Vida estranha: A vida poderia ser baseada em silício?
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| Hipotética forma de vida baseada em silício (Imagem gerada por IA - Salvador Daqui em NightCafé Studio) |
por John Millam e Ken Klos
30 de abril de 2015
Poderia a vida alienígena ser baseada no elemento silício em vez de carbono? Essa ideia tem sido proposta com seriedade na literatura científica há mais de um século. Não é de surpreender, portanto, que a vida baseada em silício também tenha sido um tema recorrente na ficção científica.
Por exemplo, a franquia Jornada nas Estrelas apresenta os tholianos, criaturas que parecem ser compostas de minerais cristalinos, como quartzo (dióxido de silício). Os tholianos requerem temperaturas altíssimas (207 °C/404 °F) e sofrem, e até morrem, em condições substancialmente mais frias. Mesmo os microrganismos mais resistentes conhecidos morreriam rapidamente em temperaturas tão escaldantes. [1]
Os tholianos refletem a especulação popular de que poderia haver vida extraterrestre radicalmente diferente de tudo o que se conhece atualmente (a vida na Terra é exclusivamente baseada em carbono). Nos referimos a todos esses organismos não convencionais como "vida estranha". No início desta semana, discutimos as propriedades que tornam o carbono uma base ideal para a química da vida. Agora, nos voltamos para o silício para determinar se ele também poderia fornecer uma base adequada para a química da vida. (Para mais detalhes, consulte nosso artigo.)
Vida Baseada em Silício?
Os cientistas há muito consideram o silício o principal candidato a hospedar vida não baseada em carbono. Como o silício está localizado logo abaixo do carbono na tabela periódica, ele compartilha uma série de características úteis do carbono. Assim como o carbono, o silício tem a capacidade de formar até quatro ligações simples, permitindo-lhe formar uma ampla gama de moléculas. Além disso, muitos compostos de silício são capazes de suportar temperaturas mais altas do que os compostos de carbono típicos; portanto, hipoteticamente, a vida baseada em silício, como os fictícios tholianos, poderia prosperar em planetas extremamente quentes.
O silício também é bom em autoligação (ligação direta a outros átomos de silício), embora em um grau consideravelmente menor do que o carbono. Isso lhe permite formar cadeias, cadeias ramificadas e estruturas em anel semelhantes às do carbono. Outra vantagem do silício é sua abundância — ele compõe 28% da crosta terrestre (perdendo apenas para o oxigênio) — tornando-o aproximadamente 1.000 vezes mais abundante que o carbono. Ao contrário do carbono, grandes quantidades de silício provavelmente estão presentes na maioria dos pequenos planetas rochosos.
Vida Baseada em Silício “Simples”
Uma característica que domina a química do silício é a capacidade do silício de se ligar fortemente ao oxigênio, mas apenas fracamente a outros átomos de silício. Por isso, trataremos os óxidos de silício como um caso especial (veja abaixo). Aqui, examinaremos o silício "simples" (ou seja, moléculas com silício ligado a outros elementos além do oxigênio).
O silício puro é uma perspectiva atraente para a construção de organismos, pois suporta muitas estruturas análogas às encontradas pelos cientistas na bioquímica baseada em carbono. No entanto, vários problemas críticos estão associados às propriedades químicas do silício.
Apesar de algumas capacidades promissoras, o silício simples é muito limitado.
Vida Baseada em Óxidos de Silício
Os óxidos de silício evitam várias das armadilhas do silício puro. Primeiro, os óxidos de silício são ideais para temperaturas muito altas (acima de 1000 °C/1800 °F), como seria de se esperar em um planeta muito próximo de sua estrela. Segundo, eles formam estruturas quase sempre altamente estáveis. Terceiro, geralmente não são vulneráveis a oxigênio ou água. Essas características parecem ótimas, mas a química do óxido de silício também apresenta algumas deficiências.
Com base nessas deficiências, descobrimos que a vida baseada em óxidos de silício é ainda mais problemática do que a do silício simples.
Conclusões
Que conclusões podemos tirar dessas informações? Primeiro, o silício é muito menos versátil que o carbono. Para efeito de comparação, os químicos atualmente reconhecem apenas cerca de 20.000 compostos de silício. Em contraste, sabe-se que o carbono forma cerca de 10 milhões de compostos com potencial para formar um número praticamente ilimitado. Portanto, o silício é pelo menos 500 vezes menos versátil que o carbono, o que representa uma enorme deficiência para a química da vida. Segundo, o silício puro é muito reativo para formar uma base estável para a vida, enquanto os óxidos de silício são muito estáveis e formam estruturas cristalinas extremamente duradouras, como rochas, em vez de estruturas poliméricas úteis. Por último, e mais significativo, o silício é muito mais limitado que o carbono em sua capacidade de formar as longas cadeias necessárias para moléculas complexas que armazenam informações (como o DNA) exigidas por qualquer organismo concebível. Em conjunto, é improvável que o silício cumpra todas as funções necessárias para a vida, mesmo a vida unicelular.
