Explorar os oceanos da Terra pode ajudar na busca de vida na Lua Europa de Júpiter

Europa: Visão global de cores de mais alta resolução

Padrões complexos e belos adornam a superfície gelada da lua de Júpiter, Europa, como pode ser visto nesta imagem colorida que visa aproximar como o satélite pode aparecer ao olho humano. Os dados usados ​​para criar esta visão foram adquiridos pela espaçonave Galileo da NASA em 1995 e 1998. (Crédito da imagem: NASA / JPL / Ted Stryk)



Esta é a Parte 1 de uma série de seis partes que conta a história dos esforços da humanidade para entender as origens da vida, procurando por ela em ambientes extremos onde a vida prospera sem depender do sol como fonte de energia.

Esta série segue uma expedição oceanográfica ao Mid-Cayman Rise, liderada por Chris German do Woods Hole Oceanographic Institution, e os esforços da NASA para planejar uma missão futura à lua de Júpiter, Europa. Ao compreender como a vida pode sobreviver sem o sol, podemos descobrir como a vida começou em nosso planeta , e se a Terra é ou não o único lugar no universo capaz de suportar uma biosfera.





Em 17 de fevereiro de 1977, Tjeerd van Andel, da Universidade de Stanford, e Jack Corliss, do estado de Oregon, respiraram pela última vez no ar do Pacífico Sul antes de fechar a escotilha do tamanho de uma cesta de basquete do submersível de pesquisa Alvin.

Seu piloto, Jack Donnelly, então guiou a nave de 23 pés de comprimento (7 metros) por 2.740 m em direção ao fundo do mar, longe do navio-mãe Knorrand da equipe de pesquisa, Lulu. Noventa minutos depois, o trio chegou ao fundo.



Seis horas e 47 minutos depois, eles estavam de volta à superfície. Quando a equipe de ciência extraiu as primeiras amostras de água do fundo do mar, todo o laboratório do Knorr se encheu de um fedor horrível: ovos podres.

Por mais terrível que fosse esse cheiro, a descoberta de sulfato de hidrogênio no fundo do mar foi um momento decisivo na compreensão da humanidade sobre as origens da vida. [ 7 teorias sobre a origem da vida ]



Seis meses depois, em 20 de agosto de 1977, a Voyager 2probe da NASA foi lançada ao espaço a bordo de um foguete Titan IIIE / Centaur do Cabo Canaveral, Flórida. A espaçonave enviou de volta suas primeiras fotos de Júpiter após 20 meses em trânsito para o gigante gasoso e depois outros 2 meses e meio, ele voou para dentro de cerca de 125.000 milhas (200.000 km) de Europa - uma das 64 luas conhecidas de Júpiter.

Enquanto imagens brutas eram devolvidas à Terra a uma taxa de um a cada 90 segundos, cientistas, engenheiros, estudantes e jornalistas sentavam-se grudados em seus assentos, olhando para imagens impressionantes que revelavam um mundo branco e gelado, entrecruzado por linhas escuras e uma superfície aparentemente tão suave quanto qualquer coisa vista até agora em nosso sistema solar.

Imagens e dados recebidos de Viajando 2 sugeriu que abaixo dessa camada de gelo de água existe um oceano de água líquida maior do que todos os oceanos da Terra combinados, cobrindo a lua inteira - que é aproximadamente do mesmo tamanho que a nossa lua.

Logo os pesquisadores começaram a se perguntar se, sob aquela camada de gelo no fundo de milhares de metros de água e metano líquido, o fundo do mar de Europa também cheira a ovo podre.

Espaço e mar

À primeira vista, o espaço e o mar podem parecer extremos opostos de um espectro que define ambientes extremamente perigosos para a vida - ou perigosos para o nosso tipo de vida, pelo menos.

No espaço, não há ar para respirar e, portanto, nenhuma pressão de ar para manter nossa pele e órgãos no lugar, manter a água em nossos corpos como um líquido em vez de vapor e manter o oxigênio circulando em nosso sangue. Um humano pode morrer alguns segundos após a exposição ao vácuo do espaço.

