UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
NÚCLEO DE PESQUISA EM ASTROBIOLOGIA
 
Capítulo 01

Astrobiologia: estudando a vida no Universo

Autore(s): Fabio Rodrigues (IQ – USP), Douglas Galante (LNLS/CNPEM) e Márcio G.B Avellar (IAG – USP)

Em uma breve apresentação ao tema do livro, a Astrobiologia é colocada em seu contexto histórico, indissociável da incessante busca da humanidade para compreender seu lugar no Universo, sua origem e futuro, mas também sua conexão com o desenvolvimento tecnológico, social e político. São apresentados os principais tópicos de interesse da Astrobiologia, em sua formulação atual, bem como seu desenvolvimento no Brasil nos últimos anos, e uma discussão sobre seu futuro como área de pesquisa.

Capítulo 02

A origem dos elementos

Autore(s): Roberto D. Dias da Costa e Jorge Ernesto Horvath (IAG –USP)

Os átomos que fazem os componentes básicos de todos os seres vivos, e mesmo os que compõem a Terra, foram produzidos em eventos astrofísicos de grande energia: do Big Bang ao coração das estrelas. Neste capítulo, os autores expõem os diferentes mecanismos naturais envolvidos na síntese e transformação dos elementos químicos, desde o primeiro átomo de hidrogênio formado há quase 14 bilhões de anos, até os elementos pesados sendo gerados até hoje nas Supernovas. O Universo se transforma e recicla, permitindo a complexa química usada pela vida como a conhecemos.

Capítulo 03

Astroquímica: a formação, a destruição e a busca de moléculas prebiótica no espaço

Autore(s): Heloisa M. Boechat-Roberty (OV – UFRJ)

A vida não é feita de átomos isolados, como um gás nobre, mas sim de moléculas, das mais simples, como o CO2 e H2O, até as mais complexas, como o DNA e as proteínas, compostas por milhares ou milhões de átomos organizados, criando forma e função biológica, e permitindo toda a complexidade do metabolismo. Essa complexificação química tem início ainda no espaço, seja nas nuvens de gás e na superfície de minúsculos grãos, seja ao redor de estrelas em formação, graças à energia térmica, à radiação ultravioleta e até mesmo aos raios cósmicos. A autora apresenta os principais mecanismos envolvidos nessa química espacial, bem como as maneiras de estudá-los teoricamente, experimentalmente, em laboratório, e por observações através dos potentes telescópios atuais.

Capítulo 04

Planetas habitáveis: onde estão os lugares no Universo adequados ao nosso ou outros tipos de vida? / Zona habitável galáctica

Autore(s): Gustavo Porto de Mello (OV – UFRJ) e Felipe Nóbrega Pereira (IO – USP)

Com a descoberta dos exoplanetas e o avanço das tecnologias astronômicas para sua detecção e caracterização, hoje sabemos que o processo de formação planetário é bastante comum em nosso Universo. Talvez quase todas as estrelas que observamos no céu estejam rodeadas de seus sistemas planetários, cada um deles com condições ambientais diferentes. Com bilhões de planetas, muitos desses podem ter condições físico-químicas similares às da Terra, que sabemos serem adequadas para a vida como a conhecemos. Neste capítulo, os autores exploram o conceito de habitabilidade, e como pode ser usado para selecionar os planetas mais promissores para missões mais avançadas de busca de vida extraterrestre.

Capítulo 05

Química prebiótica: a química da origem da vida

Autore(s): Dimas A. M. Zaia (DQ – UEL), Cássia T. B. V. Zaia (DCF – UEL) e Cristine E. A. Carneiro (DQ- UEL)

Logo após sua formação, a Terra se tornou um grande laboratório químico – sendo capaz de manter água líquida na superfície e uma atmosfera densa, reações químicas ocorreram com grande velocidade. A água alterou a crosta, liberando diferentes elementos químicos nos oceanos, circulando pela atmosfera e modificando a composição inicial, em uma lenta, mas inexorável evolução química. Hoje sabemos que há um constante intercâmbio de material extraterrestre com o planeta, que chega à superfície por impactos de cometas, asteroides, meteoros, trazendo novos elementos (como talvez boa parte da água de nossos oceanos) e mesmo moléculas orgânicas complexas (como os aminoácidos), que podem ter tido papel fundamental para a formação dos primeiros sistemas vivos. A química prebiótica é a área de pesquisa que procura compreender como o planeta funcionava quimicamente em seu primeiro bilhão de anos, e os autores exploram seus avanços mais recentes, especialmente do ponto de vista experimental.