Desculpe, fãs de ficção científica, mas, como químicos, podemos dizer com segurança que os tholianos e outras formas de vida baseadas em silício só existem em nossa imaginação.
Escritores convidados
Dr. John Millam
O Dr. John Millam recebeu seu doutorado em química teórica pela Rice University, em 1997, e atualmente atua como programador na Semichem em Kansas City.
Ken Klos
O Sr. Ken Klos recebeu seu mestrado em estudos ambientais pela Universidade da Flórida em 1971 e trabalhou como engenheiro ambiental/civil para o estado da Flórida.
Nota de Fim
30 de abril de 2015
Poderia a vida alienígena ser baseada no elemento silício em vez de carbono? Essa ideia tem sido proposta com seriedade na literatura científica há mais de um século. Não é de surpreender, portanto, que a vida baseada em silício também tenha sido um tema recorrente na ficção científica.
Por exemplo, a franquia Jornada nas Estrelas apresenta os tholianos, criaturas que parecem ser compostas de minerais cristalinos, como quartzo (dióxido de silício). Os tholianos requerem temperaturas altíssimas (207 °C/404 °F) e sofrem, e até morrem, em condições substancialmente mais frias. Mesmo os microrganismos mais resistentes conhecidos morreriam rapidamente em temperaturas tão escaldantes. [1]
Os tholianos refletem a especulação popular de que poderia haver vida extraterrestre radicalmente diferente de tudo o que se conhece atualmente (a vida na Terra é exclusivamente baseada em carbono). Nos referimos a todos esses organismos não convencionais como "vida estranha". No início desta semana, discutimos as propriedades que tornam o carbono uma base ideal para a química da vida. Agora, nos voltamos para o silício para determinar se ele também poderia fornecer uma base adequada para a química da vida. (Para mais detalhes, consulte nosso artigo.)
Vida Baseada em Silício?
Os cientistas há muito consideram o silício o principal candidato a hospedar vida não baseada em carbono. Como o silício está localizado logo abaixo do carbono na tabela periódica, ele compartilha uma série de características úteis do carbono. Assim como o carbono, o silício tem a capacidade de formar até quatro ligações simples, permitindo-lhe formar uma ampla gama de moléculas. Além disso, muitos compostos de silício são capazes de suportar temperaturas mais altas do que os compostos de carbono típicos; portanto, hipoteticamente, a vida baseada em silício, como os fictícios tholianos, poderia prosperar em planetas extremamente quentes.
O silício também é bom em autoligação (ligação direta a outros átomos de silício), embora em um grau consideravelmente menor do que o carbono. Isso lhe permite formar cadeias, cadeias ramificadas e estruturas em anel semelhantes às do carbono. Outra vantagem do silício é sua abundância — ele compõe 28% da crosta terrestre (perdendo apenas para o oxigênio) — tornando-o aproximadamente 1.000 vezes mais abundante que o carbono. Ao contrário do carbono, grandes quantidades de silício provavelmente estão presentes na maioria dos pequenos planetas rochosos.
Vida Baseada em Silício “Simples”
Uma característica que domina a química do silício é a capacidade do silício de se ligar fortemente ao oxigênio, mas apenas fracamente a outros átomos de silício. Por isso, trataremos os óxidos de silício como um caso especial (veja abaixo). Aqui, examinaremos o silício "simples" (ou seja, moléculas com silício ligado a outros elementos além do oxigênio).
O silício puro é uma perspectiva atraente para a construção de organismos, pois suporta muitas estruturas análogas às encontradas pelos cientistas na bioquímica baseada em carbono. No entanto, vários problemas críticos estão associados às propriedades químicas do silício.
- A ligação silício-silício é fraca. Por isso, os compostos de silício são tipicamente menos estáveis do que os compostos de carbono correspondentes.
- O silício não possui ligações múltiplas fortes. Essa característica limita bastante o número e os tipos de moléculas que o silício pode formar em comparação com o carbono.
- O silício puro é altamente reativo. Os compostos de silício são geralmente mais reativos do que seus equivalentes à base de carbono e, portanto, tornam a construção e a manutenção de biomoléculas mais desafiadoras.
- O silício puro é suscetível à oxidação. Devido à preferência do silício por se ligar ao oxigênio, a bioquímica do silício provavelmente exigiria um ambiente livre de oxigênio e água, o que é uma limitação bastante restritiva.