Nos oceanos, existe um ambiente igualmente mortal, embora a pressões até vários milhares de vezes maiores do que estamos acostumados - pressões que nos esmagariam sem a proteção de um submarino ou roupa de mergulho.

Mas o espaço e os oceanos têm muito em comum. Ambos são regiões vastas, quase inteiramente inexploradas em comparação com nós. E ambos têm muito a nos dizer sobre a vida.

O fato de que a vida existe em primeiro lugar é bastante incrível. A vida poderia muito facilmente não ter existido. Ainda não encontramos evidências de vida passada ou atual em nenhum dos planetas e luas de nosso sistema solar.

Ainda não começamos a arranhar a superfície para saber se existe vida fora de nosso sistema solar , mas não o encontramos em nenhum lugar ainda.

E ainda assim, está em todo lugar. Encontramos vida sob rochas altamente ácidas, dentro de enormes geleiras, nos abismos mais escuros do oceano. Tente encontrar o inferno mais desolado, estéril e inóspito da Terra, e você encontrará vida lá também. [ Extremófilos: a vida mais estranha do mundo ]

Indo fundo

Chris German está no negócio de explorar alguns dos ambientes mais infernais da Terra. Um geoquímico do Woods Hole Oceanographic Institution em Massachusetts, German lidera expedições de pesquisa com o objetivo de compreender as complexas placas tectônicas e as reações químicas que ocorrem no fundo do mar da Terra. Ao descobrir a história da mudança do fundo do mar do planeta, ele está descobrindo o conhecimento da natureza de ambientes extremos - o tipo onde a vida provavelmente não deveria existir, mas existe.

Às 8:00 da manhã de 6 de janeiro de 2012, German começou talvez a expedição de pesquisa mais promissora de seus 28 anos de carreira. Ele assistiu do convés do navio de pesquisa Atlantis sua equipe e tripulação, totalizando quase 50 pessoas, embarcarem de Port Everglades, Flórida.

O último carregamento de equipamento havia chegado por pouco, com meia hora de sobra antes da partida do navio, culminando com anos de preparativos para esta expedição. Atlantisheaded sul, passou por Florida Keys no final da tarde e virou para oeste, seguindo uma rota S para trás que levaria a equipe ao redor do extremo oeste de Cuba para um trecho do oceano acima de uma cordilheira de 113 km de extensão em o fundo do mar chamado de Aumento do Mid-Cayman (MCR).

Seu alvo: novos locais de ventilação hidrotérmica ao longo do cume que German e seus colegas exploraram e mapearam durante duas expedições de pesquisa anteriores em 2009 e 2011. Chamada de 'OASES 2012: Return to the Cayman Rise', esta expedição de pesquisa foi narrada por Julia DeMarines , assistente de pesquisa do curador de astrobiologia do Denver Museum of Nature and Science.

As fontes hidrotermais ocorrem onde a água quase congelada no fundo do oceano encontra as rochas escaldantes da crosta oceânica jovem. Nas dorsais meso-oceânicas, como o Cayman Rise, o magma é produzido por uma fonte de calor que vem da energia liberada pela decomposição de materiais radioativos nas profundezas do planeta e também sobras de calor da formação da Terra.

Quando a água e as rochas quentes se encontram, a água agora superaquecida sobe pelas fendas do fundo do mar, criando nuvens de gases quentes e produtos químicos que podem atingir várias centenas de metros de altura. As plumas costumam ser pretas e fuliginosas - a versão oceânica de um motor de trem a diesel lançando um fluxo constante de fumaça negra para o céu. Isso dá origem ao apelido de fumante negro. Esta mistura de fluidos quentes carregados de produtos químicos e água do mar fria cria condições que formam o oceano equivalente a um oásis no deserto .

O submarino de pesquisa Alvin chega com seu braço mecânico a um fumante negro de alta temperatura no segmento Endeavor, Juan de Fuca Ridge, para estudar micróbios metanogênicos.