Capítulo 06

Origem da vida

Autore(s): Douglas Galante (LNLS/CNPEM) e Fabio Rodrigues (IQ – USP)

Toda a vida que conhecemos é feita ou depende de células, as unidades biológicas mínimas. No entanto, essa entidade já é bastante complexa quimicamente, e deve ser resultado da evolução de um sistema mais simples. Neste capítulo, os autores expõem os desafios ainda existentes para criarmos uma teoria geral sobre a vida, baseada no conhecimento que temos de apenas um tipo de vida, a existente na Terra, e como este é ainda um obstáculo para especularmos sobre formas de vida exóticas no Universo. São expostas as diferentes maneiras de tentarmos compreender a origem da vida na Terra, utilizando as ferramentas mais modernas disponíveis pela ciência atualmente, do estudo de microfósseis e biomarcadores de bilhões de anos, até a biologia sintética e evolução in vitro.

Capítulo 07

A evolução da vida num planeta em constante mudança

Autore(s): Daniel J. G. Lahr (IB – USP)

Talvez a evolução biológica seja um dos fatos científicos mais bem testados e comprovados até hoje, mas é também uma das maiores fontes de dúvida e intrigas sociais, religiosas e políticas – muitos desses problemas decorrem da falta de conhecimento sólido das bases da evolução e de sua comprovação factual. O autor discorre sobre alguns dos principais conceitos evolutivos, expondo como a vida se transformou com o tempo – espécies surgindo e se extinguindo – em profunda coevolução com o nosso planeta. Ao final, a propriedade de evoluir pode ser uma das principais características da vida como a conhecemos, e talvez de todo tipo de vida que possamos imaginar.

Capítulo 08

Vida ao extremo: a magnífica versatilidade da vida microbiana em ambientes extremos da Terra

Autore(s): Rubens T. D. Duarte (UFSC), Catherine G. Ribeiro (IO – USP) e Vivian H. Pellizari (IO – USP)

Dos bilhões de exoplanetas possivelmente existentes, apenas uma fração deve ter condições similares às da Terra: temperatura, água, atmosfera, magnetosfera protetora, fonte de luz estelar etc. A maioria seria, inicialmente, inóspita para a vida. No entanto, com o estudo dos ambientes mais extremos de nosso planeta, temos aprendido que a vida, especialmente a vida microbiana, está presente em praticamente todos os locais, desde o fundo da litosfera (à vários quilômetros de profundidade), fundo dos oceanos, até a alta atmosfera, na fronteira com o espaço. O estudo dos organismos que habitam essas regiões (extremófilos) tem expandido nosso conceito de habitabilidade, ampliando os planetas e luas possivelmente capazes de abrigar vida em nosso Universo, e também auxiliando o desenvolvimento de técnicas para sua detecção.

Capítulo 09

Metabolismos pouco convencionais

Autore(s): André Arashiro Pulschen (IQ – USP)

Os organismos extremófilos, para serem viáveis ou mesmo ativos em condições muito adversas, apresentam metabolismos diferentes da maioria dos organismos que habitam condições mais amenas. Grande parte dos ecossistemas terrestres se baseia em organismos fotossintetizantes oxigênicos como seus produtores primários (plantas, algas, e cianobactérias). No entanto, o autor explora, neste capítulo, formas alternativas de obtenção de energia química biologicamente útil. Em especial, essas formas de metabolismo energético poderiam permitir a existência de vida em uma variedade de corpos celestes que não têm condições adequadas para a ocorrência da fotossíntese oxigênica, ou com fatores de estresse ambiental muito intensos em sua superfície. Essa diversidade metabólica nos mostra que a vida poderia existir em ambientes do Universo que antes imaginaríamos como sendo inabitáveis.

