Formas diferentes de vida

Formas diferentes de vida

Paul Davies


Ninguém sabe como, onde ou quando a vida surgiu. Tudo que se sabe é que a vida microbiana se estabeleceu na Terra há cerca de 3,5 bilhões de anos. Na ausência de qualquer outra evidência mais palpável, há espaço de sobra para críticas a essa teoria. Há 30 anos a visão dominante entre os biólogos era de que a vida teria resultado de uma casualidade química tão improvável que possivelmente não teria acontecido duas vezes no Universo observável. Essa visão conservadora foi exposta pelo biólogo francês vencedor do Prêmio Nobel, Jacques Monod, que escreveu em 1970: “Finalmente o homem sabe que está sozinho na imensidão inexorável do Universo, do qual emergiu por acaso”. Mas esse ponto de vista está mudando dramaticamente. Em 1995, o reconhecido bioquímico belga Christian de Duve classificou a vida como “um imperativo cósmico” e declarou que “é quase provável que ela surja” em qualquer planeta semelhante à Terra. A afirmação de Duve reforçou a crença entre astrobiólogos de que o Universo fervilha com formas de vida. Batizada de “determinismo biológico” por Robert Shapiro, da New York University, essa teoria poderia ser expressa em uma frase: “A vida é escrita segundo as leis da Natureza”. Mas como os cientistas podem determinar se essa visão está correta? A maneira mais objetiva é buscar evidências de vida em outro planeta, como Marte. Se a vida surgiu do nada em dois planetas em um único sistema solar, isso confirmaria a hipótese do determinismo biológico. Infelizmente pode demorar muito até que as missões para o Planeta Vermelho se tornem sofisticadas o bastante para procurar vestígios de vidas marcianas e, se elas realmente existirem, estudar essa biota extraterrestre a fundo.

No entanto, é possível que exista uma alternativa mais fácil para testar o determinismo biológico. Nenhum planeta é mais parecido com a Terra que a própria Terra. Portanto, se a vida realmente surge sob condições terrestres, então talvez ela tenha emergido várias vezes por aqui mesmo. Para testar essa possibilidade tão provocativa os cientistas começaram a vasculhar desertos, lagos e cavernas em busca de evidências de formas de vida “alienígenas” – organismos fundamentalmente diferentes de qualquer outra criatura viva conhecida, pois teriam surgido de maneira independente. É muito provável que esses organismos sejam microscópicos. Por isso, os cientistas estão projetando testes para identificar essas formas exóticas que podem estar vivendo entre nós.

Os cientistas ainda devem chegar a um consenso para uma definição mais precisa de “vida”, mas a maioria concorda que duas de suas marcas registradas são a habilidade de metabolizar (retirar nutrientes do ambiente, convertê-los em energia e excretar os resíduos) e a capacidade de reprodução.

Segundo a visão ortodoxa da biogênese, se a vida na Terra se originou mais de uma vez, uma forma teria se tornado predominante e eliminado todas as outras. Esse extermínio poderia ter acontecido, por exemplo, quando uma forma de vida se apropriasse rapidamente de todos os recursos disponíveis, ou se juntasse a outra forma mais fraca para trocar os genes que se adaptassem melhor ao seu tipo. No entanto, esse argumento é fraco. As bactérias e as arqueobactérias, dois tipos diferentes de microorganismos que se originaram a partir de um ancestral comum há mais de 3 bilhões de anos, têm coexistido pacificamente desde então, e uma não eliminou a outra. Além disso, formas de vida alternativas podem não ter competido diretamente com organismos conhecidos, seja porque os alienígenas ocuparam ambientes radicais, onde microorganismos familiares não poderiam sobreviver, ou porque as duas formas de vida demandaram recursos diferentes.

