Astrobiologia procura compreender a origem dos blocos de construção da vida, como estes compostos biogénicos se combinam para criar vida, como a vida afecta – e é afectada pelo ambiente do qual surgiu, e finalmente, se e como a vida se expande para além do seu planeta de origem.

Nenhuma destas perguntas é de modo algum nova – mas pela primeira vez desde que foram feitas, estas perguntas podem agora ser respondidas. A Astrobiologia procura fornecer uma base filosófica e programática onde o lugar da vida no universo pode ser explorado – em níveis de complexidade inter-relacionados que variam de molecular a galáctico.
No início, pode-se não pensar que o seu campo de especialização possa ser relevante para a Astrobiologia. De fato, com a perspectiva cósmica da Astrobiologia, eles poderiam muito bem ver seus interesses como estando um pouco distantes de um esforço tão expansivo. Mergulhe até mesmo na descrição mais superficial da Astrobiologia e você logo verá que não só há uma vasta gama de disciplinas científicas e de engenharia envolvidas, mas que os pontos de intersecção entre essas disciplinas são frequentemente novidade.

Em algum momento todos têm um interesse na Astrobiologia. O desafio que se apresenta não é tanto o enquadramento de questões, mas sim a forma de canalizar todas as competências relevantes para a tarefa certa, de modo a responder a estas questões. Também requer a disposição de todos os participantes para desafiar suposições antigas e conceber novas formas de fazer as coisas.

Como Albert Einstein disse uma vez, “o universo é mais estranho do que podemos imaginar”. No entanto, armados com esta advertência, os astrobiólogos nunca devem parar de tentar imaginar como o universo funciona – nem se afastar de tentar entender seu lugar pessoal em meio a seu esplendor e mistério.

Você pode ser um astrobiólogo simplesmente decidindo que você é um.

Como a vida e o mundo em que ela reside se afetam mutuamente ao longo do tempo?

Oceanógrafos e climatologistas serão chamados a ajudar a entender como a vida e o planeta em que ela surgiu afetam a composição da atmosfera daquele planeta. Em questão está a compreensão de como os oceanos e atmosferas se formam, como eles interagem para perpetuar as condições necessárias para a vida, como as mudanças na atmosfera e oceanos podem mudar o curso da evolução, e como a atividade das formas de vida pode, por sua vez, alterar o caráter da atmosfera de um planeta e seus oceanos.

Mas a Terra é apenas um planeta – e dificilmente representativo de todos os mundos deste sistema solar. O que acontece à vida em um planeta (Marte) quando seus oceanos secam (ou afundam no solo) e a maioria de sua atmosfera escapa para o espaço com o restante congelando em seus pólos? Os mesmos passos indutores de vida que ocorreram na Terra podem ser iniciados num mundo (Europa) onde uma crosta de gelo espessa tem um ambiente de alto vácuo de radiação de um lado e um oceano líquido do outro – um onde a principal fonte de energia não é de uma estrela mas das interacções das marés com um planeta de gás gigante?

Na frente imediata: como é que todas estas interacções entre o ar, a água e a vida na Terra pressagiam a forma como estamos a transformar o nosso planeta? Podemos controlar o processo a tempo de evitar consequências graves? Já iniciamos um processo que de outra forma ocorreria naturalmente? Ou seja, será que a consequência inevitável de um planeta fomentar a vida inteligente é a modificação da sua biosfera? Se tivéssemos conseguido alterar a biosfera da Terra de uma forma aleatória e não planeada, poderiam ser derivadas lições desta experiência descontrolada de tal forma que pudéssemos transformar deliberadamente um mundo inóspito (terraformá-lo) num mundo capaz de suportar vida?

Como se avalia a história de vida de um planeta?

Paleontólogos, biólogos evolucionários e talvez até arqueólogos serão chamados a ajudar a compreender o registo da vida anterior na Terra num contexto planetário – isto é, que lições podemos aprender a partir do desvendar do nosso próprio passado para nos guiar enquanto descobrimos o que aconteceu noutros planetas? É neste contexto que os geólogos e astrônomos planetários se juntam a nós. Quais são as implicações que podem ser extraídas do registro fóssil da Terra em relação ao tempo e ritmo em que as formas de vida na história de um planeta? A complexidade surge a um ritmo constante ou acontece em surtos? As mudanças nos ambientes planetários conduzem ou seguem períodos de mudança? Eventos de origem externa, como grandes impactos, uma supernova próxima ou variações estelares afetam o ritmo e o caráter da evolução da vida? A vida surge assim que as condições o permitem? A vida surge apenas para ser extinta por eventos cataclísmicos apenas para surgir de novo? É possível extinguir verdadeiramente a vida depois de se ter espalhado por (e dentro de) um planeta?

