Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 24 — páginas 21 a 40
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Assuntos identificados: elementos, mecanismo, carbono, terra, forma, partir, engrenagens, sistema, foguete, local.
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21 Os cem anos da relatividade geral pele é a casa de cerca de 1000 espécies, os filos mais encontrados nas regiões sebáceas são: Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes, Propionibacteria e Staphylococci. Algumas bactérias habitam toda a pele, porém são mais encontradas em algumas regiões. Um exemplo é a bactéria Staphylococcus aureus, que é encontrada em todo o corpo, predominando nas narinas. O problema da radiação UV No espaço, por melhor que seja a blindagem da nave ou do traje, sempre há a passagem de algum tipo de radiação para o organismo, desde elétrons acelerados a radiação ultravioleta. Na Terra, o campo magnético desvia os elétrons acelerados e 90% da radiação ultravioleta atravessa as nuvens e gera espécies reativas de oxigênio, como o ozônio estratosférico. A radiação UVA (320 a 400 nm) provoca o bronzeamento imediato e tardio e contribui pouco para a queimadura e o eritema, a vermelhidão na pele que acontece devido à vasodilatação dos capilares cutâneos. Por ter comprimentos de onda mais longos, a UVA penetra mais profundamente na pele atingindo a derme e a gordura subcutânea. A exposição crônica a esta radiação provoca degeneração do tecido cutâneo, que é observado em casos de fotoenvelhecimento e fotocarcinogênese; e provoca também a imunossupressão. A UVB (290 a 320 nm) produz os efeitos mais nocivos pois distribui muito mais energia por área da pele. É a principal AstroNova . N.24 . 2019 Alcance dos diferentes tipos de UV na pele humana quando comparados com a luz visível e o infravermelho e seus efeitos. Fonte: https://pt.slideshare.net/larissapaulo98/fotoproteo-53692621 Os astronautas da Estação Espacial Internacional também são submetidos a exames no espaço e a treinamentos para emergências.
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22 AstroNova . N.24 . 2019 responsável por queimaduras solares, inflamação da pele, eritema tardio, ou seja, vermelhidão algum tempo após a exposição, e alterações na pigmentação da pele. É este tipo de ultravioleta que causa as lesões na pele e nos olhos de pessoas que vivem em regiões polares ou de altitude, pois é totalmente refletida pela neve. Os efeitos da exposição crônica são os mesmos do UVA, porém mais intensos. A radiação UVC (110 a 290 nm) não chega à superfície da Terra por conta da absorção deste tipo de UV pela camada de ozônio. Entretanto estamos expostos a fontes artificias desta radiação. As lâmpadas de vapor de mercúrio utilizadas em iluminação noturna emitem UVC com baixa intensidade. Esta radiação limita-se a superfície da pele podendo causar algum efeito carcinogênico e afetando a biota cutânea, o que pode levar ao surgimento de desequilíbrio que possa causar infecções, patogenias e provocar problemas num simples corte de pele. Um outro fator muito importante a ser considerado é que todos estes tipos de radiação UV também danificam materiais. No caso de uso de materiais plásticos, a radiação pode provocar degradação do material e geração de resíduos tóxicos que podem ser inalados, ingeridos ou absorvidos pela pele. Os futuros habitantes de Marte precisarão de soluções que tornem viáveis sua sobrevivência em ambientes hostis como Lua, Marte, Europa ou Encélado. E estas respostas só encontraremos com muita pesquisa científica. Melissa Gregorio é graduanda em Medicina pela Universidade Federal da Fronteira Sul (UFFS - Campus Passo Fundo) e Presidente da Liga Acadêmica de Dermatologia da UFFS/ABLAM.. Astronauta Akihiko Hoshide (JAXA) realizando coleta de sangue na Estação Espacial Internacional. Bibliografia EmicoOkuno, Maria A. C. Vilela. Radiação ultravioleta: características e efeitos. Livraria da Física. 2005. Thomas P. Habif. Dermatologia clínica. MosbyElsevier.
