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Pode não ser óbvio à primeira vista, mas o carbono é um elemento fundamental da vida na Terra. O DNA e o RNA são feitos de carbono. E não apenas carbono, é claro, mas o carbono pode se ligar a outras moléculas para formar longas cadeias essenciais para a vida. E não apenas para a vida humana, mas para toda a vida — de plantas e fungos a mamíferos, insetos e muito mais. Toda a vida em nosso planeta é composta de matéria que contém carbono.
Tecnicamente, toda vida, em qualquer lugar, precisa ser baseada em carbono. É perfeitamente possível que outro elemento possa substituir o carbono na formação das cadeias moleculares que constituem os blocos de construção da vida, mas isso é tudo teórico. Nunca vimos formas de vida que não sejam baseadas em carbono; geralmente as relegamos à ficção científica e as fazemos parecer bastante bizarras.
Se toda a vida é realmente baseada em carbono, surge a pergunta: por quê? O que torna o carbono o elemento ideal para a vida? E quão plausíveis são as teorias sobre outros elementos? Quais elementos poderiam formar a base da vida, e como podemos sequer saber disso? Vamos descobrir!
O que permite que o carbono dê origem à vida?
Embora o hidrogênio seja o elemento mais abundante no universo e o oxigênio seja essencial para a vida, o carbono é a base da vida e o elemento mais importante nesse processo. Isso se deve às propriedades únicas do carbono, que muitos outros elementos não possuem. Em particular, o carbono é um excelente elemento de ligação, formando facilmente fortes laços com outros elementos.
Devido à sua resistência, as ligações de carbono permitem a formação de moléculas altamente complexas. O DNA, por exemplo, é uma molécula extremamente complexa. Mas sua função se baseia no fato de que as ligações de carbono o mantêm unido. Ele forma facilmente longas cadeias poliméricas, o que possibilita a existência do DNA e das proteínas, já que podem atingir comprimentos muito grandes.
A fórmula molecular do DNA é C15H31N3O13P2. Como você pode ver, o carbono desempenha um papel fundamental na molécula. Aqui, ele se liga ao hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e fósforo. Esses são os elementos fundamentais da vida. Tudo o mais é construído em torno deles, então o carbono é uma espécie de estrutura, ou esqueleto, sobre o qual a vida se baseia.
Nosso mundo está literalmente inundado de carbono, especialmente se comparado a muitos outros elementos. O carbono é o quarto elemento mais abundante em todo o universo. Os três primeiros são hidrogênio, hélio e oxigênio, todos gases. Portanto, o carbono é a substância sólida mais comum encontrada. Dada a sua abundância, não é surpreendente que ele possa ser essencial para a vida.
Como os átomos são muito pequenos, isso facilita enormemente a formação de cadeias moleculares extremamente complexas. Como já mencionamos, o carbono pode formar proteínas, assim como açúcares. Tudo o que a vida precisa para obter energia é baseado em carbono, assim como a própria vida. Isso significa que os organismos vivos podem quebrar outras moléculas à base de carbono para obter a energia necessária para se manterem vivos. É uma espécie de cenário microscópico de "você é o que você come".
Ciclo do carbono
A Terra possui um fenômeno chamado ciclo do carbono. É um processo em macroescala que abrange tudo no planeta. Ele permite que todo o planeta processe o carbono, o distribua e, de certa forma, assegure a continuidade da vida.
As reservas de carbono do mundo são limitadas. Não as destruímos, mas também não as criamos. Certamente não podemos, especialmente nesta escala. Portanto, temos tanto carbono quanto sempre tivemos. Isso significa que tudo que o utiliza eventualmente terá que compartilhá-lo. É perfeitamente possível que parte do carbono que você carrega agora dentro de si já tenha estado dentro de Abraham Lincoln, de um Tiranossauro rex e talvez dos primeiros organismos unicelulares que nadavam nessas águas quando a vida começou em nosso planeta.
As plantas absorvem dióxido de carbono do ar. Ele se acumula no solo e no sistema radicular e pode ser liberado novamente quando as plantas morrem. Os oceanos absorvem o carbono, e organismos vivos, como os animais, o exalam para a atmosfera para ser trocado com o oxigênio.