Podemos esperar encontrar fósseis em outros mundos? Se sim, onde procuramos? A história inicial de Marte foi suficientemente semelhante à da Terra para que as provas de vida possam ser encontradas tão facilmente como na Terra? Os planetas podem trocar material contendo fósseis? Se sim, quais são as implicações para a troca de material vivo entre os planetas? Se o material é trocado, este é um fenómeno raro ou comum? Podem os registos fósseis em vários planetas ser usados para calibrar se/quando tais trocas ocorreram e se formas de vida estrangeiras conseguiram prosperar?

Como se passa da química simples para formas de vida auto-replicantes?

Químicos orgânicos e inorgânicos, teóricos da informação, geneticistas e biólogos moleculares serão chamados a compreender como surgiram sistemas auto-replicantes e como evoluíram para incluir codificação de informação e controlo metabólico. De interesse para a Astrobiologia é o que materiais e ambientes não vivos participaram na origem dos sistemas químicos auto-replicáveis. Que materiais foram necessários? Podemos replicar estas condições hoje em dia? Existem sistemas alternativos, que poderiam surgir de diferentes materiais de partida? Havia sistemas de vida primordiais concorrentes – e se assim foi, um venceu o outro ou se eles se fundiram em uma única biologia?

Também de interesse é entender como eram os primeiros sistemas genéticos, se existem analógicos na Terra hoje, e se os organismos atuais contêm fósseis moleculares (isto é, componentes antigos retidos ao longo da evolução) que podem fornecer conhecimentos sobre os primeiros sistemas genéticos.

Vida em ambientes extremos – é assim que a vida começou na Terra – e é isso que podemos esperar encontrar em outros mundos?

Microbiólogos, ecologistas, oceanógrafos, químicos orgânicos e inorgânicos, e geólogos serão chamados a compreender os extremos ambientais dentro dos quais a vida pode existir na Terra. A vida tem sido encontrada milhas abaixo da crosta terrestre, nas porções mais profundas do mar, em águas cáusticas e ferventes, dentro de reatores nucleares, dentro de rochas antárticas, e em meio a locais de resíduos tóxicos. Pensa-se agora que a vida surgiu na Terra em condições quentes e hostis.

Como tal, são os extremos dentro dos quais a vida terrestre prospera indica que os ambientes dentro da vida podem surgir em outro lugar? Esses ambientes sugerem a variedade de ambientes em outros mundos onde a vida pode sobreviver? Será que indicam os lugares onde podemos encontrar restos de ecossistemas em mundos como Marte que sofreram mudanças climáticas extremas? Microbiólogos industriais e pesquisadores farmacêuticos também podem ser recrutados, uma vez que um número de enzimas isoladas de extremófilos já foram colocadas a uso científico e comercial significativo.

Impacto planetário em larga escala: A devastação e recuperação de ecossistemas.

Astrônomos, geólogos planetários e paleontologistas serão chamados para avaliar o efeito que grandes impactos têm sobre a vida na Terra. Um registro claro de bombardeamentos na história inicial do sistema solar foi encontrado espalhado por muitos planetas e luas. Há vários anos, vimos um cometa atingir Júpiter com muitas vezes a força do arsenal nuclear colectivo do nosso planeta. Na Terra é claro que grandes impactos de quebra de ecossistema ocorreram com alguma regularidade. Estes impactos explicam algum dos caminhos percorridos durante a evolução da vida na Terra? Os impactos planetários são uma componente “natural” da evolução da vida em um planeta? Se assim for, a taxa de impactos acelera ou retarda a evolução de novas formas de vida? De facto, os impactos frequentes durante a juventude de um planeta apagam a vida uma ou mais vezes antes de finalmente tomar posse?

Um influxo constante e diário de material meteórico, supostos fósseis extraterrestres encontrados dentro do meteorito marciano ALH84001, análises recentes da composição cometária, servem para aumentar o interesse no papel que os materiais extraterrestres tiveram na origem da vida na Terra. Será que os oceanos na Terra e Marte resultaram dos impactos cometários? Que papel desempenha este afluxo constante de materiais no ecossistema de um planeta? Os organismos viáveis podem ser transferidos entre planetas – ou seja, precisamos considerar uma ecologia onde mais de uma biota de um planeta está envolvida? Podem pequenas colecções de materiais biogénicos ser concentradas em mundos de outro modo abióticos – tais como os pólos da Lua da Terra? Se os materiais que atingem a Terra contêm compostos biogénicos, o que diz isto sobre a capacidade da vida se originar dentro dos cometas e outros corpos pequenos?