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23 Rafael Cândido Jr. [email protected] O ano de 2019 foi declarado pela Unesco o Ano Internacional da Tabela Periódica devido aos 150 anos de sua primeira publicação. Entretanto, as tentativas de organização dos elementos são tão antigas quanto a humanidade. Neste artigo, vamos conhecer um pouco sobre esta história. Metais, sais, essências e magia O conhecimento prático do que chamamos atualmente de Química é conhecido desde as primeiras civilizações. A manipulação de metais para a construção de armas, cerâmica para a construção de recipientes e até mesmo o uso de rocha calcária para se fazer um cimento primitivo foi essencial nas civilizações da Mesopotâmia, China a Egito. Mas é no Egito, que esse conhecimento começa a ter maior importância. O povo egípcio acreditava que após o sepultamento a alma voltaria para reencontrar o corpo, logo o corpo não poderia apodrecer. Assim, foram encontradas substâncias que faziam com que o corpo não se degradasse. Apenas alguns sacerdotes conheciam o segredo dessas substâncias, que envolvia o uso de sais, mais especificamente o natrão (carbonato de sódio) e essências. Os corpos tinham suas vísceras removidas e eram imersos em banhos desse sal por vários dias e posteriormente envoltos em faixas de linho embebidas em essências. Esse conhecimento prático tinha o nome de khemeia, que envolvia também os conhecimentos para os trabalhos em ouro, prata, ferro e um material que chegou a ser um dos mais caros na época: vidro. Os 150 anos da Tabela Periódica HISTÓRIA DA CIÊNCIA
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Mas a khemeia não era apenas um conjunto de conhecimentos de materiais e substâncias, ela estava permeada de misticismo e de superstições. E isto não acontecia apenas entre os egípcios, o conhecimento equivalente na Mesopotâmia também estava relacionado ao misticismo e, principalmente, ao que era observado no céu. Foi ali que surgiu a correlação entre o ouro e o Sol. Os elementos O conceito de elemento é muito antigo. Diferentes culturas consideravam que toda a complexidade vista no mundo era resultado das combinações entre coisas fundamentais. E que coisas eram estas? Os sumérios consideravam que tudo o que existia era formado pelo mar, terra, vento e céu. Os chineses tinham 5 elementos fundamentais, denominados wu xing: fogo, terra, metal, água e madeira; e consideravam que estes elementos não apenas formavam as substâncias como também estariam ligados à vitalidade da pessoa, um desequilíbrio nestes elementos seria a causa de doenças. Um pensamento semelhante era encontrado entre os hindus. Seus cinco elementos eram terra, água, fogo, vento e o vazio, também denominado imaterial. Sobre este último, alguns historiadores citam que foi essa a ideia que fez surgir o número zero na matemática da civilização hindu. Entre os gregos, foi o filósofo Empédocles que chegou na definição dos 4 elementos: ar, terra, água e fogo. A partir das combinações destes elementos eram obtidas diferentes condições: quente, seco, úmido e frio. Heráclito propôs que houvesse um elemento denominado ápeiron, que era o infinito, o ilimitado, porém esta ideia foi rejeitada por Empédocles. Os filósofos Platão, Filolau e Aristóteles postularam que o quinto elemento seria a matéria com a qual eram feitos o céu e todas as coisas vistas nele: estrelas, planetas, Sol e Lua; sendo inexistente na Terra. Foi essa linha de pensamento que persistiu na Europa por quase 2000 anos, sendo absorvida pelo Cristianismo, cujos filósofos deram o nome de quintessência ao elemento proposto por Platão e citavam que o conceito de vazio dos hindus era um absurdo, a ponto de chama-lo de horror vacui, horror ao vazio em latim. Estas ideias persistiram até o Renascimento, muito por força da Igreja Católica. AstroNova . N.24 . 2019 24 Os 4 elementos de Empédocles e as suas combinações. Fogo grego. Gravura do CodexSkylitzes, Biblioteca Nacional de Madrid. Acima do barco à esquerda está escrito em grego: A marinha romana incinera os barcos dos inimigos.
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25 Fogo grego e espírito árabe Após a queda do Império Romano do Ocidente, os conhecimentos relacionados com a khemeia se mantiveram no Império Romano do Oriente, o qual chamamos atualmente de Império Bizantino. Destaca-se nesta época o uso pela marinha bizantina de uma arma de guerra denominada fogo grego. Consistia de um dispositivo que vertia material inflamável líquido sobre navios inimigos de modo que o fogo se mantinha sobre a água do mar. Até hoje a formulação do fluido do fogo grego não é conhecida, sendo um dos maiores segredos de armamentos até hoje. Alguns historiadores presumem que, como o Império Bizantino tinha domínios territoriais e comércio com regiões que hoje produzem petróleo, os bizantinos poderiam ter desenvolvido um processo de obtenção de óleos inflamáveis. A partir do século 6, a expansão do islã transferiu o eixo do conhecimento de Constantinopla para Bagdá e foi nesse cenário histórico que a khemeia ganhou o nome árabe de al-kimia. Além das necessidades de se obter metais para armamentos, devido à religião islâmica, a pessoa deve se apresentar limpa para rezar e não pode consumir bebidas alcoólicas. Foi a partir destas e outras necessidades que os árabes desenvolveram processos como a destilação, cristalização, filtração e amalgamação de metais. O alquimista Jabir ibn Hayyam (721 – 815) é considerado o pai da Química tanto pelas suas invenções quanto por suas descobertas, dentre elas a invenção do alambique, o processo da cristalização de sais, a separação do ácido cítrico, a partir de limões e laranjas, do ácido acético, a partir do vinagre, e do ácido tartárico, a partir de resíduos de fabricação de vinho. A primeira classificação química foi realizada por Jabir e dividia as substâncias em: - espíritos: substância que vaporizam ao calor: sal amoníaco, mercúrio, arsênico, enxofre, cânfora. - metais: ouro, prata, chumbo, estanho, cobre, ferro. - não-maleáveis: substâncias que podem ser transformadas em pós. Utilizando as combinações dos 4 elementos proposta por Empédocles, Jabir propôs que todos os metais foram formados a partir de diferentes combinações de enxofre (que possuía as qualidades de quente e seco) e mercúrio (que possuía as qualidades de frio e úmido). Apesar de errado, foi a partir deste conceito que a busca pela pedra filosofal, que converteria metais comuns como ferro e chumbo em ouro, voltou com mais força (pois esse sonho da alquimia também era comum nos tempos do Império Romano). A Revolução Boyleana A alquimia, apesar dos avanços AstroNova . N.24 . 2019 Retrato de Jabir ibn Hayyam feito na Europa no século 14, onde seu nome foi “latinizado” para Geber. Biblioteca Médica Laurenziana, Florença, Itália. Capa do livro The Sceptical Chymist, Robert Boyle, 1661.
