À medida que telescópios novos e mais poderosos piscarem nos próximos anos, astrônomos serão capazes de mirar os megacópios em exoplanetas próximos, perscrutando suas atmosferas para decifrar sua composição e procurar sinais de vida extraterrestre. Mas imagine se, em nossa busca, encontramos organismos estranhos, mas não os reconhecemos como vida real.

Essa é uma perspectiva que astrônomos como Sara Seager esperam evitar. Seager, a classe de 1941, professor de ciências planetárias, Física, e Aeronáutica e Astronáutica no MIT, está olhando para além de uma visão "centrada no terreno" da vida e lançando uma rede mais ampla de que tipos de ambientes além do nosso podem realmente ser habitáveis.

Em um artigo publicado hoje na revista Astronomia da Natureza , ela e seus colegas observaram em estudos de laboratório que os micróbios podem sobreviver e prosperar em atmosferas dominadas por hidrogênio - um ambiente muito diferente da atmosfera rica em nitrogênio e oxigênio da Terra.

O hidrogênio é um gás muito mais leve do que o nitrogênio ou o oxigênio, e uma atmosfera rica em hidrogênio se estenderia muito mais longe de um planeta rochoso. Ele poderia, portanto, ser mais facilmente localizado e estudado por telescópios poderosos, em comparação com planetas mais compactos, Atmosferas semelhantes às da Terra.

Os resultados de Seager mostram que formas simples de vida podem habitar planetas com atmosferas ricas em hidrogênio, sugerindo que, assim que os telescópios da próxima geração, como o James Webb Space Telescope da NASA, começarem a operar, astrônomos podem querer pesquisar primeiro exoplanetas dominados por hidrogênio em busca de sinais de vida.

"Há uma diversidade de mundos habitáveis ​​lá fora, e confirmamos que a vida baseada na Terra pode sobreviver em atmosferas ricas em hidrogênio, "Seager diz." Devemos definitivamente adicionar esses tipos de planetas ao menu de opções ao pensar na vida em outros mundos, e realmente tentando encontrá-lo. "

Os co-autores do MIT de Seager no artigo são Jingcheng Huang, Janusz Petkowski, e Mihkel Pajusalu.

Atmosfera em evolução

No início da Terra, bilhões de anos atrás, a atmosfera parecia bem diferente do ar que respiramos hoje. O planeta infantil ainda não hospedava oxigênio, e era composto de uma sopa de gases, incluindo dióxido de carbono, metano, e uma fração muito pequena de hidrogênio. O gás hidrogênio permaneceu na atmosfera por possivelmente bilhões de anos, até o que é conhecido como o Grande Evento de Oxidação, e o acúmulo gradual de oxigênio.

A pequena quantidade de hidrogênio que resta hoje é consumida por certas linhagens antigas de microrganismos, incluindo metanógenos - organismos que vivem em climas extremos, como nas profundezas do gelo, ou em solo desértico, e devorar hidrogênio, junto com o dióxido de carbono, para produzir metano.

Os cientistas estudam rotineiramente a atividade de metanógenos cultivados em condições de laboratório com 80 por cento de hidrogênio. Mas existem poucos estudos que exploram a tolerância de outros micróbios a ambientes ricos em hidrogênio.

"Queríamos demonstrar que a vida sobrevive e pode crescer em uma atmosfera de hidrogênio, "Seager diz.

Um headspace de hidrogênio

A equipe foi ao laboratório para estudar a viabilidade de dois tipos de micróbios em um ambiente com 100% de hidrogênio. Os organismos que eles escolheram foram as bactérias Escherichia coli, um procarioto simples, e fermento, um eucarioto mais complexo, que não havia sido estudado em ambientes dominados por hidrogênio.

Ambos os micróbios são organismos modelo padrão que os cientistas há muito estudam e caracterizam, que ajudou os pesquisadores a projetar seu experimento e compreender seus resultados. O que mais, E.coli e levedura podem sobreviver com e sem oxigênio - um benefício para os pesquisadores, já que eles poderiam preparar seus experimentos com qualquer um dos organismos ao ar livre antes de transferi-los para um ambiente rico em hidrogênio.