Proteção planetária: evitando uma mistura interplanetária indesejável de formas de vida

Epidemiologistas, microbiologistas, éticos, engenheiros de naves espaciais e profissionais de saúde ambiental serão chamados a avaliar como nos protegemos a nós mesmos e à biosfera do nosso planeta de formas de vida extraterrestres nocivas – assim como que medidas tomamos para ter certeza de que não contaminamos outros mundos. Como esterilizamos as naves espaciais para evitar a contaminação de outros mundos com formas de vida terrestres? Como devolvemos amostras de outros mundos de uma forma que reduza adequadamente o risco de acidente, mantendo a integridade da amostra? Se as formas de vida de dois planetas diferentes entrarem em contato direto, esse encontro será benigno ou prejudicial? Os micróbios de um planeta podem causar doenças em um organismo de outro planeta?

É possível enviar humanos para outros mundos (como Marte) sem contaminar esses mundos? Podem os fatos espaciais ser desenhados de forma a não contaminarem a superfície de um planeta? A contaminação planetária é a consequência inevitável da exploração humana? Se encontrarmos um mundo que seja desprovido de vida – em que ponto estamos suficientemente certos de que não nos preocupamos em contaminar este mundo? – Afinal, a vida foi encontrada a milhas abaixo da superfície da Terra e habitats semelhantes poderiam iludir a detecção em outros mundos? Se a vida é encontrada em outro mundo, será que ela tem o “direito” de existir livre de contaminação terrestre? Como decidimos se é ou não seguro eticamente aceitável terraformar um planeta?

Planeta extrassolar: encontrando-os e avaliando seu potencial biológico

Astrônomos, climatologistas e ecologistas serão chamados a elaborar uma estratégia pela qual planetas extrassolares capazes de promover o desenvolvimento da vida possam ser localizados. Descobertas recentes parecem mostrar que a formação de planetas é um fenômeno comum no universo. Enquanto apenas grandes planetas da classe Júpiter foram detectados até agora, é apenas uma questão de tempo até que planetas menores sejam encontrados.

Pode estes planetas ser diretamente imitados? O que procuramos quando tentamos determinar onde um planeta suporta vida? Podem os fenómenos planetários indicativos de vida ser detectados através de distâncias interestelares? Existem aspectos da composição atmosférica de um planeta que são indicativos da desequilibria que esperamos que a vida mantenha? Existem aspectos do mundo oceânico coberto de gelo, como a Europa, que podem ser detectados à distância? Vamos procurar provas químicas que sejam diferentes daquelas que a vida baseada na Terra utiliza? Podemos determinar qual é a zona habitável para uma estrela? Podem os planetas – e as condições de vida surgir em sistemas estelares múltiplos?

Existem folhas de uma raça tecnológica que podem ser detectadas através de distâncias interestelares? Estas características sobrevivem mais que os seus criadores? Vamos procurar esferas Dyson ou outros meios pelos quais a saída de uma estrela é aproveitada ou modificada? Estaremos procurando por sistemas estelares com mais de um mundo habitável, talvez planetas terraformados? Será que o acto de atravessar o espaço interestelar deixa vestígios detectáveis? (será que algumas explosões de raios gama são realmente de naves estelares?)

A vida é uma consequência natural da formação planetária?

Geólogos, astrônomos, químicos e climatologistas serão chamados a entender como os planetas se acentuam, como se diferenciam, como reciclam materiais, e como esses fatores se combinam para criar e manter um ambiente propício à origem e perpetuação da vida.

Os processos de nascimento estelares e a formação de discos protoplanetários são fenômenos comuns (e inerentemente semelhantes)? Ou seja, materiais semelhantes vão para a formação de planetas em todo o universo – e o nosso sistema solar é semelhante a esses outros sistemas solares? Se a vida é encontrada em outros mundos que não a Terra, quão comum ela é em todo o nosso sistema solar? Por todo o Universo? Se a vida é comum em nosso sistema solar, isto pode ser extrapolado para outros sistemas solares – de fato, o universo inteiro?

Procurar – e comunicar-se com – inteligência extraterrestre

Astrônomos de rádio e ópticos, provedores de telecomunicações, criptográfos, lingüistas, psicólogos, éticos e jornalistas serão chamados a conceber e operar a busca por inteligência extraterrestre (SETI). Embora um Congresso americano de vistas curtas tenha terminado o apoio do governo a esse esforço, ele continua, no entanto. A capacidade tecnológica de procurar e identificar sinais candidatos experimenta um efeito duplo em menos de um ano.

