Novo teste estatístico de diversidade para detectar bioassinaturas

Agências espaciais passaram décadas a desenhar instrumentos de detecção de vida com base numa ideia central: a biologia deixa moléculas específicas como rasto.

Bastaria enviar a sonda certa, encontrar os químicos certos e, então, a resposta sobre se existiu vida surgiria por conta própria.

O problema é que há uma falha nessa lógica. Essas mesmas moléculas também podem surgir sem qualquer forma de vida, tanto na química fria de meteoritos como em fontes hidrotermais no fundo do mar.

Um estudo recente defende que a verdadeira impressão digital não está em quais moléculas aparecem, mas sim no padrão estatístico oculto na forma como elas se distribuem.

O quebra-cabeça da química

Este é o dilema com que cientistas planetários convivem há décadas. Aminoácidos - os blocos de construção das proteínas - aparecem em meteoritos.

Eles também já foram identificados em poeira de asteroides devolvida do espaço. Além disso, surgem em misturas de laboratório criadas para imitar a química prebiótica.

Por isso, encontrá-los noutro mundo nunca foi suficiente para provar que algo esteve vivo ali. A química “funciona nos dois sentidos”: tanto processos biológicos como não biológicos podem gerar esses compostos.

Gideon Yoffe, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Weizmann de Ciência, em Israel, e primeiro autor do novo artigo, tem trabalhado numa forma de contornar essa ambiguidade.

A proposta da equipa é deixar de analisar uma molécula isoladamente e, em vez disso, observar como o conjunto completo se organiza - como uma impressão digital química.

Criando um novo teste para bioassinaturas

A solução vem de uma fonte improvável: a matemática que ecologistas usam para descrever florestas e recifes de coral.

Para quantificar biodiversidade, biólogos acompanham duas coisas: quantas espécies existem e quão uniformemente elas estão distribuídas.

Um campo com 20 flores silvestres em quantidades semelhantes transmite um retrato muito diferente de outro em que uma única espécie domina.

A equipa percebeu que a mesma lógica poderia ser convertida num teste de 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 caras e raras”, disse Yoffe.

A vida deixa uma impressão digital

O aspeto do padrão varia conforme a química em questão. Em amostras biológicas, aminoácidos tendem a espalhar-se por uma grande diversidade, em quantidades relativamente equilibradas.

Já reações não biológicas concentram-se em poucos “favoritos” e deixam os restantes em segundo plano.

Com os ácidos gordos, o sinal é o inverso. Em amostras biológicas, os ácidos gordos agrupam-se em cadeias mais curtas e com número par de carbonos. A química não viva, por sua vez, gera uma distribuição mais ampla e mais uniforme.

Esses dois padrões opostos assentam na mesma realidade: a biologia é seletiva de maneiras que a química não viva não é. Essa seletividade acaba por produzir uma impressão digital estatística.

Um teste aplicado a várias amostras

Para pôr a ideia à prova, os investigadores reuniram cerca de 100 conjuntos de dados já existentes, vindos de fontes muito diversas.

O material incluía micróbios cultivados em laboratório, sedimentos hidrotermais, fósseis, meteoritos, amostras de asteroides trazidas de volta à Terra e química sintética pensada para simular condições prebióticas.

Quando aplicaram os cálculos de diversidade, as amostras separaram-se com uma consistência impressionante.

A biologia distinguiu-se nitidamente da não vida, tanto no caso dos aminoácidos como no dos ácidos gordos.

Um efeito colateral inesperado

O teste de diversidade revelou algo que a equipa não antecipava. Para além de separar com clareza vida e não vida, o método também pareceu captar sinais de degradação.

“Isso foi genuinamente surpreendente. O método capturou não só a distinção entre vida e não vida, mas também graus de preservação e alteração”, disse Fabian Klenner, professor assistente de ciências planetárias na Universidade da Califórnia, Riverside (UCR).

Mesmo amostras muito degradadas mantiveram a assinatura. Cascas fossilizadas de ovos de dinossauro - onde moléculas intactas são escassas - ainda assim foram classificadas como bióticas quando passaram pela análise.

O padrão persistiu mesmo quando a química original, em grande medida, já não estava preservada.

Implicações mais amplas do estudo

Um dos atrativos da abordagem é que ela não exige nada de exótico. O método usa abundâncias relativas - valores que a maioria dos espectrômetros de massa planetários já fornece.

Segundo a equipa, a estrutura poderia ser aplicada a dados já arquivados de missões anteriores e também a instrumentos que já estão a caminho de outros mundos.

A missão Europa Clipper, concebida para ler a química orgânica na superfície de uma lua gelada, é um exemplo em que a abordagem poderia encaixar-se diretamente.

Planos para missões de seguimento a Europa e Encélado ampliam ainda mais esse alcance.

Mantendo-se sob radiação

Mundos como Europa trazem outro desafio. O gelo superficial é bombardeado por partículas carregadas, que fragmentam moléculas delicadas.

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

O sinal enfraqueceu, mas persistiu tempo suficiente para continuar detetável em gelo superficial - precisamente o tipo de material que um futuro módulo de aterragem poderia recolher.

Um estudo anterior documentou quão agressivamente essa radiação degrada moléculas orgânicas - o que torna a resiliência do padrão de diversidade ainda mais marcante.

Uma nova ferramenta para detetar vida alienígena

Antes deste trabalho, nenhum teste estatístico tinha demonstrado separar biologia de não biologia em tantos tipos de amostras, usando apenas dados de instrumentos já existentes.

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

Nenhum teste isolado encerrará a questão por si só. Ainda assim, cientistas de missões passam a ter uma ferramenta que não requer um novo instrumento, não pressupõe biologia ao estilo da Terra e funciona com dados que já estão nos arquivos.

Isso muda o que a próxima década de exploração planetária pode perguntar - e com quanta confiança as equipas poderão interpretar a resposta quando novos dados finalmente chegarem.