Quando a vida começou na Terra?

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Um planeta candidato a habitado experimentará, sem dúvida, catástrofes, colisões, e eventos em nível de extinção nele. Para que a vida sobreviva e prospere em um mundo, ela deve possuir as condições intrínsecas e ambientais corretas para permitir sua persistência. Aqui, uma ilustração do ambiente da Terra primitiva pode parecer assustadora, mas a vida de alguma forma ainda encontrou um caminho.

Por Ethan Siegel
Publicado na Forbes

Se você fosse ao nosso Sistema Solar logo após sua formação, você teria visto uma visão completamente estranha. Nosso Sol teria aproximadamente a mesma massa que tem hoje, mas teria cerca de aproximadamente 80% da sua luminosidade, já que as estrelas se aquecem com o envelhecimento. Os quatro mundos rochosos internos ainda estariam lá, mas três deles seriam extremamente semelhantes. Vênus, Terra e Marte possuiriam atmosferas delgadas, água líquida em sua superfície e os ingredientes orgânicos que poderiam dar origem à vida.

Embora ainda não saibamos se alguma vez a vida se instalou em Vênus ou Marte, sabemos que na época em que a Terra tinha apenas 100 milhões de anos, havia organismos vivendo em sua superfície. Depois que bilhões de anos de evolução cósmica deram origem aos elementos, moléculas e condições a partir das quais a vida poderia existir, nosso planeta se tornou aquele onde não apenas existiu, mas onde prosperou. Para o melhor de nosso conhecimento científico, veja como foram esses primeiros passos.

As propriedades da vida

A formação e o crescimento de um floco de neve, uma configuração particular de cristal de gelo. Embora os cristais tenham uma configuração molecular que permite que se reproduzam e se copiem, não utilizam energia nem codificam informações genéticas.

A vida como a conhecemos tem algumas propriedades com as quais todos concordam. Embora a vida na Terra envolva química baseada em carbono (requer carbono, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e muitos outros elementos como fósforo, cobre, ferro, enxofre e assim por diante) e dependa de água líquida, outras combinações de elementos e moléculas podem ser possíveis. As quatro propriedades gerais que todas as partes da vida, no entanto, são as seguintes:

A vida tem um metabolismo, onde coleta energia/recursos de uma fonte externa para seu próprio uso; a vida responde a estímulos externos de seu ambiente e altera seu comportamento de acordo com eles; a vida pode crescer, se adaptar ao seu ambiente ou, de outra forma, evoluir de sua forma atual para uma forma diferente; a vida pode se reproduzir, criando descendentes viáveis ​​que surgem de seus próprios processos internos.

Todos os quatro deles devem estar presentes, simultaneamente, para que uma população de organismos seja considerada viva. Flocos de neve e cristais podem crescer e se reproduzir, mas sua falta de metabolismo impede que sejam classificados como vivos. As proteínas podem ter um metabolismo e ser capazes de se reproduzir, mas não respondem a estímulos externos ou alteram o comportamento com base no que encontram. Mesmo os vírus, que são os organismos mais discutíveis na linha entre a vida e a não-vida, só podem se reproduzir infectando outras células vivas com sucesso, lançando dúvidas sobre se são classificados como vivos ou não vivos.

A hipótese da panspermia

O início do Sistema Solar estava cheio de cometas, asteroides e pequenos aglomerados de matéria que atacaram praticamente todo mundo ao redor. Este período é historicamente conhecido como o bombardeio pesado tardio e acredita-se que tenha trazido muitos dos ingredientes para a vida, mas não os próprios organismos vivos, para a Terra.

Muitos materiais orgânicos – compostos químicos como açúcares, aminoácidos, formato de etila e até mesmo complexos como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos – são encontrados em asteroides, e eram abundantes na Terra primitiva. Mas não temos evidências de que a vida começou antes da formação da Terra.

Em vez disso, o pensamento principal é que a Terra foi formada com esses ingredientes crus, e talvez muitos mais. Talvez os nucleotídeos fossem comuns; talvez proteínas e fragmentos de proteínas tenham vindo pré-montados; talvez as camadas e bicamadas lipídicas pudessem surgir espontaneamente em um ambiente aquoso. Para ir de precursores à vida para a vida real, entretanto, acredita-se que precisávamos do ambiente certo.

