A evolução da vida pode ter origem no espaço sideral

Astrônomos encontram sinais de moléculas orgânicas complexas – precursoras de açúcares e aminoácidos – em um disco de formação de planetas

Esta impressão artística mostra o disco de formação planetária ao redor da estrela V883 Orionis. Na parte mais externa do disco, gases voláteis estão congelados como gelo, que contém moléculas orgânicas complexas. Uma explosão de energia da estrela aquece o disco interno a uma temperatura que evapora o gelo e libera as moléculas complexas, permitindo que os astrônomos o detectem. A imagem inserida mostra a estrutura química das moléculas orgânicas complexas detectadas e presumidas no disco protoplanetário (da esquerda para a direita): propionitrila (cianeto de etila), glicolonitrila, alanina, glicina, etilenoglicol, acetonitrila (cianeto de metila). © Crédito: ESO/L. Calçada/T. Müller (MPIA/HdA) (CC BY 4.0) 

Utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos liderada por Abubakar Fadul, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), descobriu moléculas orgânicas complexas – incluindo a primeira detecção experimental de etilenoglicol e glicolonitrila – no disco protoplanetário da protoestrela em formação V883 Orionis. Esses compostos são considerados precursores dos blocos de construção da vida. A comparação de diferentes ambientes cósmicos revela que a abundância e a complexidade dessas moléculas aumentam desde as regiões de formação estelar até sistemas planetários totalmente evoluídos. Isso sugere que as sementes da vida estão reunidas no espaço e disseminadas.

Astrônomos já descobriram moléculas orgânicas complexas (OMs) em vários locais associados à formação de planetas e estrelas. OMs são moléculas com mais de cinco átomos, dos quais pelo menos um é carbono. Muitas delas são consideradas blocos de construção da vida, como aminoácidos e ácidos nucleicos ou seus precursores. A descoberta de 17 COMs no disco protoplanetário de V883 Orionis, incluindo etilenoglicol e glicolonitrila, fornece uma peça do quebra-cabeça há muito procurada na evolução dessas moléculas entre os estágios que precedem e seguem a formação de estrelas e seus discos de formação de planetas. A glicolonitrila é um precursor dos aminoácidos glicina e alanina, bem como da nucleobase adenina. As descobertas foram publicadas hoje no Astrophysical Journal Letters .

A montagem de moléculas prebióticas começa no espaço interestelar

A transição de uma protoestrela fria para uma estrela jovem cercada por um disco de poeira e gás é acompanhada por uma fase violenta de gás em choque, radiação intensa e rápida ejeção de gás. Tais processos energéticos podem destruir a maior parte da química complexa reunida durante os estágios anteriores. Portanto, os cientistas elaboraram o chamado cenário de "reinicialização", no qual a maioria dos compostos químicos necessários para a evolução da vida teriam que ser reproduzidos em discos circunstelares durante a formação de cometas, asteroides e planetas.

“Agora parece que o oposto é verdadeiro”, aponta Kamber Schwarz, cientista e coautor do MPIA. “Nossos resultados sugerem que os discos protoplanetários herdam moléculas complexas de estágios anteriores, e a formação de moléculas complexas pode continuar durante o estágio de disco protoplanetário.” De fato, o período entre a fase protoestelar energética e o estabelecimento de um disco protoplanetário seria, por si só, curto demais para que COMs se formassem em quantidades detectáveis. 

Como resultado, as condições que predefinem os processos biológicos podem ser generalizadas, em vez de serem restritas a sistemas planetários individuais.

Astrônomos encontraram as moléculas orgânicas mais simples, como o metanol, em regiões densas de poeira e gás que antecedem a formação das estrelas. Em condições favoráveis, elas podem até conter compostos complexos, incluindo etilenoglicol, uma das espécies agora descobertas em V883 Orionis. "Recentemente, descobrimos que o etilenoglicol pode se formar pela irradiação UV de etanolamina, uma molécula recentemente descoberta no espaço", acrescenta Tushar Suhasaria, coautor e chefe do Laboratório de Origens da Vida do MPIA. "Essa descoberta corrobora a ideia de que o etilenoglicol pode se formar nesses ambientes, mas também em estágios posteriores da evolução molecular, onde a irradiação UV é dominante."

Agentes mais evoluídos e cruciais para a biologia, como aminoácidos, açúcares e nucleobases que compõem o DNA e o RNA, estão presentes em asteroides, meteoritos e cometas no Sistema Solar.

Enterrado no gelo – ressurgido pelas estrelas

As reações químicas que sintetizam esses COMs ocorrem em condições frias, preferencialmente em grãos de poeira gelada que posteriormente coagulam para formar objetos maiores. Escondidos nessas misturas de rocha, poeira e gelo, eles geralmente permanecem indetectáveis. O acesso a essas moléculas só é possível escavando-as com sondas espaciais ou por aquecimento externo, que evapora o gelo.

No Sistema Solar, o Sol aquece os cometas, resultando em impressionantes caudas de gás e poeira, ou comas, essencialmente envoltórios gasosos que circundam os núcleos cometários. Dessa forma, a espectroscopia – a dissecação da luz em forma de arco-íris – pode captar as emissões de moléculas liberadas. Essas impressões digitais espectrais ajudam os astrônomos a identificar as moléculas previamente enterradas no gelo.

Um processo de aquecimento semelhante está ocorrendo no sistema V883 Orionis. A estrela central continua crescendo, acumulando gás do disco circundante, até que eventualmente acenda o fogo de fusão em seu núcleo. Durante esses períodos de crescimento, o gás em queda se aquece e produz intensas explosões de radiação. "Essas explosões são fortes o suficiente para aquecer o disco circundante até ambientes que, de outra forma, seriam gelados, liberando as substâncias químicas que detectamos", explica Fadul.

“Moléculas complexas, incluindo etilenoglicol e glicolonitrila, irradiam em radiofrequências. O ALMA é perfeitamente adequado para detectar esses sinais”, diz Schwarz. Os astrônomos do MPIA obtiveram acesso a este radiointerferômetro através do Observatório Europeu do Sul (ESO), que o opera no deserto chileno do Atacama, a uma altitude de 5.000 metros. O ALMA permitiu que os astrônomos localizassem o sistema V883 Orionis e buscassem assinaturas espectrais tênues, o que levou às detecções.

Mais desafios pela frente

“Embora este resultado seja empolgante, ainda não desvendamos todas as assinaturas que encontramos em nossos espectros”, diz Schwarz. “Dados de maior resolução confirmarão as detecções de etilenoglicol e glicolonitrila e talvez até revelem substâncias químicas mais complexas que ainda não identificamos.”

“Talvez também precisemos observar outras regiões do espectro eletromagnético para encontrar moléculas ainda mais evoluídas”, aponta Fadul. “Quem sabe o que mais podemos descobrir?”

Instituto Max Planck de Astronomia