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26 AstroNova . N.24 . 2019 realizados pelos árabes, sempre esteve carregada de conceitos místicos. A ponto de muitos alquimistas escreverem seus relatos em forma hermética, ou seja, usando palavras código, poesias e parábolas para descrever seus experimentos. Em 1661, as livrarias de Londres recebem o livro The Sceptical Chymist (O químico cético), escrito pelo filósofo natural Robert Boyle. Em sua obra, Boyle afirma que nenhum experimento comprova que as substâncias químicas tenham correlação com os elementos de Empédocles e que todas as hipóteses deveriam ser validadas com experimentos. Tabela de substâncias simples de Lavoisier. Notam-se substâncias como o enxofre (soufre), cobre (cuivre), nitrogênio (azote), oxigênio (oxygène) e, para a época, fluido calórico (calorique) e luminoso (lumière). Além disso, foi o primeiro livro a sistematizar os nomes dos compostos químicos. Foi com essa obra que a Alquimia se transmutou em uma ciência moderna, a Química. Os novos elementos O livro de Boyle foi um marco fundamental na experimentação química, tanto que foi traduzido e inspirou Antoine Lavoisier em seus trabalhos. E é em seu livro Traité Élémentaire de Chimie (1789) que há a primeira definição moderna de elemento químico: toda substância que não pode ser decomposta por uma reação química. Lavoisier também apresentou 33 substâncias elementares e dividiu os elementos em simples, metálicos, não- metálicos e terrosos. Baseando-se na Lei da conservação de massa de Lavoisier, Joseph Louis Proust sistematizou a Lei das proporções definidas, que conhecemos na escola nas aulas de balanceamento de reações químicas. Essas duas leis abriram o caminho para que o inglês John Dalton apresentasse a Teoria Atômica, na qual todas as substâncias são formadas por átomos de elementos químicos em proporções bem definidas. Em busca de uma ordem dos elementos Em 1817, o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner observou que os elementos poderiam ser agrupados em grupos de três elementos: tríades. Nestas tríades, agrupavam-se elementos com características químicas semelhantes. O parafuso telúrico de Chancourtois visto de forma plana, cilíndrica e seu modelo original.
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AstroNova . N.24 . 2019 27 Em 1862, o geólogo francês Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois criou uma organização dos elementos por massa atômica em forma espiral denominada parafuso telúrico. Foi notada a periodicidade das propriedades químicas, porém seu trabalho dava ênfase a aspectos geológicos dos elementos. Em 1864, o químico alemão Julius Lothar Meyer publicou uma tabela dos 44 elementos conhecidos na época arranjados conforme a sua valência. Esta tabela mostrava que elementos com a mesma valência compartilhavam propriedades similares. Foi em 1869 que o químico russo Dmitri Mendeleiev apresentou uma tabela que apresentava duas inovações: - espaços vazios para elementos que ainda seriam encontrados, porém com propriedades químicas estimadas (o que de fato ocorreu, os elementos eka- boro e eka silício, denominados por Mendeleiev, foram descobertos anos depois e denominados gálio e germânio); - troca dos elementos adjacentes telúrio e iodo, ignorando neste caso a ordem sugerida pelas massas atômicas; de modo que estes elementos ficaram em suas famílias químicas corretas. No início do século 20, Frederick Soddy e Ernest Rutherford constataram que a emissão de radioatividade por alguns elementos químicos resultava em elementos químicos diferentes e que existiam átomos do mesmo elemento químico, mas com massas atômicas diferentes. A estes átomos deu-se o nome de isótopos. Assim, a massa atômica não era uma propriedade que poderia definir unicamente um elemento. O número atômico, ou seja, a quantidade de prótons que um elemento tem no núcleo é o que identifica um elemento químico e isto define a posição de um elemento na tabela periódica. Os 150 anos da tabela periódica Com o desenvolvimento científico e tecnológico foi possível encontrar novos elementos químicos e também sintetizar elementos químicos que não são encontrados na Natureza. O último elemento natural é o urânio, de número atômico 92. Os elementos de número atômico 93 em diante são sintetizados em laboratórios de Física Nuclear e recebem o nome de elementos transurânicos. O primeiro elemento transurânico Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834 - 1907)
