Bactérias antigas de quase duas milhas abaixo da superfície da Terra: foi o que primeiro atraiu Tullis Onstott para começar sua busca por vida nos lugares mais improváveis. O geobiologista acabara de participar de uma reunião do Departamento de Energia dos EUA, em 1992, sobre rochas estimadas em mais de 200 milhões de anos - mais antigas que a maioria dos dinossauros. Essas rochas pré-históricas haviam sido desenterradas de um poço de exploração de gás e estavam cheias de bactérias.
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"Isso foi bastante surpreendente para mim", diz Onstott da Universidade de Princeton. "A idéia de que essas bactérias estavam vivendo nessas rochas do Triássico desde que foram depositadas em uma época anterior à era dos dinossauros, essa idéia me atraiu", diz ele.
Essas rochas estavam entre as primeiras evidências substanciais de que a vida existia a quilômetros de profundidade, e impulsionaram os esforços dos pesquisadores para estudar a vida no chamado subsolo profundo. Nos últimos 20 anos, Onstott e outros descobriram que há uma maior variedade de vida em lugares mais inóspitos do que se imaginava.
A vida profunda foi encontrada em todo o mundo e sob uma variedade de condições - em campos de petróleo e minas de ouro, debaixo de lençóis de gelo na Groenlândia e na Antártida e em sedimentos e rochas abaixo do fundo do oceano. Esses lugares podem ser ambientes extremamente hostis, com pressões de 10 a 100 vezes superiores à superfície. As temperaturas podem variar de quase congelamento a mais de 140 graus Fahrenheit.
Uma milha ou mais abaixo da superfície não há luz solar e muito pouco oxigênio. Nestes ambientes austeros, as criaturas têm que ganhar a vida com toda a energia que puderem reunir. Isso significa que o ritmo de vida lá embaixo pode ser incrivelmente lento. Esses micróbios podem ser mil ou milhões de vezes menos abundantes que seus irmãos acima do solo. E alguns podem ter existido por centenas, milhares ou até milhões de anos - verdadeiros Methuselahs microscópicos.
Estas criaturas das profundezas são diversas, consistindo de bactérias e outros organismos unicelulares chamados archaea. Há até mesmo animais multicelulares a quilômetros abaixo da superfície, incluindo minúsculos vermes chamados nematóides.
"O que tem sido surpreendente à medida que continuamos a explorar esse universo oculto e profundo, é que é mais complexo lá embaixo do que poderíamos imaginar quando começamos a analisar amostras do Triássico nos anos 90", diz Onstott.
Essa complexidade abriu um mundo de possibilidades para os pesquisadores, desde a limpeza de resíduos tóxicos até a busca de vida extraterrestre. Alguns desses organismos profundos se alimentam diretamente de metais e minerais e podem afetar as águas subterrâneas aumentando ou diminuindo os níveis de arsênio, urânio e metais tóxicos. Os cientistas esperam que essas bactérias possam em breve ser adaptadas para aprisionar ou remover tais substâncias nocivas de coisas como o esgoto que vaza de uma mina.
Mas talvez o mais tentador seja a ideia de que as condições subterrâneas são tão estranhas que podem dar pistas aos pesquisadores sobre onde encontrar vida extraterrestre - e como essa vida pode parecer.
"Isso está diretamente relacionado à existência de vida abaixo da superfície de Marte", diz Onstott. "Isso é realmente o que me atraiu neste campo desde o início, e ainda é um driver para mim."
Entre os ambientes extremos e a relativa escassez de organismos, os pesquisadores percorrem grandes distâncias e profundidades para estudar esses micróbios. Eles se aventuram em minas e cavernas ou usam brocas para extrair amostras de locais abaixo do solo ou do solo oceânico. Em algumas áreas, pode levar vários dias para obter uma única amostra. "Indo para os confins da terra e perfurar, ou indo para o Ártico e indo para o subsolo uma milha para obter uma amostra, não é fácil", diz Onstott.
Sondando as profundezas infernais
Quase uma milha abaixo da superfície da Terra, nas profundezas da Beatrix Gold Mine, na África do Sul, Maggie Lau procura por vida. É quente e úmido, e apenas faróis quebram a escuridão quando Lau, um geobiologista do grupo de Onstott da Universidade de Princeton, coleta água dos furos. São furos escavados na rocha por geólogos que procuram bolsões de gás e água antes das operações de mineração. Lau preenche uma variedade de frascos com amostras de gás e água variando em volume de menos de uma colher de chá no valor de pouco mais de dois litros.
Maggie Lau coleta água do poço em um frasco a mais de duas milhas abaixo da superfície da Terra na mina de ouro TauTona da África do Sul. (François Vermeulen (Gerente de Geociências, AngloGold Ashanti Limited)) O gás que Lau coleta pode revelar a antiguidade da água. “As amostras que estou estudando têm cerca de 40.000 a 80.000 anos”, diz ela. A água pode ter se originado na superfície e escorrido por rachaduras ao longo de milhares ou mesmo milhões de anos, trazendo microorganismos da superfície ou de regiões mais rasas do subsolo para baixo com ela.