- As ligações silício-hidrogênio são instáveis. Átomos de hidrogênio ligados a átomos de silício são altamente reativos e tendem a desestabilizar a molécula.
- O silício tem limitações na formação de estruturas de cadeia longa. Ele é capaz de se ligar para formar cadeias e estruturas em anel como o carbono, mas em uma extensão muito menor. Ele pode formar alguns polímeros simples monótonos {homopolímeros} de grande comprimento, mas estes provavelmente não são biologicamente úteis.
Apesar de algumas capacidades promissoras, o silício simples é muito limitado.
Vida Baseada em Óxidos de Silício
Os óxidos de silício evitam várias das armadilhas do silício puro. Primeiro, os óxidos de silício são ideais para temperaturas muito altas (acima de 1000 °C/1800 °F), como seria de se esperar em um planeta muito próximo de sua estrela. Segundo, eles formam estruturas quase sempre altamente estáveis. Terceiro, geralmente não são vulneráveis a oxigênio ou água. Essas características parecem ótimas, mas a química do óxido de silício também apresenta algumas deficiências.
- Os óxidos de silício formam estruturas cristalinas em vez de polímeros. As formas mais comuns de óxidos de silício na Terra são rochas de silicato. Essas estruturas cristalinas são pouco adequadas para a construção de biomoléculas complexas.
- Eles são muito estáveis. Essa estabilidade dificulta a participação dos óxidos de silício em reações metabólicas.
- Eles são inacessíveis no ambiente. Dada a força das ligações silício-oxigênio, uma vez formados, os óxidos de silício tendem a permanecer presos nessa configuração.
- Os subprodutos seriam difíceis de eliminar. O dióxido de silício (um sólido) provavelmente seria um subproduto do metabolismo baseado em óxido de silício, assim como o dióxido de carbono é um subproduto do metabolismo baseado em carbono. A vida avançada baseada em óxido de silício teria dificuldade em excretar esse subproduto sólido com eficiência. Certamente seria mais desafiador do que exalar um gás como o dióxido de carbono.
- As reações são muito rápidas. Elas ocorrem mais rapidamente em temperaturas mais altas. Dadas as altas temperaturas exigidas pela química do óxido de silício, reações críticas à vida ocorreriam tão rapidamente que seria extremamente difícil para os organismos controlá-las.
- Falta de um solvente adequado. A vida requer um meio líquido no qual as principais reações químicas possam ocorrer. É difícil imaginar uma substância capaz de permanecer líquida em temperaturas extremas e ainda assim suportar as reações bioquímicas necessárias para a vida à base de silício.
Com base nessas deficiências, descobrimos que a vida baseada em óxidos de silício é ainda mais problemática do que a do silício simples.
Conclusões
Que conclusões podemos tirar dessas informações? Primeiro, o silício é muito menos versátil que o carbono. Para efeito de comparação, os químicos atualmente reconhecem apenas cerca de 20.000 compostos de silício. Em contraste, sabe-se que o carbono forma cerca de 10 milhões de compostos com potencial para formar um número praticamente ilimitado. Portanto, o silício é pelo menos 500 vezes menos versátil que o carbono, o que representa uma enorme deficiência para a química da vida. Segundo, o silício puro é muito reativo para formar uma base estável para a vida, enquanto os óxidos de silício são muito estáveis e formam estruturas cristalinas extremamente duradouras, como rochas, em vez de estruturas poliméricas úteis. Por último, e mais significativo, o silício é muito mais limitado que o carbono em sua capacidade de formar as longas cadeias necessárias para moléculas complexas que armazenam informações (como o DNA) exigidas por qualquer organismo concebível. Em conjunto, é improvável que o silício cumpra todas as funções necessárias para a vida, mesmo a vida unicelular.
Desculpe, fãs de ficção científica, mas, como químicos, podemos dizer com segurança que os tholianos e outras formas de vida baseadas em silício só existem em nossa imaginação.
Escritores convidados
Dr. John Millam
O Dr. John Millam recebeu seu doutorado em química teórica pela Rice University, em 1997, e atualmente atua como programador na Semichem em Kansas City.
Ken Klos
O Sr. Ken Klos recebeu seu mestrado em estudos ambientais pela Universidade da Flórida em 1971 e trabalhou como engenheiro ambiental/civil para o estado da Flórida.
Nota de Fim
- Atualmente, uma bactéria hipertermofílica detém o recorde de temperatura mais alta (122 °C/252 °F) na qual um microrganismo pode viver e ainda ser capaz de se reproduzir.
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Traduzido de Weird Life: Could Life Be Based on Silicon? (RTB)
Leia também A vida poderia ser baseada em silício?
Etiquetas:
origem da vida - naturalismo
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