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28 AstroNova . N.24 . 2019 encontrado foi o neptúnio, de número atômico 93, no ano de 1939. Entretanto, os elementos transurânicos são instáveis, devido aos seus núcleos pesados, emitem radioatividade e decaem em outros elementos muito rapidamente, tornando difícil a sua detecção e caracterização. Durante a Guerra Fria, diferentes laboratórios nos EUA e na URSS chegavam aos mesmo elementos, iniciando uma disputa sobre qual nome o novo elemento receberia. Em 1955, a universidade da Califórnia sintetizou o elemento químico de número atômico 101, em homenagem a Mendeleiev recebeu o nome de mendelévio (Md). Atualmente, as pesquisas sobre novos elementos químicos buscam encontrar a chamada ilha da estabilidade, uma região da tabela periódica na qual são previstos elementos superpesados mas que conseguem manter-se estáveis sem sofrer decaimento radioativo. Rafael Cândido Jr. é membro fundador do grupo Arcturus. É graduado e mestre em Engenharia Química (USP) e doutorando em Engenharia Aeroespacial (ITA). Dica de leitura: O sonho de Mendeleiev, de Paul Strathern. Primeira publicação da tabela de Mendeleiev em 1869 no periódico alemão ZeitschriftfürChemie. Tabela periódica de Mendeleiev de 1871, editada e organizada de modo que os elementos estão agrupados em Gruppe (equivalente ao que hoje denominamos famílias ou grupos) e Reihen (equivalente ao que hoje denominamos período).
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1331 CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Júlia Catarina Bastos Araújo [email protected] Dentre as grandes questões formuladas ao longo da história da humanidade, a pergunta “há vida em outros planetas?” pode ser considerada uma das mais intrigantes. A ideia da existência de outra(s) forma(s) de vida em lugares além da Terra foi, inclusive, matéria-prima de inúmeros debates e considerações realizados há muito tempo e que se prolongam até hoje. Destaca-se, inicialmente, a Filosofia e suas personalidades como Demócrito (460 a.C-370 a.C.), Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.), Epicuro (341 a.C-271 a.C.), Lucrécio (99-55 a.C), Santo Agostinho (354-430), entre outros, que teceram ideias a respeito da vida extraterrestre e contribuíram, assim, para o desenvolvimento de diversas teorias e conhecimentos sobre o assunto. A cosmologia aristotélica, por exemplo, dividia o mundo em duas partes: sublunar e supralunar. A primeira seria terrestre, sujeita à mudanças e impermanências. Já a segunda seria celeste, imutável e incorruptível. Aristóteles negava a possibilidade da existência de vida extraterrestre. De acordo com o filósofo, a vida por si só exige mutabilidade e transformações. Sua natureza necessita do devir, do movimento natural das coisas. Sendo assim, não seria possível que ela se desenvolvesse fora da Terra já que no mundo supralunar A subjetividade do conceito de VIDA A subjetividade do conceito de VIDA
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32 AstroNova . N.24 . 2019 isso não aconteceria. Indo de encontro aos ideais aristotélicos, os atomistas Leucipo e Demócrito possuíam a perspectiva de um cosmos infinito. Eles imaginavam que a matéria era composta de uma parte menor, o átomo, que se repetia constituindo algo maior. Entendiam que a água, por exemplo, seria formada de microscópicas gotinhas da substância. O raciocínio, inclusive, estendeu-se a nível astronômico. Os filósofos afirmavam que a Via Láctea era formada de inúmeras estrelas que se localizavam a longas distâncias entre si e, portanto, forneciam a ela seu aspecto nebuloso. Os pré-socráticos, além de terem acertado em suas colocações, realizavam o fazer científico de forma extremamente similar ao modo utilizado atualmente: explicavam o visível pelo invisível. Ainda sob a ótica da Cosmologia e de sua natural vastidão, Epicuro sustentava a ideia de diversos mundos e a possibilidade desses serem habitados. Segundo ele, seria improvável que somente a Terra possuísse vida na imensidão do Universo. Isso contrariava Aristóteles, que pode ser considerado simultaneamente um dos maiores nomes da Filosofia e aquele que mais cometeu erros na história da ciência. Além disso, Epicuro deixou seu legado por meio de outros grandes nomes da filosofia, que seguiam seu sistema de conduta. O epicurista Lucrécio no poema “De Rerum Natura” (“Sobre a Natureza das Coisas”) reafirma a ideia da existência de vida extraterrestre. Segundo ele “...