Poderia haver vida na grande lua de Saturno, Titã? Fazer a pergunta obriga os astrobiólogos e químicos a pensar com cuidado e criatividade sobre a química da vida e como ela pode ser diferente em outros mundos do que na Terra. Em fevereiro, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Cornell, incluindo o estudante de pós-graduação em engenharia química James Stevenson, o cientista planetário Jonathan Lunine e a engenheira química Paulette Clancy, publicaram um estudo pioneiro argumentando que as membranas celulares poderiam se formar sob as exóticas condições químicas presentes nesta lua notável .
De muitas maneiras, Titã é o gêmeo da Terra. É a segunda maior lua do sistema solar e maior que o planeta Mercúrio. Como a Terra, ela tem uma atmosfera substancial, com uma pressão atmosférica superficial um pouco maior que a da Terra. Além da Terra, Titã é o único objeto em nosso sistema solar conhecido por ter acumulações de líquido em sua superfície. A sonda espacial Cassini da NASA descobriu lagos e até rios nas regiões polares de Titã. O maior lago, ou mar, chamado Kraken Mare, é maior que o Mar Cáspio da Terra. Os pesquisadores sabem, tanto pelas observações das naves espaciais quanto pelas experiências de laboratório, que a atmosfera de Titã é rica em moléculas orgânicas complexas, que são os blocos de construção da vida.
Todos esses recursos podem fazer parecer que Titan é tentadoramente adequado para a vida. O nome 'Kraken', que se refere a um monstro marinho lendário, reflete fantasiosamente as esperanças ansiosas dos astrobiólogos. Mas, Titã é o gêmeo alienígena da Terra. Estando quase dez vezes mais longe do Sol do que a Terra, sua temperatura superficial é de 180 graus Celsius gelada. A água líquida é vital para a vida como a conhecemos, mas na superfície de Titan toda a água é congelada. O gelo da água assume o papel que as rochas que contêm silício desempenham na Terra, formando as camadas externas da crosta.
O líquido que enche os lagos e rios de Titã não é a água, mas o metano líquido, provavelmente misturado com outras substâncias como o etano líquido, que são gases aqui na Terra. Se existe vida nos mares de Titã, não é a vida como a conhecemos. Deve ser uma forma de vida estranha, com moléculas orgânicas dissolvidas em metano líquido em vez de água líquida. Tal coisa é possível?
A equipe de Cornell assumiu uma parte importante dessa pergunta desafiadora, investigando se as membranas celulares podem existir no metano líquido. Toda célula viva é, essencialmente, uma rede auto-sustentável de reações químicas, contida em membranas delimitadoras. Os cientistas pensam que as membranas celulares surgiram muito cedo na história da vida na Terra, e sua formação pode até ter sido o primeiro passo na origem da vida.
Aqui na Terra, as membranas celulares são tão familiares quanto as aulas de biologia do ensino médio. Eles são feitos de grandes moléculas chamadas fosfolipídios. Cada molécula fosfolipídica tem uma 'cabeça' e uma 'cauda'. A cabeça contém um grupo fosfato, com um átomo de fósforo ligado a vários átomos de oxigênio. A cauda consiste em uma ou mais cadeias de átomos de carbono, tipicamente 15 a 20 átomos de comprimento, com átomos de hidrogênio ligados de cada lado. A cabeça, devido à carga negativa de seu grupo fosfato, tem uma distribuição desigual de carga elétrica, e dizemos que é polar. A cauda, por outro lado, é eletricamente neutra.
Essas propriedades elétricas determinam como as moléculas fosfolipídicas se comportarão quando forem dissolvidas na água. Eletricamente falando, a água é uma molécula polar. Os elétrons na molécula de água são mais fortemente atraídos pelo seu átomo de oxigênio do que pelos seus dois átomos de hidrogênio. Portanto, o lado da molécula onde estão os dois átomos de hidrogênio tem uma carga positiva leve, e o lado do oxigênio tem uma pequena carga negativa. Essas propriedades polares da água fazem com que atraia a cabeça polar da molécula fosfolipídica, que é considerada hidrofílica, e repelem sua cauda não polar, que é considerada hidrofóbica.
