Traçando uma linha de volta à origem da vida:a grafitização pode fornecer a simplicidade que os cientistas procuram
Uma representação esquemática do cenário que propomos aqui para a produção limpa e de alto rendimento de matéria-prima prebiótica. Os eventos se movem no sentido horário a partir do canto superior esquerdo:Primeiro, a Terra tem uma atmosfera neutra. Isto é reduzido após um impacto gigante de 4,3 Ga pela oxidação do núcleo de metal do impactador para produzir um enorme H2 atmosfera com metano e amônia significativos. Esta atmosfera esfria rapidamente (em <1 kyr), com a fotoquímica produzindo uma névoa rica em tolina que deposita compostos orgânicos complexos ricos em nitrogênio. Esses produtos orgânicos tornam-se progressivamente soterrados e grafitados pela interação com o magma. A atmosfera clareia como H2 é perdido no espaço e torna-se neutro novamente. Finalmente, os gases magmáticos interagem com o grafite e são purificados para produzir altos rendimentos de HCN limpo, HC3 N e isonitrilas. Crédito:Oliver Shorttle Cientistas da Universidade de Cambridge sugerem que moléculas, vitais para o desenvolvimento da vida, poderiam ter se formado a partir de um processo conhecido como grafitização. Uma vez verificado em laboratório, poderá permitir-nos tentar recriar condições plausíveis para o surgimento da vida.
Como chegaram lá os produtos químicos necessários à vida? Há muito se debate como surgiram as condições aparentemente fortuitas para a vida na natureza, com muitas hipóteses chegando a becos sem saída. No entanto, investigadores da Universidade de Cambridge modelaram agora como estas condições poderiam ocorrer, produzindo os ingredientes necessários à vida em quantidades substanciais.
A vida é governada por moléculas chamadas proteínas, fosfolipídios e nucleotídeos. Pesquisas anteriores sugerem que moléculas úteis contendo nitrogênio, como nitrilas – cianoacetileno (HC3 N) e cianeto de hidrogênio (HCN) - e isonitrilas - isocianeto (HNC) e isocianeto de metila (CH3 NC) – poderia ser usado para criar esses blocos de construção da vida. Até o momento, porém, não houve uma maneira clara de produzir tudo isso no mesmo ambiente em quantidades substanciais.
Em um estudo recente publicado na Life , o grupo descobriu agora que, através de um processo conhecido como grafitização, quantidades significativas dessas moléculas úteis podem ser teoricamente produzidas. Se o modelo puder ser verificado experimentalmente, isto sugere que o processo foi um passo provável para a Terra primitiva na sua jornada em direção à vida.
Por que é mais provável que este processo tenha ocorrido do que outros?
Grande parte do problema dos modelos anteriores é que uma gama de outros produtos é criada junto com os nitrilos. Isso cria um sistema confuso que dificulta a formação da vida.
“Uma grande parte da vida é a simplicidade”, disse o Dr. Paul Rimmer, professor assistente de Astrofísica Experimental no Laboratório Cavendish e co-autor do estudo. "É ordem. É encontrar uma maneira de se livrar de parte da complexidade, controlando o que a química pode acontecer."
Não esperamos que a vida seja produzida num ambiente confuso. Então, o que é fascinante é como a própria grafitização limpa o meio ambiente, já que o processo cria exclusivamente essas nitrilas e isonitrilas, com produtos secundários em sua maioria inertes.
"No início, pensamos que isso iria estragar tudo, mas na verdade torna tudo muito melhor. Limpa a química", disse Rimmer.
Isso significa que a grafitização pode fornecer a simplicidade que os cientistas procuram e o ambiente limpo necessário para a vida.
Como funciona o processo?
O éon Hadeano foi o período mais antigo da história da Terra, quando a Terra era muito diferente da nossa Terra moderna. Impactos com detritos, às vezes do tamanho de planetas, não eram inéditos. O estudo teoriza que quando a Terra primitiva foi atingida por um objeto aproximadamente do tamanho da Lua, há cerca de 4,3 mil milhões de anos, o ferro que continha reagiu com a água na Terra.
"Algo do tamanho da Lua atingiu a Terra primitiva e teria depositado uma grande quantidade de ferro e outros metais", disse o co-autor Dr. Oliver Shorttle, professor de filosofia natural no Instituto de Astronomia e Departamento de Ciências da Terra em Cambridge.
Os produtos da reação ferro-água condensam-se em alcatrão na superfície da Terra. O alcatrão então reage com o magma a mais de 1.500°C e o carbono no alcatrão se transforma em grafite – uma forma de carbono altamente estável – e o que usamos nas grafites modernas.
"Uma vez que o ferro reage com a água, forma-se uma névoa que teria se condensado e se misturado com a crosta terrestre. Após o aquecimento, o que resta são, vejam só, os compostos úteis contendo nitrogênio", disse Shorttle.
Que evidências existem para apoiar esta ideia?
A evidência que apoia esta teoria vem em parte da presença de rochas komatíticas. Komatiita é um tipo de rocha vulcânica que se forma quando o magma muito quente (>1500°C) esfria.
"A komatiita foi originalmente encontrada na África do Sul. As rochas datam de cerca de 3,5 bilhões de anos atrás", disse Shorttle. "Crucialmente, sabemos que estas rochas só se formam a temperaturas escaldantes, por volta de 1700°C. Isso significa que o magma já estaria quente o suficiente para aquecer o alcatrão e criar os nossos nitrilos úteis."
Com a ligação confirmada, os autores sugerem que os compostos contendo azoto seriam produzidos através deste método – uma vez que vemos komatiite, sabemos que a temperatura do magma na Terra primitiva por vezes deve ter sido superior a 1500°C.
Agora os experimentos devem tentar recriar essas condições em laboratório e estudar se a água, que está inevitavelmente no sistema, consome os compostos de nitrogênio, quebrando-os.
“Embora não tenhamos certeza de que essas moléculas deram origem à vida na Terra, sabemos que os blocos de construção da vida devem ser feitos de moléculas que sobreviveram na água”, disse Rimmer. “Se experimentos futuros mostrarem que todos os nitrilos se desintegram, então teremos que procurar uma maneira diferente”.
