Vida estranha: A vida poderia ser baseada em outro líquido?

Ser alienígena vivendo em um mundo líquido (Imagem gerada por IA - Salvador Daqui em NightCafé Studio)

por Ken Clos e John Millam
2 de julho de 2015

O programa de televisão de ficção científica Babylon 5 apresentou uma estação espacial gigante onde humanos e alienígenas pudessem se encontrar em paz. O projeto da estação homônima precisava ser capaz de suportar raças alienígenas cujo habitat natural fosse drasticamente diferente do dos humanos. Alguns alienígenas respiravam gases diferentes do oxigênio, outros precisavam de temperaturas mais altas ou mais baixas e outros ainda exigiam maior ou menor gravidade. Essa característica de Babylon 5 reflete nossa compreensão de que planetas fora do nosso sistema solar apresentam uma ampla variedade de condições ambientais diferentes. Uma possibilidade que a série nunca explorou explicitamente é a de alienígenas exóticos com corpos dependentes de um líquido diferente da água.

Embora as raças alienígenas de Babylon 5 fossem fictícias, muitas pessoas acreditam que seres extraterrestres existem e que alguns deles podem ser verdadeiramente "estranhos". Nesse contexto, vida estranha refere-se a organismos hipotéticos que utilizam bioquímicas radicalmente diferentes de tudo o que se conhece. Uma forma de vida estranha poderia ser baseada no elemento silício em vez de carbono, como discutimos em um artigo anterior. A vida estranha também poderia usar um líquido diferente de água dentro de suas células. Os cientistas geralmente concordam que todas as moléculas e reações bioquímicas necessárias para qualquer organismo concebível devem ocorrer em um ambiente líquido. Este meio líquido é chamado de solvente da vida (ver aqui para mais detalhes).

Para toda a vida na Terra, o meio líquido dentro das células é a água. O problema é que poucos planetas provavelmente terão as condições ambientais ideais para permitir a existência de grandes oceanos de água líquida por períodos cósmicos; portanto, poucos habitats seriam adequados para a vida aquática. A maioria dos planetas seria muito quente ou muito fria para a água líquida, como observamos em nosso próprio sistema solar. Portanto, a primeira pergunta a se fazer é se outros planetas poderiam suportar outros compostos em estado líquido.

Abundância Cósmica de Líquidos

Estudos teóricos de William Bains sugerem que muitos planetas deveriam ser capazes de suportar pelo menos um líquido na superfície ou abaixo dela. [1] Seu modelo tenta descrever as condições de um sistema solar "médio". Com base nessas condições, Bains estima a probabilidade de encontrar líquidos específicos em função da distância do planeta à sua estrela-mãe (ver Figura 1). [2]

Para fins de escala, nosso próprio sistema solar será usado como ponto de referência. Planetas localizados próximos às suas estrelas (como Mercúrio e Vênus) são quentes, mas o ácido sulfúrico (H₂SO₄) pode estar presente porque tem um ponto de ebulição muito mais alto (337 °C/639 °F) do que a água. Planetas localizados um pouco mais distantes (semelhantes à Terra e a Marte) seriam mais frios e poderiam conter água líquida (H₂O) ou amônia (NH₃) ou ambos. Indo ainda mais longe (correspondendo a Júpiter, Saturno e suas luas), as temperaturas são baixas o suficiente para que o metano (CH₄) se liquefaça e possa formar poças ou lagos. Finalmente, nas bordas externas do sistema solar (perto de Urano e Netuno), as condições provavelmente serão tão frias que apenas o nitrogênio líquido (N2) pode estar presente.

Figura 1: Previsões de William Bains para a probabilidade de encontrar solventes naturais específicos em estado líquido em um planeta de um sistema solar hipotético "médio" em função da distância. As localizações dos planetas em nosso sistema solar são mostradas para referência. [UA = Unidade Astronômica. O eixo horizontal está em escala logarítmica.] (Imagem de John Millam em Reasons to Believe, adaptada por Sobre As Origens)

Observações de vários líquidos naturais presentes em nosso próprio sistema solar dão suporte geral ao modelo de Bains. Embora ele possa estar correto ao prever a semelhança de líquidos em outros sistemas solares, permanece a questão se algum desses fluidos é realmente capaz de sustentar a química da vida.