é improvável no mais alto grau que esta terra e este céu sejam os únicos que existam... Portanto, devemos nos dar conta de que há outros mundos em outras partes do universo, com diferentes raças de homens e animais.” Posteriormente, com o surgimento da Astrobiologia, a vida tornou- se objeto de estudo de uma nova ciência que, além de fascinante, apresenta caráter transdisciplinar. A Astrobiologia questiona a estrutura clássica do fazer científico. Ela busca responder grandiosas questões por meio da observação do objeto de estudo através de diversas perspectivas simultaneamente. Pesquisadores de diferentes áreas reúnem-se e trabalham juntos. Suas respectivas linguagens e lógicas acabam por convergir, ampliando o universo de raciocínios descobertos e a possibilidade de obtenção de novos conhecimentos. Tal característica faz-se imprescindível num campo que lida com questões tão vastas e fundamentais. Ainda, entende-se frequentemente o processo de compreensão de um objeto ou conceito como a formulação de uma definição. Isso, porém, foge ao entendimento científico do que é, de fato, entendê- los. Na ciência, as respostas de questionamentos não são definitivos. A astrobiologia trabalha com perguntas que comumente resistem a definibilidade devido ao seu caráter extremamente subjetivo. A grande questão “O que é a vida?” possui essa característica. Sabemos o que é vida, mas não se sabe explicá-la de uma forma universal. Ainda, o conceito de vida está diretamente ligado ao sujeito. Suas
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33 experiências com o mundo e aqueles que o constituem irão diferenciar o que é vivo do que não é. Um ser vivo estabelece uma relação muito mais complexa com o sujeito do que um ser inanimado. Diante do exposto, a tentativa de definir algo tão complexo acaba sendo, de certa forma, inviável. Por vezes, definições amplas são estabelecidas e acabam por incluir demais. Em outros casos, com definições estreitas, pode-se restringir demais o conceito, deixando de fora exemplares consideráveis. Sendo assim, nota-se que o conceito de vida apresenta inúmeras possíveis definições que variam de acordo com o ponto de vista a ser abordado. Sob os olhos da teologia, por exemplo, o termo assume significado metafísico e espiritual. Se analisado pela ótica da psicologia, porém, admite-se a existência de vida caso haja a manifestação psíquica de um indivíduo. Percebe-se, ainda, a frequente presença da figura do homem no entendimento do ideal. A ideia de vida, para nós, parece estar raramente desvinculada à concepção de vida humana, o que revela uma antropocêntrica e, por vezes, simplista forma de entender o mundo. Dessa forma, percebe-se que a busca de uma definição e origem para vida está ligada a uma procura de pertencimento, de uma ancestralidade. Isso comumente leva a uma questão ainda maior: “Qual a origem da vida?” Ao longo da história, muito se foi discutido a respeito desse questionamento. Teceu-se então duas principais correntes teóricas: a Abiogênese e Biogênese. A primeira defende a possibilidade da vida ter surgido a partir de matéria não viva. Encontram-se Aristóteles, Darwin, Oparin, Haldane, Urey, Miller, entre outros, como importantes defensores da teoria. Já abordado anteriormente, Aristóteles acreditava na “Pneuma”, matéria divina que originaria a vida e seria um estágio de perfeição logo abaixo da alma humana. Darwin, em contrapartida, fez considerações a respeito dos surgimentos dos primeiros seres vivos. Segundo ele, a vida em si teria surgido de uma poça de um caldo nutritivo que continha sais de fósforo, amônia, luz, calor e eletricidade (provenientes do meio da Terra primitiva). Esses transformariam-se em compostos mais complexos que, em seguida, dariam origem a vida. AstroNova . N.24 . 2019
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34 AstroNova . N.24 . 2019 Oparin e Haldane, com seus estudos bioquímicos, foram um pouco mais adiante. Suas hipóteses eram pautadas na gradual transformação de compostos químicos simples em moléculas de extrema importância para a vida, como proteínas e carboidratos. Elas, por sua vez, desenvolveriam um metabolismo primitivo. Posteriormente, com a queda de temperatura do planeta e o consequente resfriamento de mares, lagos e oceanos, substâncias maiores e um pouco mais complexas foram formadas, os coacervados (aglomerados proteicos envolvidos por água que podem ser considerados os precursores das células). Esses evoluíram e deram início às primeiras formas de vida. Com o intuito de provar essa hipótese, Urey e Miller realizaram um experimento que comprovou a possibilidade da formação de matéria orgânica a partir da inorgânica. Em compensação, a prática continha alguns problemas. Ela não simulava corretamente a atmosfera da Terra primitiva (pensava-se que ela era redutora como a dos Gigantes Gasosos, porém esse fato foi refutado posteriormente) e trabalhava com um ambiente fechado, livre de alterações ou influências, o que não condiz com a realidade da época. Ainda assim, a obtenção de aminoácidos a partir de carbono, água, amônio, metano e faíscas, foi fato surpreendente que acabou por fornecer créditos a teoria da geração espontânea (Abiogênese). Contrariando essa crença, personalidades como Hurley e Pasteur defendiam a Biogênese, ou seja, a crença de que a vida se originou de seres vivos preexistentes. A principal teoria dentro dessa corrente é a Panspermia. Essa, por sua vez, discute a possibilidade de que a vida, microbiana ou não, seja distribuída pelo Universo por meio de corpos celestes. Isso pode ocorrer naturalmente ou de forma artificial. Dessa forma, a vida teria sido originada a partir de matéria prima oriunda do espaço. Além disso, pode-se classificar Panspermia em três tipos: Balística, Lithopanspermia Síntese de moléculas orgânicas e formação de estruturas coacervadas Experimento de Urey-Miller