Mesmo se uma forma alternativa de vida não existir agora, ela pode ter florescido em um passado distante, antes de desaparecer por alguma razão. Nesse caso os cientistas ainda podem encontrar marcadores de sua biologia extinta em registros geológicos. Se a vida alternativa tinha, por exemplo, metabolismo diferente, pode ter alterado rochas e criado depósitos minerais de uma maneira que não pode ser explicada pela atividade de organismos conhecidos. É possível que biomarcadores na forma de moléculas orgânicas distintas – que não poderiam ter sido criados por formas de vida familiares – estejam ocultos em antigos microfósseis, como aqueles encontrados em rochas datadas da era Arqueana (mais de 2,5 bilhões de anos atrás).

Uma possibilidade mais emocionante, mas mais especulativa, é a de que formas alternativas de vida teriam sobrevivido e ainda estariam presentes no ambiente, constituindo um tipo de “biosfera sombria”, termo cunhado por Carol Cleland e Shelley Copley, da University of Colorado. À primeira vista essa ideia pode parecer absurda; mesmo se organismos alienígenas tivessem sobrevivido bem debaixo de nosso nariz (ou mesmo no nosso nariz), os cientistas já não os teriam descoberto? A resposta é “não”. A grande maioria dessas formas são microorganismos, e é quase impossível dizer o que eles são simplesmente ao observá-los através do microscópio. Os microbiólogos precisam analisar as sequências genéticas de um organismo para determinar sua [43] localização na árvore da vida – o agrupamento filogenético de todas as criaturas conhecidas e os pesquisadores classificaram apenas uma fração minúscula de todos os microorganismos observados.

Com certeza, todos os organismos estudados a fundo até agora têm definitivamente origem comum. Os organismos conhecidos compartilham uma composição bioquímica similar e dispõem de um código genético quase idêntico – é por isso que os biólogos sequenciam seus genes e os reúnem em uma única árvore. No entanto, os procedimentos que os pesquisadores utilizam para analisar organismos recém-descobertos são padronizados para detectar a vida como a conhecemos. Essas técnicas não conseguiriam reagir corretamente a uma composição bioquímica diferente. Se a vida sombria está confinada ao domínio microbiano, é possível que os cientistas não tenham percebido sua presença.

Onde os pesquisadores podem procurar organismos alienígenas na Terra hoje? Alguns cientistas têm enfocado a busca em organismos que ocupam um nicho ecologicamente isolado, além do alcance das formas de vida comuns. Uma das descobertas surpreendentes nos últimos anos é a habilidade das formas de vida conhecidas de sobreviver a condições extremamente adversas. Micróbios foram encontrados em ambientes extremos, do cone de vulcões escaldantes aos vales secos da Antártida. Outros extremófilos, como são chamados, podem sobreviver em lagos com alta saturação de sal, em remanescentes de minas contaminados com metais altamente ácidos e nos resíduos de reatores nucleares.

De qualquer forma, mesmo os microorganismos mais resistentes têm seu limite. A vida como a conhecemos depende crucialmente da disponibilidade de [44] água líquida. O deserto de Atacama, no norte do Chile, é uma região tão seca que todos os sinais de vida familiar estão ausentes. Além disso, apesar de certos microorganismos florescerem em temperaturas superiores à da fervura da água, os cientistas ainda não encontraram qualquer coisa viva acima dos 130°C. É concebível, no entanto, que uma forma alternativa e exótica de vida possa sobreviver a condições mais extremas de aridez ou de temperatura.

Portanto, os cientistas podem encontrar evidências de vida alternativa ao descobrir sinais de atividade biológica, como o ciclo do carbono entre o solo e a atmosfera, em uma região ecologicamente isolada. Os locais mais óbvios para procurar esses ecossistemas desconexos então nos subterrâneos mais profundos da crosta terrestre, na atmosfera superior, na Antártida, em minas de sal e em locais contaminados por metais e outros poluentes.

