A origem da vida na Terra é um dos quebra-cabeças mais complexos que os cientistas enfrentam. Envolve não apenas a identificação das inúmeras reações químicas que devem ocorrer para criar um organismo em replicação, mas também a descoberta de fontes realistas para os ingredientes necessários para cada uma das reações.
Um problema particular que há muito tempo os cientistas que estudam a origem da vida enfrentam é a fonte do elemento indescritível, o fósforo. O fósforo é um elemento importante para as estruturas e funções celulares básicas. Por exemplo, ele forma a espinha dorsal da estrutura de dupla hélice do DNA e a molécula relacionada de RNA.
Embora o elemento fosse generalizado, quase todo o fósforo na Terra primitiva, cerca de quatro bilhões de anos atrás, estava preso em minerais que eram essencialmente insolúveis e não reativos. Isso significa que o fósforo, embora presente em princípio, não estava disponível para fazer os compostos necessários para a vida.
Em um novo artigo, mostramos que os relâmpagos teriam fornecido uma fonte generalizada de fósforo. Isso significa que os relâmpagos podem ter ajudado a desencadear a vida na Terra e podem continuar a ajudar a iniciar a vida em outros planetas semelhantes à Terra.
Uma fonte potencial de fósforo na Terra primitiva é o mineral incomum schreibersite, encontrado em pequenas quantidades em meteoritos. Experimentos mostraram que o schreibersite pode se dissolver na água, criando fósforo aquoso que pode reagir e formar uma variedade de moléculas orgânicas importantes para a vida. Os exemplos incluem nucleotídeos, os blocos de construção de DNA e RNA, e fosfocolina, um precursor das moléculas lipídicas que constituem a membrana celular.
Mas há outra fonte potencial de schreibersite. Ao estudar uma estrutura de vidro criada por um raio chamado fulgurite, encontramos uma quantidade substancial do mineral de fósforo incomum dentro do vidro.
Se os relâmpagos criaram uma grande quantidade de schreibersite e outros minerais de fósforo reativos, os raios poderiam ser uma fonte alternativa do fósforo reativo necessário para a vida.
Para determinar se esse era o caso, estimamos a quantidade de fósforo disponibilizada por quedas de raios de 4,5 bilhões de anos atrás, quando a Terra se formou, a 3,5 bilhões de anos atrás, quando temos as primeiras evidências fósseis de vida.
Nosso estudo
Para fazer isso, precisamos estimar três coisas: o número de fulgurite formados a cada ano; quanto fósforo havia nas rochas da Terra primitiva; e quanto desse fósforo é transformado em fósforo utilizável, pelos raios.
O fulgurite se forma quando o raio atinge o solo, então primeiro precisávamos saber quantos raios havia. Para determinar a quantidade de relâmpagos, olhamos para estimativas da quantidade de CO₂ na atmosfera na Terra primitiva e estimativas de quantos raios haveria na Terra para diferentes quantidades de CO₂. O CO₂ na atmosfera pode ser usado para estimar a temperatura global, que é um fator chave no controle da frequência das tempestades.
Descobrimos que, na Terra primitiva, haveria uma variação de 100 milhões a 1 bilhão de descargas atmosféricas por ano, com cada descarga formando um fulgurito. No total, até 1 quintilhão (um seguido por 18 zeros) de fulgurite teria se formado no primeiro bilhão de anos da história da Terra.
Para o segundo fator, sabemos que a Terra primitiva provavelmente teria sido dominada por rochas semelhantes aos basaltos que constituem as ilhas vulcânicas como o Havaí. Usamos o conteúdo de fósforo em algumas dessas rochas preservadas com mais de 3,5 bilhões de anos para determinar um conteúdo médio de fósforo.
Finalmente, usamos nosso fulgurite e outros estudos publicados de fulguritepara estimar a quantidade de schreibersite, ou formas semelhantes de fósforo, que teria sido disponibilizada por queda de raios.
Combinando todos esses fatores, calculamos as descargas atmosféricas feitas com mais de 10.000 kg de fósforo disponível para reações orgânicas a cada ano.
Com base no melhor de nosso conhecimento sobre a Terra primitiva, os relâmpagos provavelmente forneceram tanto fósforo reativo quanto os meteoritos na época da origem da vida, aproximadamente 3,5 bilhões de anos atrás. Portanto, quedas de raios, juntamente com impactos de meteoritos, muito provavelmente forneceram o fósforo necessário para o surgimento da vida na Terra.
Vida em Exoplanetas
Nossa pesquisa também destaca uma nova fonte de fósforo necessária para que a vida surja em outros planetas semelhantes à Terra.
Os relâmpagos são uma fonte mais sustentável de fósforo do que os impactos de meteoritos. A abundância de grandes meteoritos em um sistema solar diminui exponencialmente com o tempo, à medida que o material restante no sistema colide com os planetas.
Assim, embora os meteoritos forneçam fósforo utilizável substancial para a vida no início da história de um planeta, eles diminuem rapidamente em abundância. Os relâmpagos, no entanto, são relativamente constantes ao longo do tempo.
Nosso trabalho ajuda a expandir as condições em que a vida pode se formar em outros planetas de nosso sistema solar e além. Se qualquer planeta tiver uma atmosfera ativa e rica em raios, o fósforo necessário para a vida estará disponível a qualquer momento.
Benjamin Hess para Singularity Hub.