Em seus experimentos, eles cultivaram separadamente culturas de levedura e E. coli, em seguida, injetou as culturas com os micróbios em frascos separados, preenchido com um "caldo, "ou cultura rica em nutrientes da qual os micróbios poderiam se alimentar. Eles então liberaram o ar rico em oxigênio das garrafas e preencheram o" espaço vazio "restante com um certo gás de interesse, como um gás de 100 por cento de hidrogênio. Eles então colocaram as garrafas em uma incubadora, onde foram agitados suave e continuamente para promover a mistura entre os micróbios e os nutrientes.

Toda hora, um membro da equipe coletou amostras de cada garrafa e contou os micróbios vivos. Eles continuaram a amostrar por até 80 horas. Seus resultados representaram uma curva de crescimento clássica:no início do ensaio, os micróbios cresceram rapidamente em número, alimentando-se dos nutrientes e povoando a cultura. Eventualmente, o número de micróbios se estabilizou. A população, ainda prosperando, era estável, à medida que novos micróbios continuaram a crescer, substituindo aqueles que morreram.

Seager reconhece que os biólogos não consideram os resultados surpreendentes. Afinal, hidrogênio é um gás inerte, e, como tal, não é inerentemente tóxico para os organismos.

"Não é como se tivéssemos enchido o espaço da cabeça com um veneno, "Seager diz." Mas ver para crer, direito? Se ninguém nunca os estudou, especialmente eucariotos, em um ambiente dominado por hidrogênio, você gostaria de fazer o experimento para acreditar. "

Ela também deixa claro que o experimento não foi projetado para mostrar se os micróbios podem depender do hidrogênio como fonte de energia. Em vez, o objetivo era demonstrar que uma atmosfera de 100% de hidrogênio não prejudicaria ou mataria certas formas de vida.

"Não acho que ocorreu aos astrônomos que poderia haver vida em um ambiente de hidrogênio, "diz Seager, que espera que o estudo incentive o diálogo cruzado entre astrônomos e biólogos, particularmente como a busca por planetas habitáveis, e vida extraterrestre, aumenta.

Um mundo de hidrogênio

Os astrônomos não são muito capazes de estudar as atmosferas de pequenas, exoplanetas rochosos com as ferramentas disponíveis hoje. Os poucos, planetas rochosos próximos que eles examinaram não têm atmosfera ou podem simplesmente ser pequenos demais para serem detectados com os telescópios atualmente disponíveis. E embora os cientistas tenham a hipótese de que os planetas deveriam abrigar atmosferas ricas em hidrogênio, nenhum telescópio funcional tem resolução para localizá-los.

Mas, se os observatórios da próxima geração identificarem esses mundos terrestres dominados por hidrogênio, Os resultados de Seager mostram que existe uma chance de que a vida prospere internamente.

Quanto ao que é rochoso, planeta rico em hidrogênio pareceria, ela invoca uma comparação com o pico mais alto da Terra, Monte Everest. Os caminhantes que tentam caminhar até o cume ficam sem ar, devido ao fato de que a densidade de todas as atmosferas caem exponencialmente com a altura, e com base na distância de queda para nossa atmosfera dominada por nitrogênio e oxigênio. Se um caminhante escalasse o Everest em uma atmosfera dominada por hidrogênio - um gás 14 vezes mais leve que o nitrogênio -, ele seria capaz de escalar 14 vezes mais alto antes de ficar sem ar.

"É meio difícil entender, mas esse gás leve apenas torna a atmosfera mais expansiva, "Seager explica." E para telescópios, quanto maior for a atmosfera em comparação com o pano de fundo da estrela de um planeta, mais fácil de detectar. "

Se os cientistas tiverem a chance de amostrar um planeta tão rico em hidrogênio, Seager imagina que eles podem descobrir uma superfície diferente, mas não irreconhecível do nosso.

"Estamos imaginando que se você perfurar a superfície, provavelmente teria minerais ricos em hidrogênio, em vez do que chamamos de oxidados, e também oceanos, como pensamos que toda a vida precisa de algum tipo de líquido, e você provavelmente ainda pode ver um céu azul, "Seager diz." Não pensamos sobre todo o ecossistema. Mas não precisa necessariamente ser um mundo diferente. "