Como alternativa, os cientistas poderiam variar parâmetros como temperatura e umidade em experimentos em laboratório até que todas as formas de vida tenham se extinguido; se alguma atividade biológica persistir, poderia ser sinal de “vida sombria” em atividade. Os cientistas usaram essa técnica para descobrir a bactéria Deinococus radiodurans, resistente à radiação, que suporta doses de radiação-gama mil vezes mais altas que as letais para os humanos. Acontece que a D. radiodurans e outros chamados radiófilos identificados pelos pesquisadores estão geneticamente ligados a formas de vida conhecidas. Assim, não são candidatos a organismos alienígenas, mas a descoberta não descarta a possibilidade de encontrar formas alternativas de vida dessa maneira.

Os pesquisadores já apontaram uma série de ecossistemas quase completamente isolados do [45] restante da biosfera. Localizadas no subterrâneo, essas comunidades microbianas ficam privadas de luz, oxigênio e produtos orgânicos de outros organismos. Elas se sustentam graças à capacidade de alguns micróbios de usar o dióxido de carbono e hidrogênio liberados por reações químicas ou radioatividade para metabolizar, crescer e se replicar. Apesar de todos os organismos encontrados até agora nesses ecossistemas estarem relacionados aos microorganismos da superfície, a exploração biológica do subterrâneo profundo da Terra ainda é incipiente, e muitas surpresas podem estar por vir. Nos Estados Unidos, o Programa Integrado de Perfuração do Assoalho Oceânico tem obtido amostras de rochas do fundo do mar à profundidade de aproximadamente 1 km, em parte também para explorar seu conteúdo microbiano. Os poços perfurados revelaram sinais de atividade biológica em locais ainda mais profundos. Até agora, no entanto, a comunidade científica ainda não conduziu um programa sistemático e de grande escala para examinar o subterrâneo profundo da crosta terrestre em busca de vida.

Alienígenas Ecologicamente Integrados

Alguém poderia dizer que seria mais fácil encontrar formas alternativas de vida se elas não estivessem isoladas, mas integradas na biosfera conhecida à nossa volta. No entanto, se a vida sombria estiver restrita a microorganismos alienígenas misturados aos comuns, seria difícil localizar essas criaturas exóticas em uma inspeção casual. A morfologia microbiana é limitada – a maioria dos microorganismos parece pequenas esferas ou bastões. No entanto, os alienígenas podem se destacar bioquímicamente. Uma maneira de procurá-los é tentar adivinhar que tipo de química pode estar envolvida e então tentar apontar seus sinais característicos.

Um exemplo simples envolve a quiralidade. Grandes moléculas biológicas possuem quiralidade definida: apesar de os átomos em uma molécula poderem ser configurados em duas orientações de imagens espelhadas – destra ou canhota -, as moléculas precisam ter quiralidade compatível para formar estruturas mais complexas. Nas formas de vida conhecidas, todos os aminoácidos – os blocos de construção das proteínas – são canhotos, enquanto os [46] carboidratos são destros, e o DNA é uma hélice dupla destra. No entanto, as leis da química não consideram a esquerda ou a direita. Portanto, se a vida começasse do zero novamente, haveria 50% de possibilidade de que seus blocos de construção fossem moléculas de quiralidade oposta. Uma vida sombria poderia ser, em princípio, quase bioquimicamente idêntica à vida conhecida, mas com moléculas de imagem espelhada. Essa “vida espelhada” não competiria diretamente com a vida comum, e as duas não poderiam trocar genes, pois as moléculas mais importantes não seriam intercambiáveis.

Felizmente os pesquisadores poderiam identificar vida espelhada com um procedimento bem simples. Seria possível preparar um caldo de nutrientes, consistindo inteiramente em imagens espelhadas das moléculas geralmente incluídas em um meio de cultura padrão; um organismo espelhado poderia consumir a mistura com gosto, enquanto uma forma de vida conhecida a consideraria impalatável. Richard Hoover e Elena Pikuta, do Marshall Space Flight Center da Nasa, conduziram recentemente um experimento-piloto desse tipo, colocando uma série de extremófilos recém-descobertos em um caldo espelhado e então procuraram sinais de atividade biológica. Encontraram um microorganismo que cresceu no caldo, um organismo batizado de Anaerovirgula multivorans, isolado de sedimentos de um lago alcalino na Califórnia. Para seu desapontamento, esse organismo não era um exemplo de vida espelhada; na verdade, era uma bactéria com a surpreendente capacidade de alterar quimicamente os aminoácidos e carboidratos de quiralidade errada para torná-los digeríveis.

