Fotossíntese em Marte: será possível?

Original do Programa ALEXA:

“Nós mostramos pela primeira vez que é possível sim que ocorra fotossíntese, em condições particulares de micro-nichos, na superfície de Marte,” explica Jean-Pierre de Vera, um pesquisador do Instituto de Pesquisas Planetárias do Centro Aeroespacial Alemão de Berlin, Alemanha. Na Terra, líquens Antárticos se mostraram capazes de ir além da simples sobrevivência quando expostos a condições simuladas que encontrariam em Marte.

O próprio fato de sobreviverem a temperaturas de quase -51°C e suportar um intenso bombardeamento de radiação durante um experimento de 34 dias já seria considerado um feito e tanto. Mas os líquens, uma relação simbiótica entre um fungo e uma alga, mostraram que também são capazes de se adaptarem fisiologicamente, levando uma vida normal em tais severas condições marcianas – desde que pudessem viver em micro-nichos, parcialmente protegidos da radiação, como em rachaduras no solo ou em rochas.

“Não existem estudos anteriores sobre a adaptação para condições encontradas em Marte,” conta Jean-Pierre de Vera. “A adaptação é muito importante de ser estudada, porque pode dizer muito sobre as interações da vida com seu ambiente.”

Antes, os experimentos de simulação marciana focavam simplesmente em medir a taxa de sobrevivência de organismos ao longo de determinado período. Em contraste, de Vera e seu grupo de colegas americanos e alemães mensuraram as atividades dos líquens ao longo de todo o experimento, detalhado no artigo “Adaptation of an Antarctic lichen to Martian niche conditions can occur within 34 days“. O objetivo do trabalho era determinar se o líquen conseguiria continuar suas atividades normais ao invés de entrar em um estado de hibernação. [1]

Dois grupos de amostras de líquens foram colocados dentro de uma câmara de simulação de condições marcianas, do tamanho de uma panela de pressão, que por sua vez ficou dentro de um freezer. Isso permitiu que os pesquisadores pudessem simular com precisão condições encontradas em Marte, como a química da atmosfera, pressão, temperatura, umidade e radiação solar – sendo as exceções a gravidade marcianas e a contribuição adicional de radiação galáctica.

Um dos grupos de líquens na câmara foi exposto a toda a radiação esperada na superfície de Marte, enquanto que um segundo grupo recebeu uma dose 24 vezes menor, simulando a “proteção” de viver dentro de rachaduras no solo ou em rochas. Um terceiro grupo não recebeu radiação, como grupo de controle.

Ambos os grupos de líquens sobreviveram os 34 dias de experimento, sob as rigorosas condições simuladas. Mas o grupo que recebeu a dose maior de radiação, provinda de uma lâmpada de Xenon, não conseguiu fazer muita coisa além de lutar para sobreviver.

Apenas o grupo “protegido” conseguiu continuar com suas atividades normais, como usar a fotossíntese para converter luz solar em energia química. O líquen protegido recuperou-se rapidamente após o “choque”, se adaptando muito bem, inclusive aumentando continuamente suas capacidades fotossintéticas até o fim do experimento.

“Nós mostramos pela primeira vez que é possível sim que ocorra fotossíntese, em condições particulares de micro-nichos, na superfície de Marte,” de Vera explica.

O líquen escolhido pata o experimento, chamado Pleopsidium chlorophanum, se mostrou um verdadeiro sobrevivente ainda antes do experimento começar. Pesquisadores removeram amostras de líquens para teste de seu habitat na rochosa Black Ridge, na Terra da Vitória, Antárctica – Uma paisagem congelada, seca, não muito diferente de muitos lugares em Marte.

Crédito da Imagem: Atacama Photo. — Créditos: Atacama Photo.

Os últimos experimentos visando simular as condições de sobrevivência em solo marciano não levaram em conta as fortes tempestades de areia que podem cobrir o planeta inteiro por um mês. Mas de Vera aponta que líquens podem sobreviver em um estado de hibernação por milhares de anos, aqui na Terra, enquanto totalmente cobertos por poeira, gelo ou neve.

Líquens não são os únicos candidatos a sobreviventes em Marte. Outros estudos conduzidos por de Vera sugerem que bactérias produtoras de Metano, conhecidas como Archaebacterias metanogênicas, também poderiam sobreviver lá.

“Existem evidências importantes de que vida terrestre poderia não apenas sobreviver, mas ser metabolicamente ativa e se adaptar fisiologicamente para viver em Marte durante os períodos de tempo investigados,” conta de Vera.

