Evento da criação em laboratório: Viemos do barro de vulcões e meteoritos

Com informações do Instituto Max Planck - 05/09/2023

Um pequeno fragmento do meteorito de ferro Campo del Cielo. O mesmo calor intenso que derreteu parcialmente o meteorito para produzir a superfície lisa visível aqui também teria evaporado e eliminado o ferro, criando minúsculas partículas de tamanho nanométrico. Essas partículas podem ter atuado como catalisadores para a produção dos blocos de construção da vida na Terra primitiva.
[Imagem: O. Trapp]

Feitos do pó de meteoritos

Uma coisa é certa: A vida surgiu muito cedo na história do planeta Terra. Mas há poucas respostas concretas às questões sobre como e onde se formaram as primeiras moléculas orgânicas. Uma das teorias mais populares entre os cientistas assume que o terreno fértil para a vida foram as fontes hidrotermais nas profundezas do mar.

Agora, pesquisadores estão propondo um novo cenário plausível para a origem da vida na Terra: Os meteoritos. O ferro que eles contêm pode ter desempenhado um papel decisivo na formação dos primeiros blocos de construção da vida.

Uma equipe do Instituto Max Planck de Astronomia e da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, ambos na Alemanha, usou experimentos com meteoritos e cinzas vulcânicas para mostrar uma nova maneira pela qual as moléculas orgânicas podem ter-se formado nas condições da Terra primitiva.

O papel principal é desempenhado por partículas de ferro dos meteoritos e por cinzas vulcânicas, que atuam como catalisadores. Catalisadores são substâncias cuja presença acelera reações químicas específicas, mas que não são consumidas no processo. Dessa forma, eles são semelhantes às ferramentas utilizadas para construir, por exemplo, não apenas uma bicicleta, mas várias - as ferramentas não se destroem a cada bicicleta produzida.

Neste caso, é plausível que essas partículas de ferro possam ter contribuído para a formação das primeiras moléculas orgânicas a partir da atmosfera primordial, rica em dióxido de carbono (CO₂), incluindo hidrocarbonetos, acetaldeído ou formaldeído. Estas substâncias são, por sua vez, blocos de construção dos ácidos graxos, nucleobases (eles próprios os blocos de construção do DNA), açúcares e aminoácidos. Essas moléculas orgânicas são os blocos de construção de organismos mais complexos. A sua formação foi o primeiro passo numa sequência de eventos que trouxeram vida à Terra.

Mas, se parece fácil e simples, lembre-se que demorou cerca de 2 bilhões de anos para que as primeiras células (eucarióticas) se formassem, o que pode explicar porque esse enigma não se rende facilmente às investigações.

Como a natureza amassou o barro do qual fomos feitos.
[Imagem: Sophia Peters et al. - 10.1038/s41598-023-33741-8]

Inspiração na química industrial

A principal inspiração para a pesquisa veio da química industrial. Sabe-se que o monóxido de carbono e o hidrogênio podem ser convertidos em hidrocarbonetos com a ajuda de catalisadores metálicos. O processo por trás disso é chamado de processo Fischer-Tropsch.

A hipótese levantada pela equipe é que este processo também poderia ter ocorrido numa Terra primitiva com uma atmosfera rica em dióxido de carbono.

"Quando observei a composição química do meteorito de ferro Campo del Cielo, composto por ferro, níquel, um pouco de cobalto e pequenas quantidades de irídio, percebi imediatamente que se trata de um catalisador Fischer-Tropsch perfeito," explicou o professor Oliver Trapp.

O próximo passo lógico foi conduzir experimentos para testar a versão cósmica de Fischer-Tropsch. Antes, porém, Dmitry Semenov, membro da equipe, trouxe a ideia de acrescentar cinza vulcânica à receita.

"Quando Oliver me contou sobre sua ideia, meu primeiro pensamento foi que deveríamos também estudar as propriedades catalíticas das partículas de cinzas vulcânicas. Afinal de contas, a Terra primitiva deve ter sido geologicamente ativa," disse Semenov. Ou seja, deveria haver muitas partículas finas de cinzas na atmosfera e nas primeiras massas secas da Terra.

Para seus experimentos, a equipe usou partículas de ferro de um meteorito de verdade, um meteorito rochoso contendo ferro, e cinzas vulcânicas do Monte Etna. As partículas de ferro foram então misturadas com vários minerais que supostamente estavam presentes na Terra primitiva. Esses minerais serviram como estrutura de suporte, uma vez que os catalisadores geralmente se acumulam como pequenas partículas em um substrato adequado.

O tamanho das partículas é importante. As finas partículas de cinza produzidas por erupções vulcânicas têm normalmente alguns micrômetros de tamanho. No caso de meteoritos ricos em ferro caindo através da atmosfera da Terra primitiva, a fricção atmosférica arrancaria partículas de ferro de tamanho micrométrico e nanométrico, enquanto o ferro evaporaria no calor intenso, e mais tarde solidificaria novamente no ar circundante.

O barro precisa ser feito de partículas muito pequenas, ou a vida não surge.
[Imagem: Sophia Peters et al. - 10.1038/s41598-023-33741-8]

Produzindo moléculas orgânicas

Como a atmosfera original da Terra não continha oxigênio, a equipe realizou reações químicas que removeram quase todo o oxigênio da mistura. Eles então levaram a mistura para uma câmara de pressão, cheia principalmente de CO₂ (dióxido de carbono) e moléculas de hidrogênio. Ao contrário de hoje, a atmosfera daquela época consistia principalmente de CO₂ e vapor de água, e tinha uma pressão atmosférica na superfície da Terra quase 100 vezes maior do que hoje.

"Como existem muitas possibilidades diferentes para as propriedades da Terra primitiva, tentei testar experimentalmente todos os cenários possíveis," conta Sophia Peters, que colocou todas as ideias em prática no laboratório. "No final, usei cinquenta catalisadores diferentes e executei o experimento com vários valores de pressão, temperatura e proporção de moléculas de dióxido de carbono e hidrogênio."

Nas condições de uma Terra jovem aqui simulada, a atmosfera antiga reagiu para produzir uma quantidade considerável de compostos orgânicos como metanol, etanol e acetaldeído, bem como formaldeído, graças ao pó de ferro. O acetaldeído e o formaldeído, em particular, são os compostos de importantes blocos de construção da vida: Ácidos graxos, nucleobases, açúcares e aminoácidos.

O resultado é uma forte indicação de que tais reações podem de fato ter ocorrido na Terra primitiva - largamente independente da composição exata da atmosfera terrestre naquela altura, que não conhecemos.

Com estes resultados, existe agora um novo concorrente para a forma como os primeiros blocos de construção da vida foram formados na Terra. Juntando-se às fileiras dos mecanismos "clássicos", como a síntese orgânica perto de fontes quentes no fundo do oceano, as descargas elétricas em uma atmosfera rica em metano (como no experimento Urey-Miller), e de modelos que preveem como os compostos orgânicos poderiam ter-se formado nas profundezas do espaço e transportadas para a Terra por asteroides ou cometas, existe agora outra possibilidade: Partículas de ferro que choveram sobre a Terra durante o bombardeio inicial por meteoritos ou finas cinzas vulcânicas.

É muito provável que estes tenham atuado como catalisadores numa atmosfera primitiva rica em dióxido de carbono, anunciando a origem da vida na Terra e dando uma nova força à conhecida afirmação de Carl Sagan de que "somos feitos de poeira de estrelas".

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