A importância da Lua

A Terra e o Sol, não muito diferentes da aparência que deveriam ter há 4 bilhões de anos. No estágios iniciais do Sistema Solar, Vênus e Marte podem ter parecido bastante semelhantes.

Esses três planetas favoráveis ​​- Vênus, Terra e Marte – provavelmente tinham um nível razoável de gravidade superficial, atmosferas delgadas, água líquida em suas superfícies e essas moléculas precursoras bioquímicas. A única coisa que a Terra tinha e que os outros dois planetas provavelmente não tinham, no entanto, era uma lua. Enquanto todos os três mundos provavelmente tiveram a chance de formar vida pela primeira vez, nossa Lua ajudou a nos dar chances que os outros mundos podem não ter tido.

O início da vida nas poças de maré

As poças de maré, como as mostradas acima em Porto Corvo, Portugal, ocorrem na interface de terra e grandes corpos de água, como lagos, mares ou oceanos. Uma poça com as condições certas e moléculas precursoras é um enorme candidato para onde a vida poderia ter surgido na Terra.

A quantidade de água presente nesses primeiros planetas era bastante provável para criar oceanos, mares, lagos e rios, mas não o suficiente para cobri-los completamente com água líquida. Isso significa que todos eles tinham continentes e oceanos e, na interface dos dois, havia poças de maré: regiões onde a água pode existir de forma estável em terra seca e estar sujeita a todos os tipos de gradientes de energia.

Luz do sol, sombra e noite, ciclos de evaporação e concentração, fluxo de fluido poroso na presença de minerais e gradientes de atividade de água podem fornecer oportunidades para as moléculas se unirem de maneiras novas e interessantes. Os efeitos das marés podem ser potencializados pela Lua, mas todos esses mundos possuem marés devido ao Sol. No entanto, existe uma fonte de energia adicional que a Terra possui que provavelmente contribuiu para a origem da vida, que pode não ter sido tão espetacular em Vênus ou Marte.

A vida onde a luz do Sol não chega

No fundo do mar, em torno de fontes hidrotermais, onde a luz do Sol não chega, a vida ainda prospera na Terra. Como criar vida a partir da não-vida é uma das grandes questões em aberto na ciência hoje. Se a vida pode existir aqui, no fundo dos oceanos da Terra, talvez haja uma chance de existir vida nos oceanos subterrâneos profundos de Europa ou Encélado também.

Esse último fator é a atividade térmica do interior do planeta. No fundo dos oceanos, as fontes hidrotermais são hotspots geológicos e excelentes candidatos para o surgimento de vida. Ainda hoje, eles são o lar de organismos conhecidos como extremófilos: bactérias e outras formas de vida que podem suportar as temperaturas que normalmente quebram as ligações moleculares associadas aos processos vitais.

Essas aberturas contêm gradientes de energia enormes, bem como gradientes químicos, onde a água das aberturas extremamente alcalinas se mistura com a água do oceano rica em ácido carbônico. Finalmente, essas aberturas contêm íons de sódio e potássio, bem como estruturas de carbonato de cálcio que podem servir como um modelo para as primeiras células. O fato de existir vida em ambientes como esse aponta para mundos como Europa ou Encélado como lares potenciais para a vida em outras partes do Sistema Solar hoje.

Os infernos borbulhantes repletos de vida

Esta vista aérea da Grand Prismatic Spring no Parque Nacional de Yellowstone é um dos recursos hidrotermais mais icônicos em terra no mundo. As cores se devem aos diversos organismos que vivem nessas condições extremas, e dependem da quantidade de luz solar que atinge as várias partes das nascentes. Campos hidrotermais como este são alguns dos melhores locais candidatos para o surgimento de vida na Terra.

Mas talvez o local mais provável para o início da vida na Terra seja o melhor de todos os mundos: os campos hidrotermais. A atividade vulcânica não ocorre apenas abaixo dos oceanos, mas também na terra. Abaixo das áreas de água doce, essas áreas com atividade vulcânica fornecem uma fonte adicional de calor e energia que pode estabilizar as temperaturas e fornecer um gradiente de energia. Enquanto isso, esses locais ainda permitem ciclos de evaporação/concentração, fornecem um ambiente confinado que permite que os ingredientes certos se acumulem e permitem um ciclo de exposição solar/ noite.

