Química da Vida gerada em ambiente igual ao do espaço!

Impactos de Electrões de Baixa Energia produzem a química base da vida.
Chamam-se LEES, ou Low Energy Electrons.

Donde se originam as moléculas necessárias para a vida, tal como a conhecemos?

Pode-se dar o caso que pequenas moléculas orgânicas que primeiro surgiram na Terra tenham-se depois combinado para formarem as moléculas maiores das proteínas e dos hidratos de carbono.
Mas também existe a hipótese que se tenham originado no espaço, e é provável que, se assim foi, tenham tido origem no Sistema Solar.

Uma nova experiência demonstra que uma série de pequenas moléculas orgânicas podem-se formar num ambiente muito frio, cheio de radiação, que em tudo se assemelha ao do espaço exterior.

Europa, Lua de Júpiter.
As planícies de gelos estão com tonalidades de azul para se distinguir o gelo misturado com grãos maiores (azul escuro) do gelo com grãos finos (a azul claro). As longas linhas escuras são fracturas e penhascos na crosta de Europa, Lua de Júpiter. Algumas destas linhas têm quase 3 mil Km. Estas imagens foram obtidas pela nave Galileo, uma missão da NASA, em Setembro e Dezembro de 1996 e em Fevereiro de 1997, e a uma distância de um pouco mais do que 670 mil Km.
Créditos: NASA / JPL / University of Arizona

Uma equipa de investigadores na Universidade de Sherbrooke, no Canadá, criou simulações do ambiente do espaço exterior nas quais colocaram amostras de pequena espessura de gelo sobrepostas em filmes fotográficos contendo metano e oxigénio, um composto e um elemento que foram depois irradiados por feixes de electrões.

Quando os electrões ou outras formas de radiação se impingem nos chamados gelos moleculares, ocorrem reacções químicas que formam novas moléculas.

Esta pesquisa utilizou várias técnicas avançadas, incluindo a ESD – Electron-Stimulated Desorption (que remove, por dessorção, espécies atómicas, moleculares e iónicas pela interacção dos electrões com superfícies sólidas), a XPS – espectroscopia de foto-electrões excitados por raios X e a TPD, que é a dessorção programada por temperatura.

Equipamento para análise por XPS.
Créditos: Lauro Chieza de Carvalho

Exemplo de dessorção na Natureza, a atmosfera de Sódio da Lua e a sua extensão no espaço, onde chega a atingir mais do que 8 raios da Lua (raio lunar: 1.787 Km) ou seja, cerca de 14.300 Km.

Créditos : Universidade de Boston – Center for Space Physics. McDonald Observatory.

As experiências decorreram sob condições de vácuo, o que permitiu por um lado desenvolver as técnicas de análise e, por outro, simular as condições do espaço exterior.

As películas de filme congeladas contendo o metano e o oxigénio utilizadas nesta experiência imitam ainda melhor o ambiente do espaço exterior.

É que existem vários tipos de gelo (não é apenas o gelo de água) que se formam em torno de grãos de poeira nas muito frias e muito densas nuvens de poeiras no espaço interestelar.

Crédito: ESO

Esta imagem obtida pelo Very Large Telescope do ESO mostra uma pequena parte da bem conhecida nebulosa de emissão, NGC 6357, situada a cerca de 8000 anos-luz de distância, na cauda da constelação austral do Escorpião. A imagem brilha com o característico tom vermelho de uma região H II, e contém uma enorme quantidade de hidrogénio gasoso excitado e ionizado.

As nuvens estão banhadas em intensa radiação ultravioleta, emitida principalmente pelo enxame estelar aberto Pismis 24, onde se encontram algumas jovens estrelas azuis de grande massa, que é re-emitida como radiação visível, com um distinto tom avermelhado.

O enxame propriamente dito está fora do campo de visão da imagem. A luz difusa está a iluminar a nuvem na parte central direita da imagem. A imagem mostra um detalhe da nebulosa circundante, com uma mistura de gás, poeira escura e estrelas recém nascidas ou ainda a formarem-se.

Este tipo de ambientes gélidos também se encontram em objectos do sistema solar, como nos asteróides, nos cometas e nas luas.

Todas estas superfícies geladas no espaço estão sujeitas a múltiplas formas de radiação, e estão também frequentemente na presença de campos magnéticos, que aceleram partículas com carga eléctrica sopradas pelo vento solar na direcção destes astros gelados.

Os estudos já efectuados investigaram as reacções químicas que podem ocorrer no ambiente do espaço recorrendo à radiação ultra-violeta e a outros tipos de radiação, mas é a primeira vez que se observa detalhadamente o papel dos electrões secundários.

São produzidas enormes quantidades de electrões secundários quando a radiação de alta energia, como a de raios-X ou a de partículas pesadas (raios cósmicos, sobretudo protões), interage com a matéria.

Estes electrões, também conhecidos como electrões de baixa energia (LEEs), ainda são suficientemente energéticos para induzirem reacções químicas.

A investigação incidiu sobre a interacção dos LEEs com os filmes com gelos.
Os estudos preliminares desta equipa consideraram os produtos reactivos de carga eléctrica positiva, que foram ejectados dos gelos irradiados com LEEs, enquanto este recente trabalho inclui iões negativos e novas moléculas que se formaram mas que se mantiveram embebidos nos filmes.

(Nota: Iões positivos = catiões; Iões negativos = aniões).

Evidências directas

A equipa de investigação descobriu que foi produzida uma variedade de pequenas moléculas nos filmes dos gelos irradiados com LEEs.

Nos filmes com metano gelado, formou-se propileno, etano e acetileno, e nos filmes com uma mistura de metano e de oxigénio, descobriram evidências directas da formação de etanol.

E indirectas…

Foram descobertas evidências indirectas da formação de muitas outras moléculas orgânicas pequenas, incluindo de metanol, de ácido acético e de metanal (formaldeido).

Para mais, tanto a irradiação a raios-X, como a de LEEs, produziram resultados semelhantes, embora em quantidades diferentes.

O impacto dos electrões de baixa energia medeia a geração de moléculas orgânicas complexas, como o etanol, nos gelos dos modelos astrofísicos/ciências planetárias contendo metano e oxigénio; enquanto algumas das espécies são sujeitas a dessorção (ou processo químico de libertação de superfície) e libertam iões, muitas mantêm-se nas superfícies dos gelos.
Créditos: American Institute of Physics e NASA para a inserção de Europa, lua de Júpiter no fundo do gráfico, para relevar o substrato de Platina (Pt).

Assim, é provável que os blocos fundamentais da vida tenham sido formados devido a reacções químicas induzidas por electrões secundários em superfícies geladas no espaço que estivessem expostas a todas as formas de energia ionizante.

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A energia do spectrum electromagnético é ionizante a partir do nível já elevado de energia do ultra-violeta, e inclui esta, a dos raios-X, a dos raios-gama e a dos raios cósmicos.

A energia não ionizante contém uma pequena parte dos ultra-violeta, a luz visível, o infra-vermelho e, ainda as mais baixas energias do micro-ondas, da rádio e a da electricidade doméstica.

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