A astroquímica, um campo relativamente novo, concentra-se na exploração da química em espaços interestelares para descobrir informações sobre as origens da vida na Terra. Esta disciplina tem visto avanços significativos nos últimos anos.
Nascida no final da década de 1930 com o desenvolvimento da espectroscopia e da radioastronomia, a astroquímica, um campo na intersecção da astrofísica e da química, está agora madura. Novos meios de observação do céu utilizando infravermelho e rádio aumentaram a sua capacidade de detectar remotamente moléculas no espaço, enquanto o tesouro de informação enviado pelas sondas que cruzam o Sistema Solar – e os avanços na instrumentação – forneceram-lhe as ferramentas necessárias para testar a sua capacidade. hipóteses através de experimentos realistas.
“O ambiente interestelar não é feito de vácuo”, revela Grégoire Danger, acadêmico do Laboratório de Física de Interações Iônicas e Moleculares. 1 Em regiões de formação estelar, o oposto seria mesmo verdadeiro. Congeladas na escuridão, a temperaturas entre -253 °C e -263 °C, estão grandes nuvens compostas por 99% de hidrogénio molecular e oligoelementos voláteis. Ao reagir com os átomos adsorvidos na superfície dos grãos de poeira micrométricos que circulam nesses ambientes, esses gases possibilitam a formação de gelo feito de água, amônia, dióxido de carbono, metano e metanol. Sob a influência dos raios cósmicos, eles são então carregados com outros compostos químicos, como monóxido de carbono e formaldeído, sendo conhecidas mais de duzentas espécies gasosas e sólidas.
Estas estruturas gigantescas colapsam mais tarde sobre si mesmas e dão origem a estrelas e planetas que, ao acumularem o gás circundante, permitem que a luz circule livremente e aqueça as camadas superficiais dos “pedaços” de matéria em órbita, como cometas e outros asteróides. Esta “fotólise” desencadeia uma nova reação química em cadeia que leva ao aparecimento de moléculas ainda mais complexas. Estes corpos gelados e rochosos, que são demasiado pequenos para serem totalmente modificados pelo seu calor interno, bombardearam massivamente a Terra há quatro mil milhões de anos, razão pela qual uma hipótese bem conhecida postula que eles forneceram os blocos de construção para o aparecimento da vida na Terra. .
Análogos de gelo extraterrestre
O que são estes blocos de construção? E em que quantidade existem? É isso que Grégoire Danger e os seus colegas estão a tentar determinar através da síntese de avatares de gelo extraterrestre. “Os pesquisadores colocam uma mistura de água, amônia, metano e dióxido de carbono sob as condições de temperatura e pressão presentes no espaço, para que se condensem em torno de substratos que imitam grãos de poeira, aerossóis e meteoritos”, explica Danger. Eles então irradiam e aquecem essas superfícies, usando, entre outros, raios UV como os emitidos pelas estrelas para produzir resíduos semelhantes aos encontrados em nuvens moleculares – como a lua de Júpiter, Europa, e a lua de Saturno, Titã – e ao aumentar gradualmente a intensidade da luz, mesmo aqueles encontrados no núcleo de um cometa se aproximando do Sol. Assim, eles criam amostras contendo dezenas de milhares de espécies diferentes de moléculas orgânicas, incluindo açúcares e aminoácidos, da mesma família daquelas que compõem as proteínas de DNA e RNA dos seres vivos.
No seu laboratório no Instituto de Química de Poitiers: Materiais e Recursos Naturais, 2 Pauline Poinot e a equipa adaptaram as ferramentas da biologia aos processos utilizados na espectrometria de massa de alta resolução e na cromatografia em fase gasosa e líquida, demonstrando com sucesso que um composto tão complexo quanto a citosina – uma das cinco bases de nucleotídeos que constituem as cadeias de DNA e RNA – foi sintetizada na nebulosa da qual emergiu o Sistema Solar!
E isso é apenas o começo. Com o lançamento em 2025 da plataforma MIRRPLA, 3 no âmbito do Programa e Equipamentos Prioritários de Investigação Origins, 4 estes especialistas poderão em breve combinar raios UV com irradiação de feixes de electrões e iões do gelo, com vista a simular o efeito que os raios cósmicos têm nesta química espacial. Esta é uma novidade mundial, embora Danger ressalte que reproduzir com precisão as reações envolvidas no surgimento da vida na Terra não é o objetivo. “A probabilidade de rastrear esta história no tempo é quase zero. Especialmente porque o surgimento da vida não resultou de uma acumulação de moléculas complexas no nosso planeta, mas da sua selecção, replicação e evolução de uma forma proto-darwiniana. outras palavras, através de uma auto-organização da matéria e de uma química baseada em sistemas ‘autocatalíticos’ sobre os quais não sabemos praticamente nada.”
É este caminho que Danger e Poinot pretendem explorar, o primeiro através do desenvolvimento de reatores microfluídicos, nos quais soluções sob condições primitivas da Terra poderiam ser testadas, e o último através do desenvolvimento de métodos de análise. “Isso envolverá o uso de processamento estatístico de dados para detectar nas amostras as reações de autorreplicação e auto-organização que são características dos seres vivos”, esclarece Poinot.
