Fontes hidrotermais e a origem da vida: estudo aponta papel crucial de fontes termais terrestres

Uma das maiores incógnitas científicas é a origem da vida na Terra. Pesquisas frequentemente se concentram no papel das fontes hidrotermais de águas profundas – estruturas imponentes no fundo do oceano que expelem constantemente uma mistura de material orgânico e inorgânico.

Dentro dessas plumas existem minerais chamados sulfetos de ferro, que cientistas acreditam terem ajudado a desencadear reações químicas iniciais que criaram a vida. Esses mesmos minerais também são encontrados em fontes termais atualmente, como a Grand Prismatic Spring no Parque Nacional de Yellowstone, nos Estados Unidos. Fontes termais são corpos de água subterrânea aquecidos pela atividade vulcânica sob a superfície da Terra.

Uma nova pesquisa contribui para um corpo de evidências crescente, embora ainda pequeno, de que versões antigas dessas fontes termais podem ter desempenhado um papel crucial no surgimento da vida na Terra. Isso ajuda a preencher a lacuna entre hipóteses conflitantes sobre onde a vida poderia ter surgido.

Da geoquímica à biologia

A fixação de carbono é o processo pelo qual organismos vivos convertem dióxido de carbono, no ar e dissolvido na água, em moléculas orgânicas. Muitas formas de vida, incluindo plantas, bactérias e microrganismos conhecidos como arqueias, possuem diferentes vias para alcançar isso. A fotossíntese é um exemplo.

Cada uma dessas vias contém uma cascata de enzimas e proteínas, algumas das quais contêm núcleos feitos de ferro e enxofre. Proteínas com esses aglomerados de ferro-enxofre são encontradas em todas as formas de vida. De fato, pesquisadores propõem que elas remontam ao Último Ancestral Universal Comum – uma célula ancestral antiga da qual os cientistas propõem que a vida como a conhecemos evoluiu e se diversificou.

Sulfetos de ferro são minerais que se formam quando o ferro dissolvido reage com sulfeto de hidrogênio – o gás vulcânico que faz as fontes termais cheirarem a ovos podres. Se você observar de perto a estrutura desses sulfetos de ferro, verá que alguns deles se parecem muito com os aglomerados de ferro-enxofre.

Essa conexão entre sulfetos de ferro e fixação de carbono levou alguns pesquisadores a propor que esses minerais desempenharam um papel crucial na transição da geoquímica da Terra primitiva para a biologia.

Uma pesquisa recente expande esse conhecimento investigando a atividade química dos sulfetos de ferro em fontes termais terrestres antigas, que possuem geoquímica semelhante às fontes hidrotermais de águas profundas.

Câmara personalizada

Foi construída uma pequena câmara para simular ambientes de fontes termais na Terra primitiva. Amostras de sulfeto de ferro sintetizadas foram espalhadas pela câmara. Algumas eram puras; outras foram dosadas com outros metais comumente encontrados em fontes termais. Uma lâmpada acima dessas amostras simulava a luz solar na superfície da Terra primitiva. Lâmpadas diferentes foram usadas para imitar a iluminação com diferentes quantidades de radiação ultravioleta.

Dióxido de carbono e gás hidrogênio foram bombeados constantemente pela câmara. Esses gases foram demonstrados como importantes para a fixação de carbono em experimentos com fontes hidrotermais de águas profundas.

Todas as amostras de sulfeto de ferro sintetizadas foram capazes de produzir metanol, um produto da fixação de carbono, em diferentes extensões. Esses resultados mostraram que os sulfetos de ferro podem facilitar a fixação de carbono não apenas em fontes hidrotermais de águas profundas, mas também em fontes termais terrestres.

A produção de metanol também aumentou com a irradiação de luz visível e em temperaturas mais altas. Experimentos com diferentes temperaturas, iluminação e teor de vapor d’água demonstraram que os sulfetos de ferro provavelmente facilitaram a fixação de carbono em fontes termais terrestres na Terra primitiva.

Uma via antiga

Experimentos adicionais e cálculos teóricos revelaram que a produção de metanol ocorreu por meio de um mecanismo chamado mudança reversa do gás água. Uma reação semelhante é vista na via que algumas bactérias e arqueias usam para transformar dióxido de carbono em alimento. Essa via é chamada de via “acetil-CoA” ou “Wood-Ljungdahl”. Propõe-se que seja a forma mais antiga de fixação de carbono que surgiu na vida primitiva.

A semelhança entre os dois processos é interessante porque o primeiro acontece em terra firme, na borda de fontes termais, enquanto o último ocorre no ambiente úmido dentro das células. O estudo demonstra a produção de metanol em uma ampla gama de condições que poderiam ter sido encontradas nas fontes termais da Terra primitiva. Os resultados expandem a gama de condições em que os sulfetos de ferro podem facilitar a fixação de carbono, mostrando que isso pode acontecer tanto no mar profundo quanto em terra, embora por mecanismos diferentes.

Esses resultados corroboram o consenso científico atual de que os aglomerados de ferro-enxofre e a via acetil-CoA são antigos e provavelmente desempenharam um papel importante no surgimento da vida – independentemente de ter acontecido em terra ou no fundo do mar.