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35 AstroNova . N.24 . 2019 ou Panspermia Dirigida. As duas primeiras afirmam que o processo de transferência do material biológico se deu de forma natural. Elas divergem unicamente na escala desse acontecimento. Segundo a Panspermia Balística, esse evento ocorreu a nível de um mesmo sistema estelar, enquanto de acordo com Lithopanspermia, isso teria ocorrido a nível interestelar, de um sistema a outro. A Panspermia Dirigida, por sua vez, dialoga a respeito da possibilidade da vida ter sido distribuída por uma civilização alienígena avançada propositalmente ou até mesmo ser transmitida da Terra para outros planetas por seres humanos. Essas três, porém, admitem a ideia da existência de outras formas de vida no Universo. Isso remete a outra importante questão: “Onde está o outro?” Ou ainda, “Onde está todo mundo?”. Diante da imensidão do Universo e da quase imensurável quantidade de corpos celestes, entende-se que a probabilidade de existir vida extraterrestre é muito grande, principalmente uma similar a nossa. Sabe-se ainda que, viajando a 1% da velocidade da luz, demoraria poucos milhões de anos para que uma forma de vida inteligente conseguisse se espalhar por toda a galáxia. Entretanto, até o presente momento, não se obteve nenhuma evidência de sua existência. Sendo assim, onde de fato está todo mundo? Essa dúvida estabelece o Paradoxo de Fermi. Em 1950, Enrico Fermi chegou a esse questionamento enquanto conversava com seus amigos. Posteriormente, seu raciocínio foi quantificado na chamada Equação de Drake. Essa fornece uma previsão do número de civilizações na galáxia que seriam capazes de realizar comunicação interestelar, relacionando por meio de um produto fatores como taxa de formação estelar, fixação de estrelas com planetas, fração de planetas habitáveis que desenvolverão vida, fração de planetas com vida que desenvolverão inteligência, fração de planetas com inteligência que desenvolverão comunicação interestelar e, por fim, duração de uma civilização durante a fase de comunicação interestelar.
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34 AstroNova . N.22 . 2019 Em contrapartida, como pouco desses fatores podem ser estimados com uma certa confiança, o resultado possui uma grande taxa de variação, que pode ir de menos de um acerca de milhões de civilizações. Ainda, mesmo com cálculos otimistas, a estimativa da existência dessas civilizações é baixa e corresponderia a 25. Esse número, apesar de levemente desanimador, serve como um norte para às pesquisas. Diante disso, os astrobiólogos devem buscar formas de vida não tão complexas e resistentes. Como não se pode imaginar algo que não se conhece, esses profissionais procuram por seres como os extremófilos, bactérias ou archeas capazes de viver em condições comumente letais a grande parte de organismos semelhantes a nós. Isso, porém, acaba por deixar e criar ainda mais questões a serem respondidas. Como eles se originariam em outros planetas? Como sobreviveram no espaço? A crença de que não estamos completamente sozinhos apoia-se nesses seres. Porém, muito ainda deve ser estudado. Júlia Catarina Bastos Araújo cursa licenciatura em Química pela UFRJ Sugestão de leitura: Astrobiologia: Uma Ciência Emergente
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Ciclo do carbono e seu contexto astrobiológico DO MICRO AO MACRO 1337 ASTROBIOLOGIA Vitor André Rodrigues [email protected] O carbono está presente em todos os seres vivos, toda vida que conhecemos baseia- se nesse elemento. Ele compõe as biomoléculas: aminoácidos, carboidratos, ácidos nucleicos e os lipídeos. Está presente na atmosfera nas formas de dióxido de carbono (CO), 2 metano (CH), monóxido de 4 carbono (CO), entre outros. O ciclo do carbono está Ciclo do carbono e seu contexto astrobiológico DO MICRO AO MACRO ligado também ao efeito estufa e, consequentemente, ao aquecimento global. A maior parte do carbono em nosso planeta está na forma inorgânica, sendo encontrado, principalmente, em rochas sedimentares e nos carbonatos dissolvidos nas águas. O ciclo biogeoquímico do carbono envolve fatores geológicos e processos químicos, os quais podem envolver ou não a participação de organismos vivos. O ciclo é constituído por três classes de processos químicos: trocas entre a atmosfera e os oceanos, reações assimilativas e desassimilativas do carbono e a precipitação de carbonatos nos oceanos. As reações assimilativas consistem em processos que transformam o carbono inorgânico em compostos