Avaliando Possíveis Solventes de Vida

Além dos compostos específicos estudados por Bains, os astrobiólogos propuseram um grande número de outros possíveis solventes vitais. [3] Para avaliar a viabilidade de cada candidato, os químicos identificaram oito propriedades desejáveis de um solvente para a vida: (1) naturalmente abundante; (2) um bom solvente; (3) uma ampla faixa de liquidez; (4) capacidade de encapsulamento; (5) grande constante dielétrica; (6) bom moderador térmico; (7) baixa viscosidade; e (8) alta tensão superficial. Com base nessas propriedades e em uma variedade de outros fatores químicos, os químicos são capazes de avaliar o potencial de uma substância para servir como um solvente para a vida. As conclusões apresentadas aqui são resumidas de nosso artigo completo sobre este assunto.

• Amônia (NH₃) – A amônia é o solvente alternativo mais popular sugerido para a vida, pois é cosmicamente abundante e compartilha muitas das qualidades positivas da água (embora em temperaturas mais baixas). (Forneceremos um relatório detalhado sobre a amônia em um artigo futuro.)
• Fluoreto de hidrogênio (HF) – O fluoreto de hidrogênio é um candidato intrigante porque possui muitas propriedades semelhantes à água. O problema é que ele é muito raro (porque o elemento flúor é pelo menos 1.000 vezes menos abundante do que carbono, nitrogênio ou oxigênio no universo).
• Ácido sulfúrico (H₂SO₄) – O ácido sulfúrico é o melhor candidato a solvente para planetas quentes como Vênus, devido ao seu alto ponto de ebulição. Um grande problema é que ele seria altamente ácido (semelhante ao ácido de bateria).
• Cianeto de hidrogênio (HCN) – O cianeto de hidrogênio é um excelente solvente, mas reage prontamente com água e também tende a polimerizar, por isso é improvável que seja encontrado em quantidades significativas nos planetas.
• Formamida (HCONH₂) – Formamida é uma molécula orgânica simples com diversas propriedades interessantes, mas é vulnerável a reações com água e, portanto, requer um ambiente seco.
• Metano (CH4) – O metano é de grande interesse para os astrobiólogos devido à sua ampla presença na superfície de Titã, lua de Saturno. Sua principal dificuldade reside no fato de ser apolar, o que o torna pouco capaz de dissolver sais, íons e a maioria das moléculas polares. Em segundo lugar, requer temperaturas muito baixas para se tornar líquido, o que retardaria ou interromperia possíveis reações metabólicas.
• Nitrogênio (N₂) – O nitrogênio molecular é abundante no universo, mas é um solvente fraco. E requer temperaturas muito mais baixas do que o metano, o que significa que as reações bioquímicas seriam excepcionalmente difíceis.

Conclusão

Apesar da variedade de candidatos, não existe uma alternativa clara à água como solvente para a vida. Muitas das possibilidades podem ser rejeitadas porque não estarão presentes em planetas em estado líquido em quantidades suficientes. Outras são uma escolha ruim para solventes vitais porque não possuem todas as oito propriedades químicas principais listadas acima. De todas as opções, a amônia é claramente a alternativa mais promissora à água; exploraremos isso em detalhes em um artigo futuro.

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.

Notas de Fim

1. William Bains, “Many Chemistries Could Be Used to Build Living Systems”, Astrobiology 4 (2004): 137–67.
2. Versão simplificada da figura 5 de Bains, “Many Chemistries”, 145. {No texto original, em Reasons to Believe, a figura é simplificada; no entanto, ela não está presente na página do artigo de blog. A versão aqui colocada é mesma do artigo científico de Bains, mas com adição de cores e tradução dos textos para o português.}
3. National Research Council of the National Academies, The Limits of Organic Life in Planetary Systems (Washington, DC: National Academies Press, 2007), 69–79; Dirk Schulze-Makuch e Louis Neal Irwin, Life in the Universe: Expectations and Constraints (New York: Springer, 2008), 109–32.

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Traduzido de Weird Life: Could Life Be Based on Another Liquid? (RTB)

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