Capítulo 10

Quando os animais herdaram o planeta

Autore(s): Mírian Liza Alves Forancelli Pacheco (UFSCar/Sorocaba), Bruno Becker Kerber (UFSCar/Sorocaba) e Francisco Rony Gomes Barroso (UFPE)

A geologia e paleontologia são as áreas de pesquisa que estudam o passado do nosso planeta e permitem a compreensão dos mecanismos que o moldaram, ao longo de bilhões de anos. O estudo dos fósseis (morfológicos ou químicos), em comparação com a vida atual, é a base factual da evolução biológica, e talvez seja também a forma de procurarmos por vida extinta na superfície de outros planetas, como Marte. Nesse capítulo, os autores exploram um período de grande importância para a vida na Terra, muitas vezes chamado de “explosão do Cambriano”, quando surgiram os primeiros animais verdadeiros no registro fóssil, e quando ocorreu uma verdadeira revolução ecológica no planeta. Esse momento está preservado em diversos registros paleontológicos pelo planeta, incluindo no Brasil, aos quais os autores dão especial ênfase pelo seu potencial ainda pouco explorado para o estudo desse importante período da história da vida no planeta.

Capítulo 11

Busca de vida fora da Terra: estudando o Sistema Solar

Autore(s): Fabio Rodrigues (IQ – USP)

A Astrobiologia é muito mais do que apenas a busca por vida extraterrestre, mas certamente este é um de seus tópicos mais fascinantes. Além disso, talvez seja a primeira vez na história que a humanidade possui as ferramentas tecnológicas para abordar o tema, utilizando do rigor científico para lhe dar credibilidade. Neste capítulo, é apresentada a história da busca de vida fora da Terra, que, no Ocidente, teve sua origem provavelmente com os filósofos gregos. Com o desenvolvimento da tecnologia espacial durante o século XX, o Sistema Solar pôde ser explorado por sondas e rovers, verdadeiras extensões de nossos sentidos e laboratórios, vasculhando planetas e luas para compreendermos melhor sua evolução e procurar por sinais de vida.

Capítulo 12

Luas geladas do Sistema Solar

Autore(s): Douglas Borges de Figueiredo (Biotec – USP)

Apesar de normalmente pensarmos em vida em outros planetas, há outros corpos celestes no Sistema Solar que também podem ter condições de habitabilidade. Mesmo distantes do Sol, os satélites naturais, ou luas, de Júpiter e Saturno, mantêm-se aquecidos graças à força gravitacional dos planetas gigantes que orbitam. Hoje sabemos que vários deles têm água líquida, oceanos maiores que os da Terra, escondidos sob uma superfície congelada. As luas geladas são exploradas nesse capítulo como um novo horizonte para a busca de vida fora da Terra no Sistema Solar – talvez sejam modelos para o estudo desses corpos em sistemas exoplanetários, onde estamos apenas começando a especular sobre as exoluas.

Capítulo 13

Busca de vida além do Sistema Solar

Autore(s): Douglas Galante (LNLS/CNPEM), Rosimar Alves do Rosário e Marcio G. B. de Avellar (IAG – USP)

Para explorarmos os exoplanetas possivelmente habitáveis além do Sistema Solar, não podemos ainda contar com sondas ou rovers, pois nossa tecnologia de propulsão não é avançada o suficiente para alcançar nem mesmo a estrela mais próxima, em tempo razoável. Por esse motivo, a detecção e caracterização dos exoplanetas se baseia no uso de técnicas astronômicas, captando e estudando a luz emitida, refletida ou absorvida por eles por meio de telescópios de grande porte, em diferentes faixas espectrais, do rádio ao ultravioleta. O desenvolvimento de telescópios gigantes, inclusive espaciais, e de espectrógrafos de altíssima resolução, tem permitido um estudo detalhado de diversos exoplanetas. Estamos apenas no início dessa era, mas essa tecnologia já está fornecendo dados sobre tamanho, massa, órbita, temperatura e composição química desses outros mundos. Essas informações, se compiladas em modelos planetários, utilizando nosso conhecimento dos sistemas terrestres e da biologia, podem ser usadas como forma de detectar a presença de vida, mesmo sem nunca pisarmos nesses locais. E talvez esta seja a maneira para responder se estamos sozinhos no Universo ou não.