Outra possibilidade é que a vida sombria poderia partilhar a mesma composição bioquímica geral com as formas de vida familiares, mas usar uma categoria diferente de aminoácidos e nucleotídeos (os blocos de construção do DNA). Todos os organismos vivos empregam os mesmos grupos de nucleotídeos – A, C, G e T (adenina, citosina, guanina e timina) para suas bases – para armazenar informação e, com raras exceções, os mesmos 20 aminoácidos para construir proteínas, os burros de carga das células. O código genético é baseado em trios de nucleotídeos, e trios diferentes dão origem a aminoácidos diferentes. A sequência de trios em um gene dita a sequência de aminoácidos que precisa se conectar para construir uma determinada proteína – ainda que os químicos sintetizem outros aminoácidos que não estão presentes nos organismos vivos.

O meteorito Murchison, remanescente de um cometa e que caiu na Austrália em 1969, continha muitos aminoácidos comuns, mas também outros mais raros, como a isovalina e a pseudoleucina. (Os cientistas não sabem ao certo como os aminoácidos se formaram no meteorito, mas a maioria dos pesquisadores acredita que as substâncias químicas não foram produzidas por atividade biológica.) Alguns desses aminoácidos pouco familiares podem se tornar blocos de construção adequados para formas alternativas de vida. Para “caçar” esses alienígenas, os pesquisadores devem identificar um aminoácido em que não é usado qualquer organismo conhecido, nem gerado como subproduto do metabolismo ou deterioração, e procurar sinais de sua presença no ambiente, entre microorganismos vivos ou em detritos orgânicos que poderiam ser gerados pela biosfera sombria.

Para aprimorar o enfoque da busca, os cientistas podem juntar pistas no campo da vida sintética ou artificial, hoje em florescimento. Atualmente os bioquímicos estão tentando desenvolver organismos totalmente inéditos ao inserir aminoácidos adicionais em proteínas. Steve Benner, da Foundation for Applied Molecular Evolution em Gainesville, na Flórida, é pioneiro nesse tipo de pesquisa, e ressaltou que uma classe de moléculas conhecidas como aminoácidos alfametil parecem promissoras para a vida artificial, pois conseguem se dobrar adequadamente. No entanto, essas moléculas ainda não foram encontradas em nenhum organismo natural até agora. À medida que os pesquisadores identificam novos microorganismos será relativamente mais fácil usar ferramentas-padrão para analisar a composição de proteínas, como a espectrometria de massas, para determinar quais aminoácidos o organismo contém. Qualquer esquisitice no inventário seria um sinal de que o micróbio é uma forma de vida sombria potencial.

Se essa estratégia fosse bem-sucedida os pesquisadores enfrentariam a dificuldade de determinar se estão lidando com uma verdadeira forma alternativa de vida, descendente de uma biogênese separada, ou como novo domínio de formas de vida conhecidas, como as arqueobactérias, que só foram identificadas no final da década de 70. Em outras palavras, como os cientistas podem ter certeza de que aquilo que parece uma nova árvore da vida não é, na verdade, um galho ainda não descoberto da árvore já conhecida, que se separou há muito tempo e até hoje não chamou nossa atenção? É muito provável que as primeiras formas de vida tenham sido radicalmente diferentes daquelas que as seguiram. Por exemplo, o sofisticado código triplo do DNA para especificar determinados aminoácidos traz evidências de ter se tornado mais eficiente pela seleção evolucionária. Essa observação indica a existência de um precursor mais rudimentar, como um código duplo que empregaria apenas dez aminoácidos em vez de 20, por exemplo. É concebível que alguns organismos primitivos ainda estejam usando o código de seus precursores hoje. Esses microorganismos não seriam considerados realmente alienígenas, mas fósseis vivos. Mesmo assim, sua descoberta seria de imenso interesse da comunidade científica. Outros remanescentes de uma época biológica antiga seriam os microorganismos que usam RNA em vez de DNA.

