Novo teste estatístico de diversidade para detetar bioassinaturas

As agências espaciais passaram décadas a conceber instrumentos de deteção de vida com base numa premissa simples: a biologia deixa para trás moléculas específicas.

Em teoria, bastaria enviar a sonda certa, encontrar os compostos certos e a resposta à pergunta “houve vida?” surgiria por si.

O problema é que essa lógica tem uma falha importante. Muitas dessas mesmas moléculas também se formam sem qualquer intervenção biológica, quer na química fria de meteoritos, quer em fontes hidrotermais no fundo do oceano.

Um novo estudo defende que a verdadeira impressão digital não está em saber quais moléculas aparecem - mas sim no padrão estatístico oculto de como elas se distribuem em conjunto.

O enigma da química

Há décadas que os cientistas planetários lidam com este impasse. Aminoácidos, que são blocos de construção das proteínas, surgem em meteoritos.

Foram também identificados aminoácidos em poeiras de asteroides trazidas do espaço e em misturas de laboratório preparadas para reproduzir química pré-biótica.

Por isso, encontrá-los noutro mundo nunca foi, por si só, prova de que algo esteve vivo. A mesma química pode ter origem biológica ou não biológica.

Gideon Yoffe, investigador de pós-doutoramento no Weizmann Institute of Science, em Israel, e primeiro autor do novo artigo, tem procurado uma forma de contornar essa ambiguidade.

A proposta da sua equipa é deixar de analisar uma molécula de cada vez e passar a observar como o conjunto completo se organiza - como se fosse uma impressão digital química.

Criar um novo teste para bioassinaturas

A solução vem de um lugar pouco óbvio: a matemática que ecólogos usam para estudar florestas e recifes de coral.

Na biologia, a biodiversidade costuma ser quantificada com base em dois aspetos: quantas espécies existem e quão equilibrada é a distribuição entre elas.

Um prado com 20 flores silvestres em números semelhantes é muito diferente de outro em que uma única espécie domina.

A equipa percebeu que o mesmo raciocínio podia ser adaptado para avaliar bioassinaturas.

“A astrobiologia é, fundamentalmente, uma ciência forense. Estamos a tentar inferir processos a partir de pistas incompletas, muitas vezes com dados muito limitados recolhidos por missões extraordinariamente dispendiosas e raras”, disse Yoffe.

A vida deixa uma impressão digital

O aspeto do padrão depende do tipo de química em causa. Em amostras biológicas, os aminoácidos tendem a distribuir-se por uma grande variedade, em quantidades relativamente semelhantes.

Já em reações não biológicas, a produção concentra-se em poucos “favoritos”, enquanto os restantes aparecem em menor quantidade.

Com os ácidos gordos acontece o inverso. Em amostras biológicas, os ácidos gordos agrupam-se em comprimentos mais curtos e com cadeias pares. A química sem vida, por contraste, gera uma distribuição mais ampla e mais uniforme.

Estes dois padrões, apesar de opostos, apontam para a mesma ideia de base: a biologia é seletiva de formas que a química não viva não é. E essa seletividade deixa uma assinatura estatística.

Um teste aplicado a várias amostras

Para verificar a hipótese, os investigadores reuniram cerca de 100 conjuntos de dados já existentes, provenientes de fontes muito diferentes.

Entre eles estavam microrganismos cultivados em laboratório, sedimentos hidrotermais, fósseis, meteoritos, amostras de asteroides devolvidas à Terra e química sintética preparada para imitar condições pré-bióticas.

Quando aplicaram os cálculos de diversidade, os resultados separaram-se com uma consistência notável.

A biologia distinguiu-se claramente do não vivo, tanto no caso dos aminoácidos como no dos ácidos gordos.

Um efeito colateral inesperado

O teste de diversidade mostrou algo que a equipa não antecipava. Para além de separar vida de não vida, parecia também captar sinais de degradação.

“Isso foi genuinamente surpreendente. O método captou não só a distinção entre vida e não vida, mas também graus de preservação e alteração”, afirmou Fabian Klenner, professor assistente de ciências planetárias na University of California, Riverside (UCR).

Mesmo amostras muito degradadas mantinham a assinatura. Cascas de ovos fossilizados de dinossauro, onde quase não restam moléculas intactas, continuaram a ser classificadas como bióticas quando passaram pela análise.

Ou seja, o padrão resistiu mesmo quando a química original, em grande medida, já não estava preservada.

Implicações mais amplas do estudo

Uma das vantagens do método é não exigir nada de exótico. Ele funciona com abundâncias relativas - valores que a maioria dos espectrómetros de massa planetários já fornece.

Segundo a equipa, este enquadramento pode ser aplicado tanto a dados já arquivados de missões anteriores como a instrumentos que já seguem rumo a outros mundos.

A missão Europa Clipper, concebida para ler a química orgânica à superfície de uma lua gelada, é um caso em que esta abordagem pode encaixar diretamente.

E planos para missões de seguimento a Europa e a Enceladus alargam ainda mais o potencial de aplicação.

Resistência à radiação

Mundos como Europa apresentam mais uma dificuldade. O gelo à superfície é atingido por partículas carregadas que fragmentam moléculas delicadas.

A equipa modelou a forma como a radiação degradaria uma mistura biológica de aminoácidos em gelo superficial.

O sinal enfraqueceu, mas manteve-se durante tempo suficiente para continuar detetável em gelo pouco profundo - precisamente o tipo de material que um futuro módulo de aterragem poderia, de forma plausível, recolher.

Um estudo anterior já tinha documentado quão agressivamente essa radiação degrada moléculas orgânicas, o que torna ainda mais marcante a resiliência do padrão de diversidade.

Uma nova ferramenta para detetar vida extraterrestre

Antes deste trabalho, não tinha sido demonstrado nenhum teste estatístico capaz de separar biologia de não biologia em tantos tipos de amostras, usando apenas dados gerados por instrumentos atuais.

“A nossa abordagem é mais uma forma de avaliar se pode ter existido vida. E, se diferentes técnicas apontarem todas na mesma direção, isso torna-se muito poderoso”, disse Klenner.

Nenhum teste, isoladamente, encerrará a questão. Ainda assim, os cientistas de missão passam a dispor de uma ferramenta que não exige novos instrumentos, não assume uma biologia ao estilo da Terra e funciona com dados que já existem em arquivo.

Isto altera o tipo de perguntas que a próxima década de exploração planetária pode fazer - e a confiança com que as equipas poderão interpretar a resposta quando novos dados finalmente chegarem.