Posso conceber estratégias, que forneçam um levantamento adequado do céu? Será que saberemos um sinal artificial quando o encontrarmos? Se reconhecermos o sinal – podemos descodificá-lo – e iremos compreendê-lo? Haverá algo a aprender para comunicar com espécies não humanas como os macacos e as baleias? Podemos continuar a conduzir esta busca na Terra como fontes de interferência de rádio estão em ascensão? Será necessário mover o SETI para o espaço ou talvez para o outro lado da Lua da Terra para escapar às interferências? Estamos a olhar para todas as formas possíveis de comunicação através de distâncias interestelares? Se recebermos uma mensagem, devemos responder? Se sim, quem compõe a mensagem e como a enviamos?

Sistemas nervosos: como é que a Terra afectou o seu desenvolvimento – e como é que eles vão responder ao ambiente espacial?

Neuroscientistas e behavioristas serão chamados a entender como a vida evolui a capacidade de trocar informações dentro e entre organismos – e como esses organismos obtêm informações e as alimentam em seu ambiente externo.

Que estímulos ambientais levaram à evolução do sistema nervoso? Que papel o campo gravitacional desempenha no desenvolvimento e organização do sistema nervoso de um organismo? Esse sistema nervoso pode se desenvolver normalmente em ambientes gravitacionais alterados? O sistema nervoso de um indivíduo criado em microgravidade pode se adaptar totalmente à vida em um ambiente de 1G? Como um organismo criado em microgravidade sente a posição e a direção? O sistema nervoso pode evoluir com a capacidade de interceptar – e criar tipos de energia não vistos actualmente em formas de vida terrestres – por exemplo, rádio, microondas, magnético e raio-X?

Músculo e Osso: o que acontece quando as estruturas que suportam o peso já não têm peso a suportar?

Osso, músculos e fisiologistas do exercício, biólogos do desenvolvimento, anatomistas comparativos, neurofisiologistas, cinesiologistas e terapeutas da reabilitação serão chamados a entender como a vida desenvolve os sistemas internos de suporte arquitetônico, como esses sistemas são articulados para o movimento, e que papel a gravidade desempenha na evolução, desenvolvimento, operação e manutenção desses sistemas. Os sistemas músculo-esqueléticos servem para apoiar os organismos contra a atração da gravidade, bem como para permitir o movimento dentro de um campo gravitacional. Os sistemas esqueléticos utilizam minerais comuns para formar arquiteturas que se adaptam e readaptam constantemente aos padrões e forças de uso. O controle muscular pode envolver mecanismos neurais complexos que são aperfeiçoados pela experiência como um organismo reage ao seu ambiente. No entanto, essas arquiteturas de suporte e modos de movimento são o resultado de bilhões de anos de desenvolvimento dentro das forças impostas por um campo gravitacional. A remoção da gravidade impõe desafios operacionais aos quais estes sistemas nunca foram chamados a reagir.

Os sistemas esqueléticos evoluem para utilizar os materiais em questão ou é a sua preferência evolutiva por um material em detrimento de outro? Os sistemas músculo-esqueléticos desenvolvem-se normalmente na ausência de um campo gravitacional? Estes sistemas desenvolvem-se suficientemente para permitir que um organismo viva a sua vida em microgravura? Os sistemas músculo-esqueléticos de organismos criados em microgravidade podem funcionar normalmente quando expostos à gravidade normal? Como estes sistemas respondem a campos gravitacionais maiores do que os da Terra? As formas de vida em outros planetas evoluem estruturas e modos de movimento semelhantes aos dos organismos terrestres ou existem outras soluções possíveis? O vôo é mais prevalente em mundos com gravidade menor do que a Terra e menos comum em mundos onde a gravidade é maior do que a Terra?

Como são formados, distribuídos e reciclados os ingredientes crus da vida no universo?

Astrônomos e astrofísicos serão chamados para entender como as estrelas produzem os elementos necessários à vida, como esses materiais são organizados em sistemas planetários, como esses materiais são processados durante a evolução do sistema planetário, e como eles são reciclados quando a estrela hospedeira se torna supernova ou se perde quando a estrela hospedeira se desvanece e morre.
Existe uma ecologia galáctica onde os materiais biogênicos são produzidos e reciclados através das estrelas? Quão prevalecentes são os chamados “compostos orgânicos” em todo o universo? Existem outros compostos que possam ser indicativos de vida? Como esses materiais são organizados e concentrados de tal forma que a vida pode se formar? Algumas regiões da nossa galáxia são mais (ou menos) susceptíveis de conter precursores biogénicos? São os planetas e luas os únicos lugares onde a vida ou seus precursores imediatos podem se formar?