Na Terra, podemos ter certeza de que poças de maré, fontes hidrotermais e campos hidrotermais eram comuns. Embora as moléculas precursoras certamente tenham se originado fora da Terra, foi provavelmente aqui em nosso planeta que a transformação da não-vida em vida ocorreu espontaneamente.

A conexão química e biológica da vida

A “Árvore da Vida”: todas as formas de vida, existentes ou fossilizadas, possuem uma linhagem rastreada até um ancestral comum universal que viveu há cerca de 3,5 bilhões de anos.

Com o tempo, a Terra mudou tremendamente, assim como os organismos vivos em nosso planeta. Não sabemos se a vida surgiu uma vez, mais de uma vez ou em locais diferentes. O que sabemos, entretanto, é que se reconstruirmos a árvore evolucionária de cada organismo existente encontrado na Terra hoje, todos eles compartilham o mesmo ancestral.

Ao estudar os genomas dos organismos existentes encontrados em nosso mundo hoje, os biólogos podem reconstruir a escala de tempo do que é conhecido como LUCA: o último ancestral comum universal da vida na Terra. Quando a Terra tinha menos de 1 bilhão de anos, a vida já tinha a capacidade de transcrever e traduzir informações entre DNA, RNA e proteínas, e esses mecanismos existem em todos os organismos hoje. Não se sabe se a vida surgiu várias vezes, mas é geralmente aceito que a vida como a conhecemos hoje descendeu de uma única população.

A vida é tão antiga quanto a própria Terra

Depósitos de grafite encontrados em Zircão, algumas das mais antigas evidências de vida à base de carbono na Terra. Esses depósitos, e as proporções de carbono-12 mostradas no gráfico, datam a vida na Terra há mais de 4 bilhões de anos.

Apesar do fato de que os processos geológicos muitas vezes podem obscurecer o registro fóssil além de algumas centenas de milhões de anos, fomos capazes de rastrear a origem da vida extraordinariamente longe. Fósseis microbianos foram encontrados em arenito datando de 3,5 bilhões de anos atrás. A grafita, encontrada depositada em rochas sedimentares metamorfoseadas, tem suas origens biogênicas e remonta a 3,8 bilhões de anos atrás.

Em tempos ainda mais antigos, mais extremos, os depósitos de certos cristais nas rochas parecem se originar de processos biológicos, sugerindo que a Terra fervilhava de vida já em 4,3 a 4,4 bilhões de anos atrás: apenas 100-200 milhões de anos após a Terra e a Lua se formarem. Pelo que sabemos, a vida na Terra existe há quase tanto tempo quanto a própria Terra.

O pálido ponto azul: onde tudo começou

Concepção artística da Terra há mais de 200 milhões de anos, quando todos os continentes da Terra estavam conectados em um único relevo e supercontinente chamado Pangea. Embora exista a possibilidade remota de que asteroides trouxeram as primeiras formas de vida para a Terra, todas as evidências sugerem que estamos onde tudo começou.

Em algum ponto do nosso planeta, nos estágios iniciais, as moléculas que são abundantes e precursoras da vida, sob as condições energéticas e químicas adequadas, começaram a metabolizar energia simultaneamente, responder ao ambiente, crescer, se adaptar, evoluir e se reproduzir. Mesmo que fosse irreconhecível para nós hoje, isso marca a origem da vida. Em uma sequência radicalmente ininterrupta de sucesso biológico, nosso planeta tem sido um mundo vivo desde então.

Embora Vênus e Marte possam ter tido chances semelhantes, mudanças radicais na atmosfera de Vênus a tornaram um mundo de estufa escaldante depois de apenas 200-300 milhões de anos, enquanto a morte do campo magnético marciano fez com que sua atmosfera fosse arrancada, tornando o planeta vermelha sólido e congelado.

Embora os ataques de asteroides possam enviar vida baseada na Terra para fora do planeta, por todo o Sistema Solar e galáxia, todas as evidências sugerem que estamos onde tudo começou. Por volta de 9,4 bilhões de anos após o Big Bang, a Terra começava a fervilhar de vida para nunca mais parar.