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orgânicos ocorrendo nos processos de fotossíntese e quimiossíntese. Ambos processos utilizam o dióxido de carbono como base para a produção de compostos orgânicos, sendo a grande diferença entre os dois o uso de energia solar na fotossíntese. A obtenção de energia ocorre também através da assimilação de compostos orgânicos, como ocorre nas respirações anaeróbicas e aeróbicas. A fotossíntese é realizada por diversos seres (cianobactéria, plantas, algas) como forma de obter matéria orgânica a partir da inorgânica. Nesse processo, o dióxido de carbono (CO) 2 na atmosfera é incorporado pelas plantas, enquanto na água os carbonatos que são incorporados pelas algas. Água é hidrolisada por meio da energia proveniente da luz solar e o CO é a fonte 2 inorgânica de carbono. Como resultado, oxigênio e carboidratos são formados, como visto na equação (1). Há também a fotossíntese anoxigênica, processo realizado na Terra primitiva e que ocorre até hoje em grupos como na Bactéria Púrpura Sulfurosa. Em tal processo não há a liberação de oxigênio. Ao invés da água, compostos como H e 2 HS são utilizados como 2 doadores de elétrons, como visto na reação (2). A quimiossíntese é realizada por arqueobactérias e bactérias autotróficas que obtém energia a partir da oxidação de compostos inorgânicos, reduzidos ou não totalmente oxidados (SCHLEGEL, 1975). Tem grande importância no fundo dos oceanos, servindo como base da produção primária em ecossistemas que a luz não alcança. A principal fonte de carbono desses organismos é o CO, 2 podendo, a partir dela, gerar moléculas orgânicas, como a glicose. O processo pode ser aeróbio, utilizando O, ou 2 - anaeróbio, utilizando NO, S 3 2- e SO. 4 Há muitos mecanismos de quimiossíntese, como exemplificado na tabela 1. Os quimiossintetizantes que utilizam moléculas inorgânicas são denominados quimiolitotróficos, enquanto os que utilizam (1) 6CO2 + 6H2O + h ¡æ C6H12O6 + 6O v 2 38 AstroNova . N.24 . 2019 (2) CO + 2HS + h ¡æ (CHO) + HO + 2S 2 2 v 2 2
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Doador de elétrons Aceptor de elétrons Organismos S 2- , S 0 , S2O3 2- O2 Bactérias Oxidadoras de Enxofre (BOE) S 2- , S 0 , S2O3 2- NO 3 - Bactérias desnitrificantes e BOE H 2 O 2 Bactérias Oxidadoras de Hidrogênio H 2 NO3 - Bactérias desnitrificantes H 2 S 0 , SO 4 2- Bactérias Redutoras de Enxofre e Sulfato H 2 CO 2 Bactérias Metanogênicas e Acetogênicas NH4 + , NO2 - O 2 Bactérias nitrificantes Fe 2+ (Mn 2+ ) O 2 Bactérias Oxidadoras de Ferro e Manganês CH4, CO O 2 Bactérias Metilotróficas e Oxidadoras de Monóxido de Carbono 39 AstroNova . N.24 . 2019 Tabela 1: Exemplos de bactérias encontradas em fontes hidrotermais. Fonte: Jannasch (1985) moléculas orgânicas são denominados quimiorganotróficos. Temos como exemplo de quimiossíntese a metanogênese, processo estritamente anaeróbio em que o carbono é o aceptor final de elétrons ao invés do oxigênio, como visto nas reações seguintes: Alguns organismos conseguem fazer o processo contrário, oxidar o metano para produzir energia, como observado na reação (5), tornando esta uma reação desassimilativo do carbono. (3)CO + 4H ¡æ CH + 2HO 2 2 4 2 (4)CHCOOH ¡æ CH + Co 3 4 2 Esse processo é conhecido como Oxidação Anaeróbia do Metano (AOM), ocorrendo em ambientes marinhos e de água doce. Outro caso de quimiossíntese é a oxidação do sulfeto de hidrogênio. A Riftia pachyptila, espécie de poliquetas que vive próxima a fontes hidrotermais, mantém relações simbióticas com sulfobactérias. Esses ambientes têm altas concentrações de sulfeto de hidrogênio, no entanto, as sulfobactérias que oxidam o sulfeto de hidrogênio, gerando carboidratos e liberando enxofre, fazendo com que tais ecossistemas tenham maior biomassa que outros em mesmas profundidades (JANNASCH, 1985). O carbono pode ser devolvido à atmosfera através de diversos processos: antrópicos, como uso de combustíveis fósseis e queimadas, ou a partir dos processos de obtenção de energia dos seres vivos heterotróficos, como a respiração aeróbica e anaeróbica. A respiração aeróbica foi uma grande novidade evolutiva, visto que a mesma tem um saldo de energia deveras maior quando comparado com a respiração anaeróbica ou fermentação. No processo, um carboidrato, comumente a glicose, é oxidado a fim de obter ATP (adenosina trifosfato), a “moeda energética” das células. O processo ocorre em três etapas: glicólise, no citoplasma da célula; o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, ambos ocorrendo nas mitocôndrias, organela exclusiva dos eucariotos. A reação geral da respiração aeróbica é descrita a seguir: 2- - - (5) SO + CH ¡æ HCO + HS + HO 4 4 3 2 (6) 12HS + 6CO ¡æ CHO + HO + 12S 2 2 6126 2