Qual é o menor e mais fundamental nível em que a vida percebe e responde à gravidade?

Os fisiologistas e físicos de células serão chamados a determinar o menor nível de organização biológica em que a gravidade (ou falta dela) pode ser percebida, transduzida e respondida. A gravidade é o único fator ambiental cuja presença e força tem permanecido constante durante todo o período de vida na Terra. A gravidade é também o único fator ambiental cuja presença não pode ser removida (por mais de alguns segundos) na superfície da Terra ou perto dela. Como tal, a vida nunca foi colocada numa situação em que a gravidade não estivesse presente.
Alguns processos biológicos evoluíram que dependem da presença da gravidade? Existem processos biológicos que são insensíveis à presença ou ausência da gravidade? Existe um nível limiar de gravidade em que os mecanismos sensoriais respondem à gravidade? Em que nível(is) de organização as formas de vida podem detectar a presença e a direção da gravidade? Os fenômenos biológicos dependentes da gravidade respondem a outras forças no ambiente? Os mecanismos sensoriais da gravidade desenvolvem-se nos organismos, que são levantados na ausência da gravidade? As capacidades sensoriais dos organismos criados pela micro-gravidade funcionam normalmente quando expostos à gravidade? Qual é o campo gravitacional máximo dentro do qual a vida pode evoluir?

O que será necessário para que a vida terrestre sobreviva e se adapte aos ambientes no espaço e em outros planetas?

Os engenheiros de naves espaciais, engenheiros de suporte de vida, cientistas de fatores humanos, biólogos evolutivos, ecologistas, médicos, toxicólogos ambientais e psicólogos serão chamados a entender o que é necessário para apoiar os seres humanos e outras formas de vida terrestres em ambientes extraterrestres – no espaço e em superfícies planetárias.
Que tipo de contramedidas precisaremos desenvolver para lidar com os efeitos debilitantes da microgravidade e da radiação espacial? Podem os seres humanos e outras formas de vida readaptar-se à vida na Terra depois de se adaptarem a viver em microgravidade ou nos campos gravitacionais inferiores na Lua e em Marte? Podem as formas de vida ser modificadas para funcionar melhor em ambientes extraterrestres? Devem ser modificadas? Deveríamos modificar apenas adultos ou crianças pré-adaptadas? ? As crianças nascidas em colónias extraterrestres podem adaptar-se à vida na Terra? Os seres humanos podem até reproduzir-se no espaço? Se decidirmos terraformar outros mundos, com que formas de vida vamos semear esses mundos? Poderemos modificar as formas de vida terrestres de saída? Precisamos criar novas?

Como a cultura humana se adaptará e evoluirá em ambientes extraterrestres?

Todos os mencionados acima, mais as pessoas sem conhecimentos específicos, serão chamadas a entender o que será necessário para que os humanos e outras formas de vida terrestres sobrevivam, prosperem e evoluam dentro de novos ambientes no espaço e em outros mundos.

Para além das questões biomédicas, os humanos trarão consigo os valores sociais e culturais existentes à medida que se espalham pelo universo? Que tipo de novas adaptações culturais serão feitas? Em que ponto os humanos que vivem fora da Terra se identificarão mais com seu lar atual e menos com a Terra? Devem ser feitos planos antes de se estabelecerem outros mundos sobre como esses mundos serão autogovernados ou devemos simplesmente deixar a natureza humana seguir o seu curso? Será que os ambientes de microgravidade irão alterar a forma como os humanos interagem uns com os outros? O que poderia acontecer em um mundo de baixa gravidade onde os seres humanos poderiam, concebivelmente, amarrar as asas e voar? Como os humanos se adaptarão a longos períodos de viagens espaciais – possivelmente levando mais de uma vida humana a completar? Como a hibernação pode tornar os longos voos espaciais mais toleráveis e o que acontece quando as pessoas acordam no futuro? Se os humanos se espalharem pelas estrelas, eles permanecerão em contacto com outros mundos ou cortarão todos os laços?

O que acontece se encontrarmos outra espécie sensível?

Por que estamos tão interessados em deixar a Terra para explorar o universo?

Pessoas sem formação científica ou técnica serão chamadas a validar que tal investigação é de real benefício. Talvez o benefício não seja imediato – mas deve, no entanto, ser relevante.

O que é que nos impulsiona a expandir e explorar além do horizonte? Será esta uma característica humana inata ou transmitida de geração em geração através de meios culturais?

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