Astrobiologia [Livro Eletrônico] : Uma Ciência Emergente / Núcleo De Pesquisa Em Astrobiologia

Organização Douglas Galante Evandro P. Silva Fabio Rodrigues Jorge E. Horvath Marcio G. B. Avellar tikinet Produção editorial: Tikinet Edição Ltda Edição de texto: Hamilton Fernandes Preparação de texto: Amanda Coca Revisão: Glaiane Quinteiro e Marilia Koeppl Projeto gráfico: Maurício Marcelo Diagramação: Maurício Marcelo e Rodrigo Martins Capa: Vitor Teixeira Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Astrobiologia [livro eletrônico] : uma ciência emergente / Núcleo de Pesquisa em Astrobiologia. -- São Paulo : Tikinet Edição : IAG/USP, 2016. 10 Mb ; ePUB e PDF Vários autores. Bibliografia. ISBN 978-85-66241-03-7 1. Astroquímica 2. Exobiologia 3. Vida - Origem 4. Vida em outros planetas I. Núcleo de Pesquisa em Astrobiologia Universidade de São Paulo. 16-00269 CDD-576.839 Índices para catálogo sistemático: 1. Universo : Existência de vida : Astrobiologia 576.839 SUMÁRIO 5 PREFÁCIO 9 APRESENTAÇÃO Alvorecer no terceiro planeta 15 INTRODUÇÃO 21 AGRADECIMENTOS 23 CAPÍTULO 1 ASTROBIOLOGIA Estudando a vida no Universo 43 CAPÍTULO 2 A ORIGEM DOS ELEMENTOS 61 CAPÍTULO 3 ASTROQUÍMICA A formação, a destruição e a busca de moléculas prebióticas no espaço 75 CAPÍTULO 4 PLANETAS HABITÁVEIS Onde estão os lugares no Universo adequados ao nosso ou outros tipos de vida? 95 CAPÍTULO 5 QUÍMICA PREBIÓTICA A química da origem da vida 115 CAPÍTULO 6 ORIGEM DA VIDA Estudando a vida no Universo 137 CAPÍTULO 7 A EVOLUÇÃO DA VIDA EM UM PLANETA EM CONSTANTE MUDANÇA 155 CAPÍTULO 8 VIDA AO EXTREMO A magnífica versatilidade da vida microbiana em ambientes extremos da Terra 173 CAPÍTULO 9 METABOLISMOS POUCO CONVENCIONAIS 197 CAPÍTULO 10 QUANDO OS ANIMAIS HERDARAM O PLANETA 217 CAPÍTULO 11 BUSCA DE VIDA FORA DA TERRA Estudando o Sistema Solar 235 CAPÍTULO 12 LUAS GELADAS DO SISTEMA SOLAR 277 CAPÍTULO 13 BUSCA DE VIDA ALÉM DO SISTEMA SOLAR 293 CAPÍTULO 14 O SETI E O TAMANHO DO PALHEIRO... Otimismo e pessimismo na busca de nosso alter ego extraterrestre 315 CAPÍTULO 15 FUTURO DA VIDA NA TERRA E NO UNIVERSO 341 CAPÍTULO 16 EXPLORAÇÃO INTERESTELAR Motivações, sistemas estelares, tecnologias e financiamento 361 GLOSSÁRIO PREFÁCIO Desde o alvorecer da civilização, temos contemplado a beleza e as maravilhas do mundo natural que nos rodeia e nos pergunta- do sobre sua origem. Vasculhamos o passado e ficamos intrigados pelo futuro, e, por isso, somos únicos. Nossos ancestrais admi- raram a vastidão do espaço e certamente pensaram que deveria haver outros além de nós. Estamos agora em um momento único da história humana, quando podemos fazer essas mesmas antigas perguntas usando uma abordagem científica, e estudar rigorosamente as três gran- des questões da astrobiologia: “De onde viemos?”, “Para onde vamos?” e “Estamos sozinhos?”. Essas questões fundamentais cor- respondem às que a humanidade vem se fazendo há milênios, e, provavelmente, fazem parte do que nos torna humanos. Assim, não há como evitar sermos atraídos por esse campo de pesquisa. A astrobiologia é, na realidade, uma “metadisciplina” usando toda ciência útil, onde ela puder ser encontrada. De um ponto de 5 ASTROBIOLOGIA – Uma Ciência Emergente vista prático, essa empreitada requer a interação de cientistas que, de outra forma, provavelmente não se encontrariam, necessitando de muito menos trabalho para o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa colaborativos e altamente complexos. Ao contrario de muitas outras disciplinas científicas, a astrobiologia tem implicações em como enxergamos a nós mesmos, como interagimos com a Terra e com o Universo. “De onde viemos” toca a questão do “porquê” que tanto tem intrigado não apenas cientistas, mas também filósofos e teólogos. “Para onde vamos” contribui para esse entendimento, mas também requer o envolvimento econômico e político, que estão atualmente no auge das discussões sobre mudanças climáticas. E “Estamos sozinhos” algum dia irá nos forçar a encarar o fato de que nós, como cria- turas vivas, não somos únicos, ou, ao contrário, que estamos na verdade sozinhos no Universo, como resultado de uma história química tão improvável que resultou em um número amostral de apenas um, a vida na Terra. Qualquer desses resultados irá forçar novas considerações ética, como nossa relação com os “outros”, ou sobre nossa solidão e a responsabilidade de sermos a única forma de vida no Cosmos. Então, o que é astrobiologia? Vamos começar com o “De onde viemos”. Um biólogo vai abordar essa questão olhando para a evolução da vida na Terra, usando ferramentas tradicionais como anatomia comparativa e paleontologia, assim como ferramentas mais novas, como as técnicas da biologia molecular. Mas isso não irá responder o porquê dessa história ter acontecido dessa forma, sem um conhecimento mais completo do ambiente interagindo com a vida. Qual era a temperatura nos diferentes momentos? Será que a Terra estava passando por um evento de glaciação global ou sendo bombardeada por meteoritos – ou mesmo um único, enor- me e bem localizado asteroide, como o que atingiu a península de Yucatán 65 