A fosfina está entre os gases mais fedorentos e tóxicos da Terra, encontrados em alguns dos lugares mais sujos, incluindo esterco de pinguim, profundezas de pântanos, e até nas entranhas de alguns texugos e peixes. Esse “gás do pântano” pútrido também é altamente inflamável e reativo às partículas da nossa atmosfera.
A maior parte da vida na Terra, especificamente toda a vida aeróbica e que respira oxigênio, não depende da fosfina para sobreviver.
Agora, os 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 nenhuma outra maneira, exceto por esses organismos extremos, avessos ao oxigênio, tornando a fosfina uma pura bioassinatura – 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. Esse padrão seria claro o suficiente para detectar 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 principal autora Clara Sousa-Silva, 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 produzidas 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, a classe de 1941 Professor de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, bem como Renyu Hu na Caltech.
Barrigas gigantes
Sousa-Silva e seus colegas estão montando um banco de dados de impressões digitais para moléculas que podem ser bioassinaturas em potencial. 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 alguma delas na atmosfera de um exoplaneta, ainda não saberiam se as moléculas eram um sinal de vida ou algo mais.
Mas com o novo artigo de Sousa-Silva, os cientistas podem confiar na interpretação de pelo menos uma molécula: fosfina. A principal conclusão do artigo é que, se a fosfina for detectada em um planeta rochoso próximo, esse planeta deve estar abrigando vida de algum tipo.
Os pesquisadores não chegaram a essa conclusão de ânimo leve. Nos últimos 10 anos, Sousa-Silva dedicou seu trabalho a caracterizar totalmente o gás venenoso e sujo, primeiro decifrando metodicamente as propriedades da fosfina e como ela é quimicamente distinta de outras moléculas.
Nos anos 70, a fosfina foi descoberta nas atmosferas de Júpiter e Saturno – gigantes gasosos imensamente quentes. Os cientistas supuseram que a molécula foi espontaneamente jogada dentro das barrigas desses gigantes gasosos e, como Sousa-Silva descreve, “violentamente destruída por enormes tempestades convectivas do tamanho de um planeta”.
Ainda assim, pouco se sabia sobre a fosfina, e Sousa-Silva dedicou seu trabalho de pós-graduação na University College de Londres a determinar a impressão digital espectral da fosfina. Em seu trabalho de tese, ela estabeleceu os comprimentos de onda exatos da luz que a fosfina deveria absorver, e isso estaria ausente em qualquer dado atmosférico se o gás estivesse presente.
Durante seu doutorado, ela começou a se perguntar: a fosfina poderia ser produzida não apenas nos ambientes extremos de gigantes gasosos, mas também pela vida na Terra? No MIT, Sousa-Silva e seus colegas começaram a responder a essa pergunta.
“Então, começamos a coletar todas as menções de fosfina que são detectadas em qualquer lugar da Terra, e acontece que em qualquer lugar onde não há oxigênio, há fosfina, como pântanos, sedimentos de lagos e peidos de intestinos”, diz Sousa -Silva. “De repente, tudo o que fez sentido: é uma molécula realmente tóxica para qualquer coisa que libere oxigênio. Mas, para uma vida que não gosta de oxigênio, parece ser uma molécula muito útil”.
“Nada além da vida”
A percepção de que a fosfina está associada à vida anaeróbica foi uma pista da molécula que poderia ser uma bioassinatura viável. Mas, com certeza, o grupo teve que descartar qualquer possibilidade de que o fosfina pudesse ser usado por outra coisa que não existe na vida. Para fazer isso, eles passaram os últimos anos usando muitas espécies de fósforo, ou um componente essencial da fosfina, através 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 (significando não de geração de vida).
A fosfina é uma molécula feita de um átomo de fósforo e três átomos de hidrogênio, que normalmente não preferem se unir. É necessária uma quantidade enorme de energia, como nos ambientes extremos de Júpiter e Saturno, para esmagar os átomos com força suficiente para superar sua aversão natural. Os pesquisadores descobriram as vias químicas e a termodinâmica envolvidas em vários cenários na Terra para ver se eles poderiam produzir energia suficiente para transformar o fósforo em fosfina.
“Em algum momento, é possível analisar um mecanismo cada vez menos plausível, como placas tectônicas que são esfregadas umas contra outras, você pode obter uma amostra de plasma que gerava fosfina? teor de fósforo?” , isso poderia gerar um impacto na produção de fosfina? E passamos vários anos nesse processo para descobrir que nada além da vida produziu detectáveis de fosfina”.
Eles descobriram que um fosfina não possui efeitos positivos positivos, ou que significa que qualquer detecção de fosfina é um sinal claro de vida. Os pesquisadores então exploraram se a molécula poderia ser detectável na atmosfera de um exoplaneta. Eles simulam uma atmosfera de exoplanetas terrestres idealizados, pobres em oxigênio e dois tipos: atmosferas ricas em hidrogênio e ricas em dióxido de carbono. Eles são alimentados com alterações diferentes nas taxas de produção de fosfina e extrapoladas como seria ou espectro de luz de uma atmosfera específica, dada uma certa taxa de produção de fosfina.
Eles descobriram que, se um fosfato for usado em quantidades reduzidas, o equivalente a menos de metano usado no Terra hoje, produzirá um sinal na atmosfera que seria clara ou suficiente para ser detectado por um observatório avançado como o próximo telescópio Espacial James Webb, se esse for o mundo estar a 5 parsecs, ou a cerca de 16 anos-luz da Terra – uma área do espaço que cobre uma multidão de estrelas, provavelmente hospedando planetas rochosos. Sousa-Silva diz que, além de definir um tipo de bioassinatura viável em busca de vida extraterrestre, os resultados do grupo são usados para um pipeline ou processo para os pesquisadores seguirem a caracterização de outros 16.000 candidatos a bioassinatura.
“Acho que a comunidade precisa investir na filtragem desses candidatos para algum tipo de prioridade”, diz ela. “Mesmo que algumas dessas moléculas sejam realmente fracos, pode determinar que apenas a vida pode emitir esse sinal, sinto que é uma mina de ouro”.