O submarino de pesquisa Alvin chega com seu braço mecânico a um fumante negro de alta temperatura no segmento Endeavor, Juan de Fuca Ridge, para estudar micróbios metanogênicos.(Crédito da imagem: Bruce Strickrott da WHOI)

Comunidades ricas no fundo do mar

Esses locais hospedam comunidades de matéria viva que podem ser mais densas do que qualquer fragmento de vida em terra na biosfera conhecida e 10.000 a 100.000 vezes maiores do que o resto do fundo do mar. Aqui, organismos exóticos semelhantes a gavinhas chamados vermes tubulares podem crescer 2,4 m de altura e os mariscos podem ter 0,3 m de diâmetro.

Normalmente, as amêijoas com um terço de polegada de diâmetro têm um século de idade. No entanto, em algumas plumas, os moluscos de 23 centímetros de diâmetro têm apenas 10 anos de idade. Isso significa que suas taxas de crescimento são 300 vezes mais rápidas do que as das amêijoas em qualquer outro lugar do fundo do mar. [ Fotos: criaturas assustadoras do fundo do mar ]

Isso é notável, dado que o ritmo de vida no fundo da maior parte do oceano é lento. Uma vez, em 1968, o Alvin submersível afundou a uma profundidade de 5.000 pés (1.520 m) depois que um cabo que o prendia à sua nave-mãe se partiu enquanto a embarcação estava sendo lançada na água.

A tripulação de três pessoas conseguiu chegar a um lugar seguro, mas se esqueceram de pegar seus pacotes de almoço: três maçãs e três sanduíches de mortadela. Eles permaneceram no fundo do oceano por 10 meses antes que uma equipe de resgate pudesse recuperar Alvin. Ao encontrar os almoços, a tripulação ficou surpresa com o pouco que haviam mudado - alguns até provaram os sanduíches. Salgado, mas ótimo, eles disseram. Era como se o processo biológico de degradação simplesmente tivesse parado.

No entanto, a vida prospera em fontes hidrotermais. Eles também são diversos por localização, assim como regiões biogeográficas distintas em terra. As formas de vida encontradas em um oceano podem variar significativamente daquelas encontradas em outro oceano. O cruzeiro de 2011 foi especialmente produtivo em provar a incrível diversidade da vida perto desses locais extraordinários. German testemunhou pessoalmente a descoberta do primeiro verme tubular vivo encontrado perto de uma fonte hidrotérmica no Oceano Atlântico.

Ainda maior, a equipe encontrou camarões quimiossintéticos (que vivem da energia de reações químicas das aberturas em vez de processos fotossintéticos envolvendo o sol) e vermes tubulares ocupando o mesmo local - talvez o equivalente terrestre de encontrar um leão e um urso polar mastigando o mesmo antílope no meio do Saara. [ Infográfico: da montanha mais alta até a trincheira mais profunda do oceano ]

Construído como o mundo

Construído como o primeiro submersível em águas profundas do mundo, o Alvin já fez mais de 4.200 mergulhos e pode atingir 63% do fundo do oceano global (atingindo profundidades de 14.764 pés / 4.500 metros).(Crédito da imagem: Mark Spear, Woods Hole Oceanographic Institution)

De volta à ascensão de Mid-Cayman

Agora a equipe estava voltando ao MCR para coletar as primeiras amostras físicas do que alguns consideram a coleção mais interessante de fontes hidrotermais de nosso planeta.

O MCR é o lar do vulcão subaquático mais profundo conhecido no mundo e é único entre as 42.000 milhas (67.600 km) de cordilheiras oceânicas por sua diversidade geológica.

'Em poucas palavras, ele exibe talvez a mais ampla gama de processos geológicos da dorsal meso-oceânica, todos ativos no mesmo lugar', disse German. A crista é considerada uma dorsal oceânica 'ultraslow', o que significa que se move a uma taxa de menos de uma polegada por ano, em comparação com as cristas de propagação 'lentas' relativamente velozes que se movem a pouco menos de 2 polegadas por ano ou 'rápido' espalhando cristas que foram cronometradas em ardentes 20 centímetros por ano. O local abriga três diferentes tipos de respiradouros, que são classificados por sua temperatura e pela composição química das rochas que dão vida ao seu combustível.

