Cerca de quatro bilhões de anos atrás, a Terra parecia o cenário de um filme de ficção científica de verão. A superfície do planeta era uma paisagem árida e árida, se recuperando de ataques infernais de asteroides, repleta de erupções vulcânicas e carente de nutrientes suficientes para sustentar até mesmo as formas mais simples de vida.

A atmosfera era composta predominantemente de gases inertes como nitrogênio e dióxido de carbono, o que significa que eles não se envolviam facilmente em reações químicas necessárias para formar as moléculas orgânicas complexas que são os blocos de construção da vida. Os cientistas há muito buscam descobrir os principais fatores que permitiram que a química do planeta mudasse o suficiente para formar e sustentar a vida.

Agora, uma nova pesquisa zera como os raios podem ter servido como uma faísca vital, transformando a atmosfera da Terra primitiva em um foco de atividade química. No estudo, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences, uma equipe de cientistas de Harvard identificou a eletroquímica de plasma induzida por raios como uma fonte potencial de compostos reativos de carbono e nitrogênio necessários para o surgimento e sobrevivência da vida primitiva.

“A origem da vida é uma das grandes questões sem resposta que a química enfrenta”, disse George M. Whitesides, autor sênior e professor de pesquisa da Woodford L. e Ann A. Flowers University no Departamento de Química e Biologia Química. Como os blocos de construção fundamentais de “ácidos nucleicos, proteínas e metabólitos surgiram espontaneamente continua sem resposta”.

Uma das respostas mais populares para essa pergunta está resumida na chamada hipótese do Mundo de RNA, disse Whitesides. Essa é a ideia de que formas disponíveis dos elementos, como água, eletrólitos solúveis e gases comuns, formaram as primeiras biomoléculas. Em seu estudo, os pesquisadores descobriram que os raios poderiam fornecer formas acessíveis de nitrogênio e carbono que levaram ao surgimento e à sobrevivência de biomoléculas.

Pesquisadores projetaram uma configuração eletroquímica de plasma que permitiu que eles imitassem as condições da Terra primitiva e estudassem o papel que raios poderiam ter tido em sua química. Eles foram capazes de gerar faíscas de alta energia entre as fases gasosa e líquida — semelhantes aos raios nuvem-solo que teriam sido comuns bilhões de anos atrás.

Os cientistas descobriram que seus relâmpagos simulados poderiam transformar gases estáveis como dióxido de carbono e nitrogênio em compostos altamente reativos. Eles descobriram que o dióxido de carbono poderia ser reduzido a monóxido de carbono e ácido fórmico, enquanto o nitrogênio poderia ser convertido em nitrato, nitrito e íons de amônio.

Essas reações ocorreram de forma mais eficiente nas interfaces entre as fases gasosa, líquida e sólida — regiões onde os raios naturalmente concentrariam esses produtos. Isso sugere que os raios poderiam ter gerado localmente altas concentrações dessas moléculas vitais, fornecendo diversas matérias-primas para as primeiras formas de vida se desenvolverem e prosperarem.

“Dado o que mostramos sobre raios interfaciais, estamos introduzindo diferentes subconjuntos de moléculas, diferentes concentrações e diferentes caminhos plausíveis para a vida na comunidade de origem da vida”, disse Thomas C. Underwood, coautor principal e bolsista de pós-doutorado do Whitesides Lab. “Ao contrário de dizer que há um mecanismo para criar moléculas quimicamente reativas e um intermediário-chave, sugerimos que provavelmente há mais de uma molécula reativa que pode ter contribuído para o caminho para a vida.”

As descobertas se alinham com pesquisas anteriores sugerindo que outras fontes de energia, como radiação ultravioleta, aberturas em águas profundas, vulcões e impactos de asteroides, também podem ter contribuído para a formação de moléculas biologicamente relevantes. No entanto, a vantagem única dos raios nuvem-solo é sua capacidade de conduzir eletroquímica de alta voltagem por diferentes interfaces, conectando a atmosfera, os oceanos e a terra.

A pesquisa acrescenta uma peça significativa ao quebra-cabeça das origens da vida. Ao demonstrar como os raios podem ter contribuído para a disponibilidade de nutrientes essenciais, o estudo abre novos caminhos para a compreensão dos caminhos químicos que levaram ao surgimento da vida na Terra. À medida que a equipe de pesquisa continua a explorar essas reações, eles esperam descobrir mais sobre as condições iniciais que tornaram a vida possível e melhorar as aplicações modernas.

“Com base em nosso trabalho, agora estamos observando experimentalmente como as reações eletroquímicas de plasma podem influenciar os isótopos de nitrogênio em produtos, o que tem uma relevância geológica potencial”, disse o coautor principal Haihui Joy Jiang, um ex-bolsista de pós-doutorado do laboratório Whitesides. “Também estamos interessados nesta pesquisa de uma perspectiva de eficiência energética e ambientalmente amigável na produção química. Estamos estudando o plasma como uma ferramenta para desenvolver novos métodos de fabricação de produtos químicos e para impulsionar processos químicos verdes, como a produção de fertilizantes usados hoje.”

Os coautores de Harvard incluíram o professor Dimitar D. Sasselov do Departamento de Astronomia e o professor James G. Anderson do Departamento de Química e Biologia Química, do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard.

O estudo não apenas lança luz sobre o passado, mas também tem implicações para a busca por vida em outros planetas. Os processos descritos pelos pesquisadores podem potencialmente contribuir para o surgimento de vida além da Terra.

“Relâmpagos foram observados em Júpiter e Saturno; plasmas e química induzida por plasma podem existir além do nosso sistema solar”, disse Jiang. “Avançando, nossa configuração é útil para imitar condições ambientais de diferentes planetas, bem como explorar caminhos de reação desencadeados por relâmpagos e seus análogos.”