Uma característica distintiva dos seres vivos: homoquiralidade
Os seres vivos possuem pelo menos uma propriedade conhecida: a homoquiralidade. Diz-se que numerosas moléculas biológicas são “quirais”. Eles podem existir em duas versões dissimétricas conhecidas como “enantiômeros”, que são perfeitamente idênticas, exceto pelo fato de serem uma imagem espelhada não sobreponível uma da outra, como nossas duas mãos. No entanto, como sabemos desde o trabalho de Louis Pasteur no século XIX, a maioria dos aminoácidos que compõem as proteínas e peptídeos que os seres vivos utilizam são de inclinação para a esquerda ou “levógiro”, o que significa que tendem a desviar a luz polarizada. Para a esquerda. Pelo contrário, os açúcares encontrados no DNA são de tendência direita, ou “dextrogyre”. Isto é estranho, pois quando sintetizadas em laboratório, estas moléculas quirais são produzidas em igual quantidade em ambas as conformações.
Porquê estas preferências? E como explicar que na Terra estes compostos existem apenas numa única variante? É esta questão que interessa a Uwe Meierhenrich, diretor do Instituto de Química de Nice5. Ele dedicou toda a sua carreira ao desenvolvimento, junto com seus colegas, de métodos analíticos para separação de enantiômeros em hidrocarbonetos, álcoois, aminoácidos e muitas outras famílias de moléculas. Entre outros, a sua equipa desenvolveu um processo enantiosseletivo de cromatografia gasosa, que lhe valeu um convite da Agência Espacial Europeia (ESA) para participar na missão Rosetta (2004-2016) de exploração do cometa 67P/Tchourioumov-Guérassimenko.
Instalado no instrumento COSAC a bordo do módulo de pouso Philae, com o qual a sonda estava equipada, o cromatógrafo acoplado a um espectrômetro de massa deveria medir a quiralidade das moléculas da superfície do objeto. Em linha com certas teorias, apoiadas por experiências de laboratório que postulavam que o Sol produzia uma forma limitada de assimetria no momento da sua formação, os cientistas esperavam reunir informações estudando esta estrela primordial, onde a Rosetta acabaria por detectar a presença do aminoácido glicina.
Infelizmente, relata Meierhenrich, “durante a sua chegada, em 12 de novembro de 2014, o Philae saltou várias vezes antes de parar contra uma rocha em posição inclinada. A COSAC identificou uma dúzia de moléculas orgânicas, mas não foi capaz de recolher material suficiente para medir os enantiómeros. ”
Este desenvolvimento poderia ter desencorajado estes químicos se não tivesse, pelo contrário, servido de trampolim para outro projeto: o envio de uma experiência ao planeta vermelho no âmbito da missão exo-Marte 2028 da ESA. Programado para 2028, incluirá um rover chamado Rosalind Franklin que analisará amostras do subsolo de Marte pela primeira vez. Isso será feito usando o instrumento Moma, que inclui um cromatógrafo gasoso que pode separar enantiômeros. Há muito em jogo, explica Meierhenrich, “porque se fosse detectada uma forte assimetria em certas moléculas quirais, como os hidrocarbonetos, isso forneceria uma indicação séria de que alguma forma de vida existiu em Marte num passado distante!”
Devolução de amostras
Os meteoritos são outra fonte de dados para os astroquímicos, desde que não tenham sido contaminados ou transformados durante sua chegada ao nosso planeta, e possamos associá-los às famílias de corpos celestes identificadas pelos astrônomos. François-Régis Orthous-Daunay do Instituto de Ciências Planetárias e Astrofísica de Grenoble, 5 CNRS/Université Paris Saclay. e Roland Thissen, do Instituto de Físico-Química Paris-Saclay, 6 analisaram o problema mais de perto, desenvolvendo uma ferramenta de TI que pode analisar os dados de espectrômetros de massa. Esses instrumentos identificam a composição das amostras separando suas partes constituintes de acordo com seu peso, elabora Thissen, e então “obtendo, em última análise, um espectro onde cada um dos milhares de picos representa uma espécie particular de molécula”.
Como analisar tudo isso? A equipe desenvolveu um software que pode classificar esses sinais por família química. Utilizou esta experiência para analisar, pela primeira vez, amostras do asteróide Ryugu trazidas de volta à Terra em 2020 pela missão japonesa Hayabusa 2. Os resultados apareceram em dois artigos publicados no ano passado na revista Science 7, 8. Um deles revelou a presença neste objeto de certas moléculas de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH) que datam de antes do aparecimento do Sistema Solar. A outra estabeleceu a semelhança entre a composição do corpo celeste, rico em aminoácidos, e a de um meteorito que caiu na Tanzânia em 1938. Isto confirma mais uma vez que estudar a química dos objetos do Sistema Solar é uma das chaves para compreender a origem da vida na Terra.