A chance de confundir uma árvore da vida separada com um ramo ainda não descoberto fica menor quando se consideram alternativas mais radicais à bioquímica conhecida. Os astrobiólogos já especularam sobre formas de vida nas quais outro solvente (como etano ou metano) substitui a água, apesar de ser difícil identificar ambientes na Terra que sustentem qualquer uma das substâncias sugeridas. (Etano e metado se apresentam em estado líquido apenas em locais frios, como a superfície de Titã, a maior lua de Saturno). Outra conjuntura popular diz respeito aos elementos químicos básicos que forma as partes vitais dos organismos conhecidos: carbono, oxigênio, nitrogênio e fósforo. Será que a vida seria possível se um elemento diferente fosse substituído por um desses cinco?

O fósforo é problemático para a vida de algumas maneiras. É relativamente raro e não teria existido em abundância em uma forma solúvel e pronta para uso nas condições que prevaleceram durante o começo da história da Terra. Felisa Wolfe-Simon, da Harvard University, propôs que o arsênico poderia cumprir o papel do fósforo em organismos vivos e teria oferecido diversas vantagens químicas nos antigos ambientes. Além de ser capaz de fazer tudo aquilo que o fósforo faz em ternos de ligações estruturais e armazenamento de energia para alimentar o metabolismo. (O arsênico é um veneno para a vida comum exatamente porque “imita” o fósforo tão bem. Da mesma forma, o fósforo seria venenoso para um organismo com arsênico em sua constituição). Essas formas de vida baseadas em arsênico ainda poderiam estar ocultas em bolsões pobres em fósforos e ricos em arsênico, como as “aberturas ventiladas” no oceano e nas fontes de água quente?

Outra variável importante é o tamanho. Todos os organismos conhecidos produzem proteínas a partir de aminoácidos usando grandes máquinas moleculares chamadas ribossomos, que ligam os aminoácidos uns aos outros. A necessidade de acomodar os ribossomos requer que todos os organismos autônomos em nossa árvore da vida tenham pelo menos alguns nanômetros (bilionésimos de 1 metro) de comprimento. Os vírus são muito menores (chegam a 20 nanômetros de largura), mas não se trata de organismos autônomos, pois não podem ser considerados forma alternativa de vida, nem há evidências de que se originaram independentemente. No entanto, ao longo dos anos, os cientistas vêm argumentando que a biosfera está repleta de células pequenas demais para acomodar ribossomos. Em 1990, Robert Folk, da University of Texas em Austin, chamou atenção para minúsculos objetos esferoidais e ovoides em rochas sedimentares encontradas em fontes de água quente em Viterbo, na Itália. Folk propôs que os objetos eram “nanobactérias” fossilizadas, remanescentes calcificados de organismos tão pequenos que não passavam de 30 nanômetros de diâmetro.

Mais recentemente, Philippa Uwins, da University of Queensland, na Austrália, descobriu estruturas similares em amostras de rocha de um poço profundo perfurado no litoral do oeste da Australia. Se essas estruturas forem realmente resultado de processos biológicos – e o debate é inflamado entre os cientistas –, podem ser evidências de formas alternativas de vida que não usam ribossomos para produzir proteínas e, assim, não se aplicam ao limite de tamanho característico das formas conhecidas de vida. [47]

Talvez a possibilidade mais intrigante de todas seja a de formas alienígenas de vida habitarem nosso próprio corpo. Ao observarem células de mamíferos sob o microscópio eletrônico em 1988, Olavi Kajander e seus colegas da Universidade de Kuopio, na Finlândia, observaram partículas ultrapequenas no interior de muitas dessas células. Com dimensões tão diminutas quanto 50 nanômetros, essas partículas tinham um décimo do tamanho de uma bactéria pequena convencional. Dez anos depois, Kajander e seus colegas propuseram que as partículas eram organismos vivos que se desenvolvem na urina e induzem a formação de pedras nos rins ao precipitar cálcio e outros minerais ao redor deles mesmos.