Uma parte significativa do ciclo do carbono está ligada à atmosfera e à forma como o dióxido de carbono afeta a qualidade do ar e as temperaturas globais. Mas também podemos observar como o carbono se move de outras maneiras: ele é absorvido pelas plantas, as plantas são consumidas pelos animais, os animais são consumidos por nós, e esses átomos de carbono são constantemente trocados em diversas formas. Isso não se limita apenas ao dióxido de carbono, mas também inclui proteínas, açúcares e outras moléculas que são transferidas entre os organismos na dança cíclica da vida.
Outros processos bioquímicos são possíveis?
Então, se o carbono pode formar a base da vida porque se combina facilmente com outros elementos, será que outros elementos são capazes de desempenhar a mesma função? Acontece que, embora o carbono seja bastante adequado para essa tarefa, ele não está sozinho. É importante lembrar que tudo isso é puramente teórico, mas o que é a ciência se não fizer perguntas para testar se algo é possível?
Silício
O silício está localizado logo abaixo do carbono na tabela periódica. Geralmente, é o elemento mais frequentemente mencionado quando se discutem outras possíveis formas de vida. Isso ocorre porque o silício se assemelha bastante ao carbono em sua estrutura molecular. Ele não é tão bom em formar ligações complexas com outros elementos, mas ainda assim é bastante eficiente nesse processo.
Estruturalmente, muitas das ligações e moléculas do silício se assemelham às do carbono. O silício também pode formar ligações fortes com o oxigênio, o que seria necessário para criar os blocos de construção da vida, pelo menos como a entendemos. Mas essa abordagem também apresenta possíveis desvantagens.
Nem todas as ligações entre átomos de silício são tão fortes quanto as ligações entre átomos de carbono. O silício é ideal para altas temperaturas, mas em temperaturas normais da superfície da Terra, as ligações entre átomos de carbono são muito mais fortes. Além disso, os átomos de silício são muito maiores que os átomos de carbono. Isso os torna um tanto volumosos em algumas moléculas e reduz o potencial para a criação de alguns dos polímeros mais complexos que podem ser feitos com carbono.
Pesquisadores conseguiram manipular micróbios em laboratório para criar compostos orgânicos a partir de silício, algo que normalmente não ocorre na natureza. Isso reforça significativamente a ideia de que poderemos um dia descobrir vida baseada em silício no universo.
Metano
A ideia de potenciais formas de vida baseadas em metano é um pouco mais teórica do que a questão do silício. É aqui que as coisas se tornam muito mais complexas e difíceis de entender. No mínimo, carbono e silício são elementos distintos. O metano é uma molécula composta de carbono e oxigênio, então talvez tecnicamente seja vida baseada em carbono novamente? No entanto, o metano não é um ambiente no qual a maioria das formas de vida na Terra possa prosperar. Certamente você não gostaria de respirá-lo regularmente.
Pesquisadores da NASA que estudam Titã, uma das luas de Saturno, descobriram cianeto de vinila em sua atmosfera. Eles acreditam que esse composto orgânico pode fornecer membranas celulares para formas de vida que dependem do metano para sobreviver. Provavelmente seriam microrganismos nos oceanos de metano que cobrem a lua, mas isso é teoricamente possível.
As membranas em Titã seriam compostas de nitrogênio, carbono e hidrogênio, em oposição ao fósforo e oxigênio encontrados na Terra.
Enxofre
Os fósseis mais antigos que já encontramos na Terra datam de 3,4 bilhões de anos atrás. Essa foi a época da origem da vida, e nosso planeta ainda não se parecia com o que vemos hoje. Não havia oxigênio na atmosfera, e a fotossíntese, que converte dióxido de carbono em algo respirável, não existia. O mundo era quente, gasoso e extremamente inóspito para toda a vida que existe hoje. Então, como a vida começou e o que ela fez?
Fósseis descobertos por cientistas indicam a existência de microrganismos que utilizam enxofre como fonte de energia. Esses microrganismos cresceram e se multiplicaram, aumentando as esperanças de que a vida, ou pelo menos evidências dela, possa um dia ser descoberta em Marte.
Além disso, acredita-se que alguns compostos de enxofre que contribuíram para a origem da vida na Terra vieram originalmente do espaço sideral. Se chegaram aqui e deram origem a dinossauros, pombos e jogadores de futebol, quem sabe o que poderia ter acontecido em outro planeta?