Ao contrário da água, Lau toma uma rota mais rápida e mais dramática para o local de pesquisa. Ela dirige-se por um poço de mina em uma gaiola de elevador - que cai quase uma milha em menos de um minuto - e depois caminha uma milha ou mais com uma mochila carregada. Alguns túneis exigem que os pesquisadores rastejem, arrastem suas mochilas para trás ou percorram a água nas alturas dos joelhos ou coxas. Ocasionalmente, a gaiola não está disponível após um dia de trabalho duro, e Lau e Onstott têm que subir as escadas de volta. "Nós estávamos brincando que isso era como uma escada para o céu", diz ela.
Nas profundezas infernais, onde a água pode atingir 130 graus Fahrenheit e as rochas em si são frequentemente quentes ao toque, não há muita vida a ser encontrada. Para reunir o máximo de células vivas possível para sua análise, Lau deixa alguns de seus frascos para filtrar centenas de milhares de galões de água ao longo de várias semanas a alguns meses.
Cerca de uma milha abaixo da superfície, Lau normalmente pode encontrar 1.000 a 10.000 células em menos de uma colher de chá de água. Isso pode parecer muito, mas uma pitada de terra do seu quintal pode conter 100.000 a um milhão de vezes mais células. Em locais a mais de uma milha abaixo do solo, pode haver apenas 500 células por colher de chá de água. Lau estima que ela teria que filtrar a água continuamente por 200 dias para obter DNA e RNA suficientes para sua análise.
Pode ser difícil cultivar espécies bacterianas no laboratório sem saber o alimento específico que elas comem ou as condições exatas sob as quais elas prosperam. Os cientistas só conseguiram cultivar cerca de um por cento das bactérias que encontram em seus locais de campo mais profundos. Como resultado, a maioria das espécies só é conhecida a partir de suas assinaturas moleculares únicas - e o sequenciamento de DNA ou RNA revelou uma pletora de bactérias previamente não identificadas nas amostras coletadas pelos cientistas.
Este vídeo com lapso de tempo mostra pesquisadores coletando amostras dentro de uma mina de ouro sul-africana. (por Gaetan Borgonie)Mais recentemente, Lau está indo um passo além de descobrir o que vive lá embaixo - ela quer saber o que eles fazem para ganhar a vida. Sem a luz do sol e as plantas para capturar a energia do sol através da fotossíntese, essas bactérias que vivem profundamente precisam sobreviver da energia das reações químicas entre as rochas e a água. Essas reações podem produzir hidrogênio, metano e sulfatos, e os cientistas pensaram que essas três substâncias químicas alimentariam a maioria das bactérias que vivem nesses ambientes profundos.
Para sua surpresa, Lau descobriu que esse não era o caso. Em vez disso, os produtos químicos sustentam apenas uma minoria das bactérias, que então produzem enxofre e nitratos. As bactérias que se alimentavam dessas substâncias químicas secundárias dominavam nesses ambientes.
Isso significa que, ao procurar por vida profunda na Terra ou em outros mundos, os cientistas devem procurar por uma gama mais ampla de reações metabólicas. “Não se concentre apenas nos poucos processos principais. Deveríamos ter uma mente mais aberta para olhar a paisagem metabólica completa e completa ”, diz Lau.
“Ser capaz de realmente ver o que eles estão fazendo lá embaixo agora é absolutamente a coisa mais excitante, algo que estamos sempre querendo fazer e tentando descobrir como fazer nos últimos 20 anos, e agora podemos finalmente faça isso ”, diz Onstott.
“O primeiro instantâneo de [Lau] é como recuperar a primeira imagem de Marte ou algo assim, é incrível”, acrescenta.
Um verdadeiro jardim zoológico
Onde há presas, geralmente há predadores. E as bactérias fazem uma refeição saborosa para muitas criaturas.
Quando Gaetan Borgonie ouviu falar sobre essas bactérias profundas, ele se perguntou se poderia encontrar vermes chamados nematóides - que se alimentam de bactérias - nos mesmos locais subterrâneos. Borgonie, um zoólogo da Extreme Life Isyensya em Gentbrugge, na Bélgica, trabalhou nesses vermes por 20 anos. Ele sabia que os nematóides podiam sobreviver a uma ampla gama de condições na superfície, incluindo temperaturas extremamente quentes ou frias e níveis muito baixos de oxigênio, então, em teoria, eles eram bem adequados a condições subterrâneas profundas.
Borgonie ligou para Onstott, que o convidou para explorar as minas na África do Sul. Mas encontrar esses vermes não foi fácil. Embora sejam muito abundantes na superfície, nas minas Borgonie teve que extrair mais de 2.500 galões de água para encontrar um único nematoide. "Você realmente precisa mudar sua mentalidade e deixar o que você sabe da superfície, porque o subsolo é um planeta diferente", diz ele.