Quando as moléculas fosfolipídicas são dissolvidas na água, as propriedades elétricas das duas substâncias trabalham juntas para fazer com que as moléculas fosfolipídicas se organizem em uma membrana. A membrana se fecha sobre uma pequena esfera chamada lipossoma. As moléculas fosfolipídicas formam uma bicamada com duas moléculas de espessura. As cabeças polares hidrofílicas estão voltadas para fora, em direção à água, na superfície interna e externa da membrana. As caudas hidrofóbicas são ensanduichadas, uma de frente para a outra. Enquanto as moléculas fosfolipídicas permanecem fixas em sua camada, com as cabeças voltadas para fora e as caudas voltadas para dentro, elas ainda podem se movimentar uma em relação à outra, dando à membrana a flexibilidade de fluidos necessária para a vida.
As membranas fosfolipídicas em duas camadas são a base de todas as membranas celulares terrestres. Mesmo por si só, um lipossoma pode crescer, reproduzir e auxiliar certas reações químicas importantes para a vida, razão pela qual alguns bioquímicos pensam que a formação de lipossomos pode ter sido o primeiro passo para a vida. De qualquer forma, a formação de membranas celulares certamente deve ter sido um passo inicial no surgimento da vida na Terra.
Se existe alguma forma de vida em Titã, seja monstro marinho ou (mais provável) micróbio, é quase certo que ele precisa ter uma membrana celular, assim como todo ser vivo na Terra. As membranas de bicamada fosfolipídicas poderiam se formar em metano líquido em Titã? A resposta é não. Ao contrário da água, a molécula de metano tem uma distribuição uniforme de cargas elétricas. Falta qualidades polares da água e, portanto, não poderia atrair as cabeças polares da molécula fosfolipídica. Essa atração é necessária para os fosfolipídios formarem uma membrana celular no estilo da Terra.
Foram realizadas experiências em que os fosfolipídios são dissolvidos em líquidos não polares à temperatura ambiente na Terra. Sob essas condições, os fosfolipídios formam uma membrana de duas camadas 'de dentro para fora'. As cabeças polares das moléculas fosfolipídicas estão no centro, atraídas umas pelas outras por suas cargas elétricas. As caudas não polares estão voltadas para fora em cada lado da membrana de dentro para fora, voltadas para o solvente não polar.
A vida titânica poderia ter uma membrana fosfolipídica de dentro para fora? A equipe de Cornell concluiu que isso não funcionaria, por dois motivos. A primeira é que, nas temperaturas criogênicas do metano líquido, as caudas dos fosfolipídios se tornam rígidas, privando qualquer membrana de dentro para fora que possa formar a flexibilidade fluida necessária para a vida. A segunda é que dois ingredientes principais dos fosfolipídios; fósforo e oxigênio, provavelmente não estão disponíveis nos lagos de metano de Titã. Em sua busca por membranas celulares do Titaniano, a equipe de Cornell precisava investigar além do domínio familiar da biologia do ensino médio.
Embora não sejam compostos por fosfolipídios, os cientistas argumentaram que qualquer membrana celular do Titanian seria, no entanto, como as membranas fosfolipídicas de dentro para fora criadas no laboratório. Seria composto de moléculas polares que se agarram eletricamente em uma solução de metano líquido não polar. Que moléculas podem ser essas? Para obter respostas, os pesquisadores procuraram dados da sonda Cassini e de experimentos de laboratório que reproduziam a química da atmosfera de Titã.
A atmosfera de Titã é conhecida por ter uma química muito complexa. É composto principalmente de nitrogênio e gás metano. Quando a sonda Cassini analisou sua composição usando espectroscopia, encontrou traços de uma variedade de compostos de carbono, nitrogênio e hidrogênio, chamados nitrilos e aminas. Pesquisadores simularam a química da atmosfera de Titã no laboratório, expondo misturas de nitrogênio e metano a fontes de energia que simulam a luz solar em Titã. Um ensopado de moléculas orgânicas chamado 'tholins' é formado. Consiste em compostos de hidrogênio e carbono, chamados hidrocarbonetos, além de nitrilos e aminas.