Os resultados dos experimentos tem grandes implicações para missões robóticas em andamento, que estão procurando por evidência de vida em Marte. Em primeiro lugar, os experimentos confirmam que seria sensato que tais missões focassem em explorar os micro-nichos em rachaduras e locais mais “protegidos”, em busca de possível vida marciana. Em segundo lugar, os resultados alimentam esperanças que a vida em Marte – se de alguma forma semelhante à da Terra – poderia ter sobrevivido até os dias de hoje.

A notável capacidade de adaptação do líquen às condições de Marte sugerem uma terceira, igualmente importante implicação – ela justifica a atual dose de cautela da NASA e outras agências espaciais em assegurar que organismos terrestres não acabem acidentalmente em uma viagem para outros mundos – como Marte, por exemplo. Tal nível de proteção planetária continuará até o possível dia em que os humanos decidirem definitivamente a colonizar Marte e consequentemente alterar a paisagem do planeta no processo.

Já que a superfície de Marte hoje é extremamente seca e congelada o ano todo, é difícil encontrar algum lugar na Terra fora de um laboratório que consiga reproduzir as exatas condições encontradas lá. Mas dois lugares em espacial, como os Vales Secos na Antártida e o Deserto do Atacama, no Chile, são muito semelhantes. Os dois são destinos comuns para pesquisadores que querem entender um pouco mais sobre os limites da vida na Terra e as possibilidades lá fora.

Jocelyne DiRuggiero, professora associada de biologia na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland – EUA, estuda amostras dos dois locais. Ela está interessada nas similaridades e diferenças entre as comunidades microbianas que vivem nesses dois lugares extremamente desérticos. Em ambos, muita pouca água no estado líquido está disponível. No centro do Atacama, por exemplo, anos se passam entre uma chuva e outra. Mas lá é quente, então quando há precipitação, uma grande quantidade de água no estado líquido fica disponível por um curto período de tempo.

No University Valley, um dos Vales Secos da Antártida, a disponibilidade de água líquida é bem limitada, mas de um modo diferente. Nestes Vales Secos existe mais precipitação que no Deserto do Atacama, mas lá é tão frio que qualquer chuva cai em forma de neve e permanece congelada.

Os Vales Secos da Antártida são um local ideal para que cientistas possam estudar como o a “canalização” da Terra foi formada; a paisagem atual erodiu para sua atual existência há milhões de anos e passou por pouquíssima erosão desde então. Pesquisadores apelidaram a região de uma “paisagem-relíquia” e o único lugar da Terra que é o mesmo agora do que foi milhões de anos atrás.

O geólogo Bruce Marsh, da Universidade Johns Hopkins comenta sobre sua viagem para os Vales Secos, em 1993, como uma visita a um “museu” e “que é o único local da Terra que os canais estão expostos dessa maneira. Você pode subir nas camadas de lava solidificada que foi depositada pela atividade magmática há 180 milhões de anos,” ele comenta. “É inspirador.”

“O que nós fazemos nestes ambientes é tentar entender ‘quem está aqui’, o que os organismos estão fazendo e como eles estão distribuídos,” diz DiRuggiero, e se os organismos são “metabolicamente realmente ativos,” ou se eles “apenas estão ali porque o vento os trouxe.”

A principal ferramenta de pesquisa de DiRuggiero é o sequenciamento genético. Trabalhando com amostras de solo que pesam alguns décimos de grama cada (algo como uma colher de chá), ela extrai o DNA de quaisquer micróbios presentes em cada amostra. Então ela envia o DNA para sequenciamento genético em um laboratório.

A preparação das amostras é um processo complicado pois existem bem poucos micróbios em cada amostra de solo. Cada grama de solo contem por de 100 a 1.000, um número extremamente pequeno – em condições normais, essa quantidade de solo teria de 10 milhões a um bilhão de microrganismos.

Já que a população de micróbios utilizada por ela é tão pequena, o risco de contaminação se torna um sério problema. Ela precisa cuidar muito para não deixar que células da pele ou fios de cabelo caiam nas amostras. Impensável então é espirrar ou tossir, que poderia contaminar e inutilizar a amostra atingida. Para evitar estes problemas, DiRuggiero trabalha utilizando uma roupa especial, que isola totalmente ela das amostras, evitando contaminações. E ainda assim as vezes há problemas, pois alguns dos filtros de sílica usados para extração do DNA das amostras chegam da fábrica com células microbiais agarradas.