Borgonie descobriu um grande número de nematoides que viviam nas minas em água de 3.000 a 12.000 anos de idade a partir de furos, bem como em estalactites penduradas nos túneis da mina. Estes incluíram uma nova espécie encontrada quase uma milha abaixo da superfície, e outro verme não identificado que vive mais de duas milhas abaixo. Esses animais foram a primeira evidência de vida eucariótica multicelular, profunda, diz Borgonie.
Ao contrário das bactérias únicas encontradas nessas profundidades, a grande maioria dos vermes pertencia a espécies encontradas na superfície. “Esses animais já estão acostumados a estressar, e aqueles que são oportunistas na superfície se dão muito bem no subsolo”, diz Borgonie.
Ambientes profundos podem realmente oferecer alguns benefícios, dadas as condições estáveis e a falta de predadores para os worms. "Para eles, é como um feriado", diz Borgonie.
Setas brancas apontam para bactérias encontradas dentro de biofilmes em poços de água da mina de ouro de Kopanang, na África do Sul. (Gaetan Borgonie) Convencido de que deve haver mais criaturas vivendo nas minas, Borgonie deixou seu equipamento de amostragem na mina de ouro da África do Sul Driefontein por dois anos para filtrar mais de três milhões de galões de água - o suficiente para encher quase cinco piscinas olímpicas.
"Foi quando encontramos o zoológico inteiro", diz Borgonie. Ele identificou vários outros organismos multicelulares, incluindo vermes chatos e vermes segmentados, bem como o que parecia ser um crustáceo. Quase todas essas espécies sobreviveram comendo bactérias.
A descoberta desses organismos é animadora para cientistas que buscam vida extraterrestre, diz Borgonie. "Acho muito bom que encontremos um ecossistema tão grande no subsolo", diz ele. "Se pudermos provar que eles podem sobreviver indefinidamente no subsolo, então pode ser uma boa notícia para as pessoas que procuram vida em Marte."
"Eu realmente amaria [estar fazendo] este trabalho no planeta Marte", diz ele. "É por isso que eu sempre digo, se eles me derem uma passagem só de ida para Marte, eu vou embora."
The Alien Deep
Borgonie pode não ter seu ingresso ainda, mas as próximas missões de exploração espacial poderiam nos dar uma idéia melhor de se outras partes do sistema solar poderiam sustentar a vida.
"Uma das coisas que deu às pessoas um senso de otimismo em relação à astrobiologia é a descoberta de que existem organismos que podem persistir naquilo que consideramos condições muito extremas", diz Tori Hoehler, um astrobiólogo do Centro de Pesquisas Ames da NASA. Hoehler é membro da equipe Rock-Powered Life do Instituto de Astrobiologia da NASA, que estuda como as reações entre diferentes tipos de rochas e água podem gerar energia suficiente para sustentar a vida.
“Um dos habitats mais comuns que está disponível é o definido pelo rock e pela água”, diz Hoehler. Você pode imaginar aqüíferos sentados sob a superfície de Marte ou os oceanos se espalhando acima da crosta rochosa da lua de Júpiter, Europa, ou da lua de Saturno, Encélado, ele diz.
A missão Europa Multiple Flyby da NASA, prevista para ser lançada nos próximos cinco a dez anos, dará aos cientistas uma idéia melhor sobre se a lua gelada de Júpiter possui quaisquer ambientes que possam suportar a vida. Quanto a Marte, os pesquisadores deixaram de perguntar se podem encontrar ambientes habitáveis para realmente procurar evidências da própria vida, diz Hoehler.
Embora as condições na superfície marciana estejam atualmente extremamente inóspitas à vida, o planeta parece ter tido uma atmosfera e águas superficiais em algum momento de seu passado. Se a vida tivesse evoluído então, poderia ter se espalhado para o subsolo de Marte, onde o ambiente permaneceu estável mesmo quando a superfície se tornou hostil. É possível que a vida ainda persista no subsolo profundo, esperando que nós a escavemos.
Uma renderização artística do ExoMars Rover da ESA, que terá uma broca projetada para sondar até 6, 5 pés abaixo da superfície marciana. (ESA) Não teremos que esperar muito para dar uma olhada pela superfície marciana. A missão 2018 ExoMars da Agência Espacial Européia perfurará cerca de seis pés abaixo da superfície marciana para procurar sinais de vida. Isso pode não ser profundo o suficiente para encontrar organismos vivos, mas deve estar longe o suficiente abaixo da superfície onde possamos encontrar evidências de vida.
Mais de 20 anos desde que as bactérias antigas deram a ele um vislumbre da vida profunda da Terra, Onstott mal pode esperar para ver o que encontramos em Marte, especialmente quando os cientistas conseguem cavar um pouco mais.
"Se há um ponto doce em Marte, em algum lugar onde você consegue o equilíbrio certo de temperatura e água, então pode haver organismos sobrevivendo sob essas condições."
Aprenda sobre esta pesquisa e muito mais no Observatório Deep Carbon.
