregando umas nas outras, seria possível obter uma centelha de plasma que gerasse fosfina? Ou se um raio atingisse algum lugar que tivesse fósforo, ou um meteoro tivesse um conteúdo de fósforo, poderia gerar um impacto para produzir fosfina? E passamos vários anos nesse processo para descobrir que nada além da vida produz quantidades detectáveis ​​de fosfina. ”

Fosfina, eles descobriram, não tem falsos positivos significativos, o que significa que qualquer detecção de fosfina é um sinal seguro de vida. Os pesquisadores então exploraram se a molécula poderia ser detectada na atmosfera de um exoplaneta. Eles simularam as atmosferas de exoplanetas terrestres idealizados, pobres em oxigênio, de dois tipos: atmosferas ricas em hidrogênio e ricas em dióxido de carbono. Eles alimentaram a simulação com diferentes taxas de produção de fosfina e extrapolaram como seria o espectro de luz de uma dada atmosfera dada uma certa taxa de produção de fosfina.

Eles descobriram que se a fosfina fosse produzida em quantidades relativamente pequenas equivalentes à quantidade de metano produzida na Terra hoje, ela produziria um sinal na atmosfera que seria claro o suficiente para ser detectado por um observatório avançado, como o futuro Telescópio Espacial James Webb , se esse planeta estivesse a 5 parsecs, ou cerca de 16 anos-luz da Terra – uma esfera do espaço que cobre uma infinidade de estrelas, provavelmente hospedando planetas rochosos.

Sousa-Silva diz que, além de estabelecer a fosfina como uma bioassinatura viável na busca por vida extraterrestre, os resultados do grupo fornecem um pipeline, ou processo para os pesquisadores seguirem na caracterização de qualquer outro dos outros 16 mil candidatos à bioassinatura.

“Acho que a comunidade precisa investir na filtragem desses candidatos em algum tipo de prioridade”, diz ela. “Mesmo que algumas dessas moléculas sejam realmente balizas fracas, se pudermos determinar que apenas a vida pode enviar esse sinal, então eu sinto que é uma mina de ouro.”

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