Poderia o ferro ser a chave para encontrar vida alienígena em outros mundos?
Os cientistas destacaram o papel fundamental que o ferro desempenhou na evolução da vida na Terra.
Dois pesquisadores da Universidade de Oxford – Hal Drakesmith, professor de biologia do ferro, e Jon Wade, professor associado de materiais planetários – apresentaram a ideia de que observar a quantidade de ferro em outros mundos poderia indicar o potencial de vida complexa lá.
Nosso sangue vermelho está cheio de ferro. Precisamos de ferro para o crescimento e para a imunidade. É até adicionado a alimentos, como cereais, para garantir que haja quantidade suficiente desse nutriente na dieta para prevenir a deficiência de ferro.
No entanto, em uma escala muito diferente, durante o desenvolvimento da vida no planeta Terra ao longo de bilhões de anos, a deficiência de ferro pode ter estimulado a evolução. De acordo com nossa nova pesquisa, publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), níveis crescentes e decrescentes de ferro em nosso planeta podem ter permitido que organismos complexos evoluíssem de ancestrais mais simples.
Os planetas terrestres do nosso sistema solar – Mercúrio, Vênus, Terra e Marte – têm diferentes quantidades de ferro em seus mantos rochosos, a camada abaixo da crosta planetária mais externa.
O manto de Mercúrio tem a menor quantidade de ferro, e o de Marte tem a maior quantidade. Esta variação é devido a diferenças na distância do Sol. Também se deve às condições variadas sob as quais os planetas inicialmente formaram seus núcleos metálicos ricos em ferro.
A quantidade de ferro no manto regula vários processos planetários, incluindo a retenção de água superficial. E sem água, a vida como a conhecemos não pode existir. Observações astronômicas de outros sistemas solares podem permitir estimativas do manto de ferro de um planeta, ajudando a restringir a busca por planetas capazes de abrigar vida.
Além de contribuir para a habitabilidade planetária, o ferro é fundamental para a bioquímica que permite que a vida aconteça. O ferro tem uma combinação única de propriedades, incluindo a capacidade de formar ligações químicas em múltiplas orientações e relativa facilidade de ganhar ou perder um elétron.
Como resultado, o ferro medeia muitos processos bioquímicos nas células, especialmente ao permitir a catálise – um processo que acelera as reações químicas. Processos metabólicos vitais para a vida, como síntese de DNA e geração de energia celular, dependem do ferro.
Em nosso trabalho, calculamos a quantidade de ferro nos mares da Terra ao longo de bilhões de anos. Em seguida, consideramos o efeito na evolução de enormes quantidades de ferro caindo dos mares.
Ferro através dos tempos
Os eventos formativos iniciais da geoquímica evoluindo para a bioquímica, a vida, ocorreram há mais de 4 bilhões de anos. E há um consenso de que o ferro foi um elemento fundamental para esse processo.
As condições da Terra primitiva eram muito diferentes das atuais. Em particular, quase não havia oxigênio na atmosfera, o que significava que o ferro era facilmente solúvel em água como “ferro ferroso” (Fe2+). A abundância de ferro nutritivo nos primeiros mares da Terra ajudou a vida a evoluir. No entanto, esse “paraíso ferroso” não iria durar.
O Grande Evento de Oxigenação resultou no aparecimento de oxigênio na atmosfera da Terra. Ocorreu por volta de 2,43 bilhões de anos atrás. Isso mudou a superfície da Terra e causou uma profunda perda de ferro solúvel do oceano superior e das águas superficiais do planeta.
Um segundo “evento de oxigenação” mais recente, o Neoproterozóico, ocorreu entre 800 a 500 milhões de anos atrás. Isso elevou as concentrações de oxigênio ainda mais altas. Como consequência desses dois eventos, oxigênio combinado com ferro e gigatoneladas de “ferro férrico” oxidado e insolúvel (Fe3+) caíram das águas oceânicas, tornando-se indisponíveis para a maioria das formas de vida.
A vida desenvolveu – e mantém – uma dependência inescapável do ferro. A perda de acesso ao ferro solúvel teve grandes consequências para a evolução da vida na Terra. O comportamento que otimizasse a aquisição e uso do ferro teria uma clara vantagem seletiva. Ainda podemos ver isso na análise genética de infecções hoje: variantes bacterianas capazes de eliminar eficientemente o ferro de seus hospedeiros se saem melhor do que concorrentes menos capazes em poucas gerações.
Uma arma chave nessa batalha pelo ferro foi o “sideróforo” – uma pequena molécula produzida por muitas bactérias que captura o ferro oxidado (Fe3+). Os sideróforos tornaram-se espetacularmente mais úteis após a oxigenação, permitindo que os organismos assimilem o ferro de minerais contendo ferro oxidado. No entanto, os sideróforos também ajudaram a roubar ferro de outros organismos, incluindo bactérias.
Essa mudança de foco, de adquirir ferro do ambiente para roubá-lo de outras formas de vida, estabeleceu uma nova dinâmica de interação competitiva entre patógenos e seus hospedeiros.
Graças a esse processo, ambas as partes evoluíram continuamente para atacar e defender seus recursos de ferro. Ao longo de milhões de anos, esse poderoso impulso competitivo levou a um comportamento cada vez mais complexo, resultando em organismos mais avançados.
No entanto, outras estratégias, além do roubo, podem ajudar a lidar com a dependência de um nutriente escasso. Um exemplo são as relações simbióticas e cooperativas que compartilham recursos. As mitocôndrias são máquinas geradoras de energia ricas em ferro que originalmente eram bactérias, mas agora residem em nossas células.
Múltiplas células agrupadas como organismos complexos permitem o uso mais eficiente de nutrientes raros do que organismos unicelulares, como as bactérias. Por exemplo, os humanos reciclam 25 vezes mais ferro por dia do que ingerimos em nossa dieta.
Do ponto de vista do ferro, infecção, simbiose e multicelularidade forneceram meios diferentes, mas elegantes, para as formas de vida neutralizarem a limitação do ferro. A necessidade de ferro pode ter moldado a evolução – incluindo a vida como a conhecemos hoje.
A Terra demonstra a importância de ser irônico. A combinação de uma Terra primitiva com ferro biologicamente acessível e a subsequente remoção de ferro durante a oxidação da superfície forneceu pressões ambientais únicas, facilitando a evolução da vida complexa a partir de precursores mais simples.
Esses conjuntos específicos de condições e mudanças em escalas de tempo tão longas são possivelmente incomuns em outros planetas. A probabilidade de outras formas de vida avançadas serem encontradas em nossa vizinhança cósmica pode, portanto, ser baixa. No entanto, observar a abundância de ferro em outros mundos também pode nos ajudar a encontrar esses mundos raros.
Hal Drakesmith, Professor de Biologia do Ferro, Universidade de Oxford e Jon Wade, Professor Associado de Materiais Planetários, Universidade de Oxford
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