Os investigadores de Cornell viram nitrilos e aminas como potenciais candidatos às suas membranas celulares do Titaniano. Ambas são moléculas polares que podem se unir para formar uma membrana em metano líquido não polar devido à polaridade dos grupos contendo nitrogênio encontrados em ambos. Eles argumentaram que as moléculas candidatas devem ser muito menores que os fosfolipídios, para que pudessem formar membranas fluidas a temperaturas líquidas de metano. Eles consideraram nitrilos e aminas contendo cadeias de três a seis átomos de carbono. Grupos contendo nitrogênio são chamados de grupos 'azoto', de modo que a equipe nomeou sua hipotética contrapartida titânica ao lipossomo 'azotossoma'.
Sintetizar azotossomas para estudo experimental teria sido difícil e caro, porque os experimentos precisariam ser conduzidos às temperaturas criogênicas do metano líquido. Mas desde que as moléculas candidatas foram estudadas extensivamente por outras razões, os pesquisadores de Cornell se sentiram justificados em recorrer às ferramentas da química computacional para determinar se suas moléculas candidatas poderiam coexistir como uma membrana flexível em metano líquido. Modelos computacionais têm sido utilizados com sucesso no estudo de membranas celulares fosfolipídicas convencionais.
As simulações computacionais do grupo mostraram que algumas substâncias candidatas poderiam ser descartadas porque não aderiam como uma membrana, seriam muito rígidas ou formariam um sólido. No entanto, as simulações também mostraram que várias substâncias formariam membranas com propriedades adequadas. Uma substância adequada é o acrilonitrila, que a Cassini mostrou que está presente na atmosfera de Titã com 10 partes por milhão de concentração. Apesar da enorme diferença de temperatura entre os azotozomes criogênicos e os lipossomos à temperatura ambiente, as simulações mostraram que eles exibiam propriedades surpreendentemente semelhantes de estabilidade e resposta ao estresse mecânico. As membranas celulares, portanto, são possíveis para a vida em metano líquido.
Os cientistas de Cornell consideram suas descobertas nada mais que um primeiro passo para mostrar que a vida em metano líquido é possível e para desenvolver os métodos que as futuras naves espaciais precisarão para procurá-lo em Titã. Se a vida é possível em metano líquido, as implicações se estendem muito além de Titã.
Ao procurar condições adequadas para a vida na galáxia, os astrônomos normalmente procuram exoplanetas dentro da zona habitável de uma estrela, definida como a estreita faixa de distâncias pelas quais um planeta com uma atmosfera semelhante à Terra teria uma temperatura de superfície adequada para água líquida. Se a vida do metano for possível, as estrelas também teriam uma zona habitável de metano, uma região onde o metano poderia existir como líquido em um planeta ou lua, tornando possível a vida do metano. O número de mundos habitáveis na galáxia aumentaria bastante. Talvez, em alguns mundos, a vida do metano evolua para formas complexas que mal podemos imaginar. Talvez alguns deles sejam um pouco como monstros marinhos.
Referências e leituras adicionais:
N. Atkinson (2010) Vida alienígena em Titã? Aguarde um minuto, Space Magazine.
N. Atkinson (2010) A vida em Titã pode ser fedorenta e explosiva, Space Magazine.
O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de um composto de titânio na produção de titânio, utilizando-se o método de análise química de titânio.
E. Howell (2014) Os majestosos lagos espelhados de Titã estarão sob o escrutínio de Cassini esta semana, Space Magazine.
J. Major (2013) O Pólo Norte de Titã está carregado de lagos, Space Magazine.
C. P. McKay, H. D. Smith, (2005) Possibilidades de vida metanogênica em metano líquido na superfície de Titan, Icarus 178: 274-276.
J. Stevenson, J. Lunine, P. Clancy, (2015) Alternativas de membrana em mundos sem oxigênio: criação de um azotossoma, Science Advances 1 (1): e1400067.
S. Oleson (2014) Submarino Titan: Explorando as profundezas de Kraken, NASA Glenn Research Center, Comunicado de imprensa.
Missão do Solstício de Cassini, Laboratório de Propulsão a Jato da NASA
NASA e ESA comemoram 10 anos desde o pouso de Titã, NASA 2015