Apesar de essas afirmações permanecerem controversas, é concebível que pelos menos algumas dessas formas liliputianas de vida sejam organismos alienígenas com bioquímica radicalmente alternativa.

Se um microorganismo bioquimicamente esquisito for descoberto, sua condição de evidência de uma segunda gênese, em vez de ser um ramo novo em nossa árvore da vida conhecida, dependerá de suas diferenças fundamentais em relação às formas de vida convencionais. Na ausência de uma compreensão de como a vida começou, no entanto, não há critérios rígidos para fazer essa distinção. Por exemplo, alguns astrobiólogos têm especulado sobre a possibilidade de a vida ter começado com base em compostos de silício, em vez de compostos de carbono. O carbono é tão essencial para nossa bioquímica que é difícil imaginar organismos formados por carbono e silício que tenham se desenvolvido de uma origem comum. Um organismo que empregasse o mesmo tipo de nucleotídeos e aminoácidos que as formas de vida conhecidas, mas usasse código genético diferente para especificar aminoácidos não apresentaria evidências definitivas de uma origem independente, já que as diferenças poderiam ser explicadas por uma tendência evolutiva.

Um problema oposto também existe: organismos não similares, sujeitos aos mesmos desafios ambientais, muitas vezes são convergentes em suas propriedades, que serão otimizadas para que sobrevivam a essas condições. Se essa convergência evolutiva fosse intensa o bastante, poderia ocultar as evidências de eventos de biogênese independente. Por exemplo, a escolha de aminoácidos pode ter sido otimizada pela evolução. A vida alienígena que começou usando um grupo diferente de aminoácidos pode ter evoluído para adotar o mesmo grupo que as formas de vida convencionais.

A dificuldade de determinar se uma criatura é alienígena é exacerbada pelo fato de que há duas teorias concorrentes para a biogênese. A primeira é que a vida começa com uma transformação abrupta e distinta, similar a uma transição de fases na física, talvez desencadeada quando um sistema atinge certo limite de complexidade química. O sistema não precisa ser uma única célula. Biólogos já propuseram que a vida primitiva emergiu de uma comunidade de células que trocavam material e informações, e que a autonomia celular e a individuação de espécies vieram depois. A visão alternativa é a de que há um contínuo linear e prolongado da química para a biologia, sem uma linha de demarcação que poderia identificar a gênese da vida.

Se a vida, notavelmente tão difícil de definir, é um sistema com uma propriedade – como a capacidade de armazenar e processar certos tipos de informação – que marca uma transição bem definida do domínio dos não-vivos para o dos vivos, seria importante discutir mais eventos que expliquem sua origem. No entanto, se a vida é tão pobremente definida como complexidade organizada, suas raízes podem se misturar imperceptivelmente no domínio da química complexa geral. Demonstrar origens independentes de formas de vida diferentes seria uma tarefa formidável, a não ser que dois tipos de organismos estivessem tão distantes que nunca entrassem em contato.

É claro que temos uma amostra muito pequena da população microbiana da Terra. Cada descoberta trouxe surpresas e nos forçou a expandir nossa noção daquilo que é biologicamente possível. À medida que mais ambientes terrestres são explorados, parece muito provável que formas novas e mais exóticas de vida novas sejam descobertas. Se essa busca revelar evidências de uma segunda gênese, elas apoiariam fortemente a teoria de que a vida é um fenômeno cósmico e dariam credibilidade à crença de que não estamos sozinhos no Universo. [49]

Referência

DAVIES, Paul. Alienígenas estão entre nós?. Scientific American, n. 67. São Paulo/SP: p.42-49 Dezembro 2007.

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