Amônia
Assim como o metano, a amônia é outra substância na qual, para dizer o mínimo, a maioria dos organismos vivos na Terra não consegue sobreviver. Existem teorias sobre a vida baseada em amônia, mas, nesse caso, não se trata tanto da amônia substituir o carbono — o que não pode fazer porque é uma molécula, não um átomo — mas sim de substituir a água.
A amônia não é totalmente incompatível com a vida. Produzimos amônia na urina, então ela faz parte da nossa biologia, embora não seja considerada uma substância orgânica. Isso ocorre simplesmente porque é um composto nitrogenado que não contém carbono. A vida baseada em carbono é orgânica. No entanto, se descobríssemos vida não baseada em carbono, sua definição de matéria orgânica teria que ser ajustada.
Como pouquíssimos planetas no Sistema Solar, e talvez até mesmo em todo o Universo, possuem água líquida, é lógico questionar quais outros líquidos poderiam ter sido usados para gerar vida. A vida como a conhecemos requer água, mas quem disse que a vida precisa ser como nós? É aí que entra a amônia.
Mesmo em nosso sistema solar, existem quantidades limitadas de líquidos abundantes. Mercúrio e Vênus contêm ácido sulfúrico. Embora tenhamos água, e ela tenha sido detectada em algumas luas, é provável que planetas mais frios possuam amônia, que tem um ponto de congelamento mais baixo. À medida que as temperaturas caem, o metano se liquefaz, e até mesmo o nitrogênio pode existir em estado líquido nas regiões mais externas do sistema solar.
A presença de um líquido não significa que ele possa operar em organismos vivos. Ele deve atender a uma série de critérios, incluindo desempenho como solvente, baixa viscosidade, resistência a flutuações de temperatura e outros fatores. Diante disso, se descartarmos a água líquida, que é reconhecidamente ideal, a amônia se torna nossa melhor opção seguinte.
A amônia é a quarta molécula mais abundante no universo e sua composição química é muito semelhante à da água. Ela não se assemelha diretamente à água em todos os aspectos do funcionamento dos organismos vivos, mas também baseamos nosso conhecimento no que sabemos e observamos, então é difícil dizer se estamos ignorando algum detalhe.
A vida em um colar cósmico
Existe outra teoria sobre como a vida pode ter se originado em algum lugar do universo que deixa a ideia de vida baseada em carbono para trás. Vai além até mesmo da ideia de vida baseada em silício, vida baseada em amônia e similares. É a vida como um colar cósmico, e é o mais extremo dos extremos.
Se pensarmos no que sabemos sobre formas de vida extremas na Terra, podemos nos lembrar de algo como o tardígrado. Esses minúsculos organismos conseguem sobreviver em frio extremo, calor extremo e até mesmo no vácuo do espaço. Existem também formas de vida que prosperam ao redor de fontes hidrotermais incrivelmente quentes e tóxicas que entram em erupção no fundo do oceano. Embora sejam exceções, elas mostram que há casos em que a vida pode prosperar de maneiras que desafiam nossas expectativas. Enquanto 99,91% de tudo o mais pereceria, essas criaturas prosperam tão felizes quanto amêijoas. Agora imagine isso em escala cósmica.
Se deixarmos de lado o que pensamos saber sobre os elementos essenciais para a vida — ou seja, carbono, oxigênio, água, a gravidade adequada e a distância correta da estrela — podemos começar a procurar em lugares exóticos. Por exemplo, dentro das próprias estrelas.
Isso é pura especulação teórica, mas a ideia é que possa existir uma partícula não muito diferente do bóson de Higgs, chamada monopolo magnético. Nem sequer sabemos se essa partícula é real. Assim como o bóson de Higgs, ela permaneceu teórica por muito tempo. Embora a existência do bóson de Higgs tenha sido comprovada, essa partícula ainda nos escapa.
Se isso for verdade, essas partículas poderiam se conectar por meio de filamentos cósmicos, formando estruturas semelhantes ao DNA dentro das estrelas. Se a capacidade de autorreplicação estiver codificada no RNA e no DNA, essas partículas poderiam desempenhar uma função similar dentro das estrelas, codificando e se reproduzindo, criando um tipo de vida diferente de tudo o que existe em nosso mundo. Seria uma vida baseada em partículas, ou pelo menos em seus componentes básicos.
Quanto à possibilidade de esses colares se transformarem em algo consciente, isso já é uma história completamente diferente, e quem sabe?
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