milhões de anos atrás. Esse evento jamais seria predito somente pela genética de populações, mas acabou tendo uma das mais profundas influências em nossa evolução, já que, sem ele, 6 PREFÁCIO talvez ainda estivéssemos em um mundo dominado pelos dinos- sauros, com os mamíferos se esgueirando escondidos. Mas não é suficiente retrocedermos com o registro fóssil ou molecular apenas até o LUCA, o Último Ancestral Comum (da sigla em inglês). É preciso ir até a origem da vida em si. Como a vida surgiu? Como era o ambiente que propiciou esse acontecimento? Como acabamos tendo um planeta habitável? Ao final, como foi a origem e evolução de nosso Sistema Solar, galáxia, elementos biogênicos, de agora até o Big Bang? A questão “Para onde vamos” costuma ser ignorada em muitos programas de astrobiologia, mas, na verdade, é a que tem maior importância imediata para todos nós. Enquanto o passado foi dominado por processos físicos e químicos, além de interações entre organismos, o futuro tem um novo grande jogador: nós. Apesar de (ainda) não termos a capacidade de impedir que nossa galáxia colida com outra, reiniciar a evolução do Sol ou parar a Lua em seu lento movimento de afastamento, todos esses fenômenos irão influenciar o futuro da vida na Terra. Nós já provamos que somos capazes de visitar outros corpos do Sistema Solar, com astronau- tas ou substitutos robóticos. Estamos alterando nossa composição atmosférica, e, em consequência, nosso clima. Temos o poder de extinguir espécies, inclusive a nossa própria. Mas também temos o poder para usar essas ferramentas científicas e tecnológicas para o bem comum, para estender nossa expectativa de vida e proteger nossos rios e florestas. Qual será nossa escolha? E ainda há a questão na qual a ficção científica vira realidade: “Estamos sozinhos?” Enquanto muitas pessoas estão ansiosas por encontrar sinais de vida inteligente extraterrestre, essa criatura pode não compartilhar de nossa curiosidade ou valores. Mas e se houvesse uma civilização alienígena benevolente que pudesse se comunicar conosco, talvez com mútuo entendimento? O mais provável, em um futuro próximo, é a descoberta de uma forma de vida microscópica, menos evoluída que a terrestre. Note que eu não usei o termo “simples” para esse tipo de vida, pois não há 7 ASTROBIOLOGIA – Uma Ciência Emergente nada de “simples” na vida, seja ela qual for. O que nos trás de vol- ta à pergunta: o que é vida? Nesse contexto, onde entra o Brasil? Por quase uma década, tenho conhecimento do interesse em criar um programa de pesquisa em astrobiologia no país, após uma reunião para a qual fui convidada, organizada pelo Grupo de Pesquisa em Astrobiologia do CNPq, durante a Assembleia Geral da IAU (União Astronômica Internacional) no Rio de Janeiro, em 2009. Após esse evento, to- mei conhecimento e participei de vários workshops sobre o tema no Brasil, culminando com a filiação do país como parceiro internacional do NASA Astrobiology Institute (NAI), em 2011. Cada vez que vou ao Brasil, fico impressionada com o entusiasmo da comu- nidade, tanto de cientistas como estudantes, sendo os últimos uma grande promessa para o futuro da astrobiologia no país. Novas instalações de pesquisa estão sendo construídas, para complemen- tar os laboratórios que o Brasil já possuía. No meu próprio labora- tório, nos Estados Unidos, fui privilegiada por ter um maravilhoso pós-doutorando brasileiro, Dr. Ivan Paulino-Lima, que é meu lem- brete diário do programa bem-sucedido em desenvolvimento no país. Eu me sinto honrada de ser parte desse processo, e espero que essa colaboração e relacionamento duradouros continuem a florescer. Novos conhecimentos, a reorganização dos conhecimentos atuais e novas missões espaciais são claramente necessários para o avanço da astrobiologia. Para ajudar o leitor a colaborar nessa busca, o que se segue é uma coletânea de tópicos que o permiti- rão degustar da riqueza dessa área de pesquisa. E, como em uma refeição fabulosa, deve deixá-lo com vontade de mais. Bem-vindo à astrobiologia! Tradução de Douglas Galante Lynn J. Rothschild, Ph.D. Cientista Sênior, Nasa Ames Research Center 8 APRESENTAÇÃO Alvorecer no terceiro planeta Já houve um tempo em que o Universo foi pequeno. De bolso, quase. Menos de 2 mil anos atrás, o célebre astrônomo Ptolomeu de Alexandria teve a ousadia de estimar o tamanho do Cosmo e calculou que os objetos mais distantes – as estrelas de fundo que vemos no céu todas as noites – estavam a cerca de 130 milhões de quilômetros de nós. Pode parecer grande pelas nossas medidas cotidianas, mas na verdade era uma visão extremamente modesta do Universo. Hoje, sabemos que, numa esfera desse tamanho, não conseguiríamos acomodar nem mesmo a órbita da Terra em torno do Sol, com raio de aproximadamente 150 milhões de quilômetros (medida que os astrônomos definiram como a unidade astronômi- ca, UA). Conforme abandonamos o que diziam nossas intuições e nossos preconceitos acerca de como achamos que o Universo deveria 9 ASTROBIOLOGIA – Uma Ciência Emergente ser, descobrimos que a escala cósmica era muito maior.

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