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A respiração anaeróbica, por sua vez, ocorre na ausência de oxigênio, utilizando outros elementos como aceptor de elétrons, como +3 SO, NO, and Fe. Tal 4 3 processo é realizado por procariotos e tem como resultado liberação de energia e compostos inorgânicos de carbono, como o CO. 2 Outras formas de obtenção de energia a partir de moléculas orgânicas é a fermentação. Nesse processo não há aceptor de elétrons, a molécula orgânica passa pelo processo de glicólise, por exemplo, resultando em piruvato. Na fermentação é comum a liberação de metano e dióxido de carbono, além de outros compostos, como o etanol. Quando os seres vivos morrem, podem ser decompostos ou sedimentados e mineralizados, resultando nos combustíveis fósseis. A decomposição ocorre por bactérias, fungos e protozoários saprofágicos, que decompõe cadáveres, excremento, entre outros, originando sais minerais, água, dióxido de carbono, etc. O carbono pode também ser devolvido à atmosfera através de queimadas, antrópicas ou naturais, pelo uso de combustíveis fósseis, pela respiração, entre outros. As trocas de CO 2 atmosférico com os oceanos e outros cursos de água ocorrem apenas nas camadas mais superficiais em todos os ambientes aquáticos. Estima-se que, todo ano, 40% do dióxido de carbono liberado dos combustíveis fósseis é incorporado aos oceanos. O carbono dissolvido pode ser encontrado na água na forma de CO livre e HCO 2 2 3 (ácido carbônico), além de 3- bicarbonato (HCO). Tais compostos são responsáveis pelo controle do pH dos ambientes aquáticos. A precipitação do carbono leva, a longo prazo, à formação de rochas sedimentares, como o calcário. Isso ocorre sobretudo em ambiente marinho, também pela deposição de material biológico, como exoesqueletos contendo carbonato de cálcio, apresentado pelos crustáceos, por exemplo, ou mesmo os corais, que possuem um exoesqueleto calcário. As rochas sedimentares formadas a partir de carbonato são, principalmente calcário e rochas dolomíticas. O calcário pode ser transformado em dolomita a partir da substituição de (7) CHO + 6O¡æ 6CO + 6HO 6126 2 2 2 40 AstroNova . N.24 . 2019 Figura 1: Ciclo biogeoquímico do carbono. Fonte: Microbiologia de Brock,2004
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++ cálcio (Ca) por magnésio ++ (Mg). A dolomita é mais resistente ao intemperismo que o calcário, sendo utilizado no lugar do mesmo em algumas aplicações da construção civil, além de ser utilizada em produtos farmacêuticos, cosméticos, etc. Essas rochas, encontradas no ambiente marinho, chegam à superfície terrestre através do movimento das placas tectônicas. Tanto em ambiente aquático quanto terrestre, as rochas estão submetidas ao processo de intemperismo. O intemperismo é o processo de degradação das rochas, podendo ser químico, físico ou biológico. O intemperismo químico dessas rochas ocorre, sobretudo, pelo ácido carbônico presente no ambiente marinho ou na água das chuvas, enquanto o intemperismo físico é marcado pela variação de temperatura — o calor dilata a rocha e o frio a contrai, esses processos constantes resultam na quebra das rochas em partes cada vez menores, processo que ocorrem em um longo período de tempo. Evolução atmosférica A atmosfera originou-se do vulcanismo na Terra primordial e, com o tempo, foi alterada devido a impacto de meteoritos. A atmosfera era constituída em sua maior parte por dióxido de carbono, além de pequenas quantidades de vapor de água, monóxido de carbono, gases sulfurosos e hidrogênio (gases típicos de atividade vulcânica). Estudos baseados em estrelas jovens indicam que o Sol da Terra primordial provia menos calor que hoje, tornando o efeito estufa o responsável por manter a água no estado líquido e permitir o surgimento da vida. Com o surgimento dos seres autotróficos, O passou a ser 2 liberado, modificando a atmosfera e tornando-a mortal para os microrganismos adaptados ao ambiente anaeróbico. A presença de O na atmosfera 2 resultou também na formação da camada de ozônio: o ozônio é formado a partir do rearranjo de uma molécula de oxigênio com O2 após a quebra da mesma. Agora, a ação antrópica tem alterado cada vez mais a composição da atmosfera. O uso de combustíveis fósseis contribui com gigatoneladas anuais de CO e CO na 2 atmosfera, os níveis de CH 4 vem aumentando anualmente, as queimadas de áreas preservadas e o avanço da agropecuária diminuem o sequestro de 41 AstroNova . N.24 . 2019