Apesar dela ter tido mais tempo para trabalhar com as amostras do Deserto do Atacama, DiRuggiero diz que as amostras dos Vales Secos, em especial do University Valley, são particularmente interessantes. Pela razão de os Vales Secos estarem bem perto do Polo Sul e mais de 1.6km acima do nível do mar, o solo fica permanente congelado, inclusive no verão. São poucos os lugares na Terra em que isso acontece. “Isso é 40 graus Celsius mais gelado que o solo do Deserto do Atacama,” ela comenta.

Essa diferença na temperatura resulta em uma significativa diferença no quesito habitabilidade. Existem mais microrganismos em University Valley do que no Deserto do Atacama.

“Até agora o único parâmetro mensurado que diferencia as populações da Antártida e do Atacama é a temperatura,” diz DiRuggiero. Nos dois casos, “os solos são extremamente secos, contém bem poucos componentes orgânicos e possuem uma grande quantidade de sal. A grande diferença é a temperatura. Mas ainda não sabemos exatamente o que isso significa.”

Pode parecer estranho que micróbios vivam mais “felizes” em condições congelantes do que em um deserto mais quente. “Isso vai contra a experiência humana, mas faz bastante sentido para microrganismos,” comenta Chris McKay, cientista planetário do Centro Ames de Pesquisa, da NASA. “O frio permite que eles descansem, o que é um excelente mecanismo de sobrevivência,” ele fala. “Este resultado é um bom presságio para a vida nos frios desertos de Marte”. McKay é o líder da equipe IceBite, financiada pela NASA, que está testando um protótipo de broca de perfuração para futuras missões em Marte. Foi a equipe IceBite que obteve as amostras que Jocelyne DiRuggiero estuda.

Até agora, DiRuggiero vem trabalhando com as amostras coletadas do University Valley pela equipe IceBite, em seu primeiro trabalho de campo, em 2009. Ela busca conseguir amostras mais abrangentes, coletadas no final de 2010, que ainda estão a caminho da Antártida.

Abaixo da camada de solo seco dos Vales Secos há “o que chamamos de solo cimentado em gelo, que é basicamente lama congelada. E essa lama está lá congelada por milhares e milhares de anos,” diz DiRuggiero. “Então a questão é se existe alguma água disponível para os microrganismos e se existe alguma diferença na comunidade microbial entre o solo superior e essa camada de solo cimentado em gelo.”

Existem evidências, baseadas em dados climáticos coletados em 2013 pela equipe IceBite, que na interface entre o solo seco e o solo cimentado em gelo “existe derretimento durante o verão,” explica DiRuggiero. “Pode haver água no estado líquido disponível por algum tempo” e micróbios poderiam “estar crescendo ativamente e metabolizando por pelo menos uma parte do ano.”

“Derretimento,” neste caso, não quer dizer que o solo fique molhado ou lamacento, o que a temperatura fique acima da de congelamento. O que acontece, na verdade, é que finas camadas de água líquida podem se formar entre os grãos de areia que fazem parte do solo. E é mais água que o suficiente para estes microrganismos. Eles são minúsculos, precisam de pouquíssima água.

“Em temperaturas acima de -20°C existe uma camada de água líquida entre os grãos de areia e o gelo. Essas camadas poderiam sustentar vida microbial até 15°C,” explica McKay.

“Em Marte, as temperaturas do gelo superficial são muito menores para que este efeito se torne efetivo,” ele comenta. Mas Marte oscila. No presente momento Marte está inclinado em seu eixo com o mesmo ângulo da Terra.

Mas, há 5 milhões de anos, Marte estava inclinado com um ângulo de 45° e por quase metade do ano marciano (equivalente a um ano terrestre) as regiões polares receberam luz solar constante. Naquela época, “o gelo do solo nas regiões polares” como da região em que a nave Phoenix da NASA pouxou em 2008, “poderia ter sido muito mais quente.” Imaginamos que estava na faixa de -15°C a -20°C. Então camadas de água líquida eram uma realidade no passado.

Crédito da Imagem: Nave Phoenix, da NASA. — Créditos: *Nave Phoenix*, da NASA.

A questão que permanece é: Se vida já existiu em Marte, no tempo que o planeta era mais quente e úmido, será que alguns microrganismos evoluíram uma estratégia de sobrevivência como uma extensa hibernação e a cada 10 ou 20 milhões de anos, quando o planeta esquentasse até -20°C ou mais, eles acordariam e viveriam normalmente até que esfriasse novamente?

A resposta terá que esperar até que uma próxima missão para as regiões polares do planeta vermelho possa cavar mais fundo do que a Phoenix era capaz. E é este tipo de perfuração profunda que a equipe IceBite, de McKay, está trabalhando para tornar possível. [2] [3]