Capítulo 14

A SETI e o tamanho do palheiro... Otimismo e pessimismo na busca de nosso alter ego extraterrestre

Autore(s): Jorge A. Quillfeldt (ICBS – UFRGS)

O programa de busca de vida extraterrestre inteligente, ou SETI, propõe procurar não por rastros de microrganismos extraterrestres, mas sim por civilizações tecnológicas e comunicantes, que poderiam estar emitindo sinais de rádio ou laser, que nós poderíamos detectar utilizando metodologia e rigor científico para validar e comprovar o sinal. Por décadas, campanhas de escuta utilizando radiotelescópios têm sido realizadas, sem nenhum sinal positivo confirmado até o momento. No entanto, apenas uma fração ínfima de nossa galáxia foi vasculhada utilizando esse método, e apenas em uma faixa restrita de rádio. Ainda há muito o que explorar e, apesar dessa área de pesquisa ser controversa, mesmo dentro da comunidade acadêmica, tem produzido grandes avanços na tecnologia de detecção de sinais de rádio e de seu processamento massivo, inclusive sendo uma das responsáveis pelo desenvolvimento do processamento em nuvem, hoje amplamente utilizado. Para a Astrobiologia, ela tem sido o catalisador do avanço de nosso conhecimento exatamente por expor claramente o que ainda não sabemos sobre a vida no Universo.

Capítulo 15

Futuro da vida na Terra e no Universo

Autore(s): Douglas Galante (LNLS/CNPEM), Gabriel Guarany de Araujo (Biotec – USP), Marcio G. B. Avellar (IAG – USP), Rosimar Alves do Rosário, Fabio Rodrigues (IQ – USP) e Jorge E. Horvath (IAG – USP)

Nosso planeta e sua vizinhança cósmica estão em constante evolução – grandes mudanças aconteceram no passado e voltarão a acontecer no futuro. Nesse capítulo, os autores expõem alguns dos eventos que podem influenciar o planeta e a vida em escala global, levando, possivelmente, a eventos de extinção em massa ou até mesmo ao fim da vida na Terra, em diferentes escalas de tempo. Esses fenômenos fazem parte do motor evolutivo do planeta, tendo influenciado diretamente a história da vida: grandes impactos de asteroides, supervulcões, explosões estelares, congelamentos e aquecimentos globais, separação dos continentes, entre outros. Apesar das extinções de muitas espécies durante sua ocorrência, a biodiversidade do planeta sempre se recuperou e aumentou após cada um deles, mostrando que há uma importância em sua existência, talvez impedindo uma estagnação evolutiva que poderia ser deletéria na escala de bilhões de anos. Resta saber se a humanidade irá influenciar esse balanço de alguma maneira com sua atividade tecnológica, levando, talvez, à sua própria extinção.

Capítulo 16

Exploração Interestelar: motivações, sistemas estelares, tecnologias e financiamentos

Autore(s): Amanda Gonçalves Bendia (IO – USP)

Faz parte da natureza humana explorar o desconhecido e ir além de suas fronteiras. Desde o surgimento do Homo sapiens na África, temos vasculhado nosso mundo em busca de mais recursos e poder, ou simplesmente pela nossa curiosidade a respeito da natureza. Alguns milhares de anos atrás nos lançamos em embarcações simples no oceano desconhecido e colonizamos as ilhas do Pacífico, talvez até mesmo chegando na América do Sul. Séculos atrás voltaríamos a nos lançar nos oceanos em grandes veleiros, agora com mais tecnologia, mapeando e explorando o planeta, descobrindo novos continentes, e alcançando até os polos norte e sul. No século XX chegamos às montanhas mais altas e ao fundo dos oceanos e, finalmente, pisamos em um mundo diferente do nosso, a Lua. Ir além de nosso Sistema Solar e realmente explorar a galáxia de perto, talvez colonizando exoplanetas, vai requerer o desenvolvimento de tecnologias que ainda não dominamos, mas é nossa natureza tentar, e certamente é um sonho que irá estimular o desenvolvimento tecnológico e intelectual da humanidade, nos impulsionando pelos próximos séculos.

Capítulo 17

Glossário