O primeiro, Tipo 1, é comum em todo o sistema de dorsal meso-oceânica do mundo e é caracterizado por altas temperaturas (às vezes mais de 750 graus Fahreheit, ou 400 graus Celsius) e rochas 'máficas' da crosta terrestre, o que significa que são ricas em magnésio e ferro.

As aberturas do tipo 2 têm altas temperaturas semelhantes, mas essas aberturas são o resultado de reações entre a água do mar e rochas muito mais profundas do manto da Terra, com concentrações ainda mais altas de magnésio e ferro. Estes são classificados como 'ultramáficos'.

As aberturas de ventilação do tipo 3 também são ultramáficas, mas têm temperaturas muito mais baixas. Uma vez que eles estão hospedados em rochas formadas em temperaturas ainda mais altas do que as que erupcionam no fundo do mar hoje, eles são diretamente comparáveis ​​ao material que entrou em erupção na Terra primitiva. Assim, os locais de ventilação ultramáfica estão entre os ambientes hidrotérmicos mais exóticos e cativantes para os cientistas marinhos.

Olhando para trás no tempo

O cientista-chefe German encontrou evidências de pelo menos três locais de ventilação durante sua primeira viagem ao MCR em 2009. A experiência anterior nos oceanos do sul da Índia e Ártico reduziu as expectativas de descoberta de novos locais de ventilação para não mais do que cerca de um local para cada 100 milhas (160 km) de dorsal meso-oceânica exploradas.

Como o MCR tinha apenas 113 km de comprimento, aquela primeira viagem foi 'provavelmente a expedição de maior risco que já empreendi', diz German. A probabilidade de encontrar até mesmo um local de ventilação lá era bastante baixa para começar.

Assim, encontrar três conjuntos de sinais de pluma nesses estudos de coluna de água, indicativos de três tipos diferentes de ventilação no mesmo trecho relativamente pequeno da dorsal meso-oceânica, foi surpreendente, um pouco como procurar um café e encontrar um Starbuck's, um Dunkin 'Donuts e um Caribou Coffee em três esquinas de um cruzamento de uma cidade de duas estradas no meio de um milharal em Nebraska. É por isso que, no mundo das fontes hidrotermais, há mais de uma razão pela qual esse trecho específico de terreno marinho é considerado um 'ponto quente'.

Infelizmente, a descoberta original da equipe foi seguida de perto por um revés. A expedição de 2009 foi interrompida por um tempestade tropical antes que a equipe pudesse chegar perto de qualquer um dos locais em potencial com seu Veículo Operado Remotamente (ROV), o Nereus.

German teve que esperar até a oportunidade de 2011 para ver mais de perto, mas esta expedição de 10 dias teve como objetivo apenas fotografar e mapear os locais de ventilação. Nenhuma amostra foi coletada. Ambas as expedições pavimentaram o caminho para a expedição de 2012, que seria a primeira a estudar cada local em detalhes e obter amostras reais de rochas, água, vermes tubulares e outras criaturas nas comunidades dos respiradouros.

German espera que as amostras dessas aberturas descontroladamente diversas, todas dentro de um pequeno trecho da dorsal meso-oceânica, revelem segredos sobre a formação da Terra primitiva e, talvez, enquanto estiverem lá, a origem da própria vida. Ao estudar como um ecossistema vivo pode se sustentar nas profundezas do oceano negro, muito abaixo do alcance dos raios solares, German não está apenas classificando vermes exóticos e outros animais em um ambiente peculiar de 'Twilight Zone' - ele está olhando no tempo.

'Assim como o telescópio Hubble, apontado para os pontos mais distantes do Universo, locais hidrotérmicos como esses podem se tornar uma espécie de lente que nos permite ver o passado distante da Terra e explicar como a vida se originou na Terra', disse German.

E assim como o telescópio espacial Hubble , sua expedição é financiada significativamente pela agência amplamente responsável por direcionar nossos olhos para o céu: a NASA.

Esta história foi fornecida por Revista Astrobiologia , uma publicação baseada na web patrocinada pela NASA programa de astrobiologia .