Um processo desconhecido de produção de metano está provavelmente em funcionamento no oceano oculto sob a casca gelada da lua de Saturno Encéladus. 

Sugere um novo estudo publicado na Nature Astronomy por cientistas da Universidade do Arizona e da Universidade de Ciências e Lettres de Paris.

A impressão deste artista retrata a nave espacial Cassini da NASA voando através de uma suposta nuvem de água em erupção da superfície da lua de Saturno, Enceladus. Crédito: NASA

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As gigantescas plumas de água em erupção de Encéladus há muito tempo fascinam os cientistas e o público, inspirando pesquisas e especulações sobre o vasto oceano que se acredita estar espremido entre o núcleo rochoso da lua e sua concha gelada. Voando através das plumas e mostrando sua composição química, a espaçonave Cassini detectou uma concentração relativamente alta de certas moléculas associadas a fontes hidrotermais no fundo dos oceanos da Terra, especificamente di-hidrogênio, metano e dióxido de carbono. A quantidade de metano encontrada nas plumas foi particularmente inesperada.

"Queríamos saber: Será que micróbios semelhantes à Terra, que 'comem' o di-hidrogênio e produzem metano, explicam a quantidade surpreendentemente grande de metano detectada pela Cassini?" disse Regis Ferriere, professor associado do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da Universidade do Arizona e um dos dois principais autores do estudo. "A busca por tais micróbios, conhecidos como metanógenos, no fundo do mar de Enceladus exigiria missões de mergulho profundo extremamente desafiadoras que não estão à vista há várias décadas."

Ferriere e sua equipe seguiram um caminho diferente e mais fácil: eles construíram modelos matemáticos para calcular a probabilidade de que diferentes processos, incluindo a metanogênese biológica, pudessem explicar os dados da Cassini.

Os autores aplicaram novos modelos matemáticos que combinam geoquímica e ecologia microbiana para analisar os dados da pluma Cassini e modelar os possíveis processos que explicariam melhor as observações. Eles concluem que os dados da Cassini são consistentes com a atividade microbiana da fonte hidrotérmica ou com processos que não envolvem formas de vida, mas são diferentes dos que ocorrem na Terra.

Na Terra, a atividade hidrotérmica ocorre quando a água do mar fria penetra no fundo do oceano, circula pela rocha subjacente e passa perto de uma fonte de calor, como uma câmara de magma, antes de ser expelida na água novamente por meio de fontes hidrotermais. Na Terra, o metano pode ser produzido por meio da atividade hidrotérmica, mas em um ritmo lento. A maior parte da produção se deve a microrganismos que aproveitam o desequilíbrio químico do di-hidrogênio produzido hidrotermicamente como fonte de energia e produzem metano a partir do dióxido de carbono em um processo chamado metanogênese.

A equipe analisou a composição da pluma de Encéladus como o resultado final de vários processos químicos e físicos ocorrendo no interior da lua. Primeiro, os pesquisadores avaliaram qual produção hidrotérmica de di-hidrogênio se ajustaria melhor às observações da Cassini e se essa produção poderia fornecer "alimento" suficiente para sustentar uma população de metanógenos hidrogenotróficos semelhantes à Terra. Para isso, eles desenvolveram um modelo para a dinâmica populacional de um hipotético metanogênio hidrogenotrófico, cujo nicho térmico e energético foi modelado a partir de cepas conhecidas da Terra.

Os autores então executaram o modelo para ver se um determinado conjunto de condições químicas, como a concentração de dihidrogênio no fluido hidrotérmico, e a temperatura forneceriam um ambiente adequado para o crescimento desses micróbios. Eles também analisaram o efeito que uma população hipotética de micróbios teria em seu ambiente, por exemplo, nas taxas de escape de di-hidrogênio e metano na pluma.

Esta visão em corte da lua Enceladus de Saturno é uma representação artística que retrata uma possível atividade hidrotermal que pode estar ocorrendo no fundo do mar do oceano subterrâneo da lua, com base nos resultados da missão Cassini da NASA. Crédito: NASA / JPL-Caltech

"Em resumo, não só poderíamos avaliar se as observações da Cassini são compatíveis com um ambiente habitável por toda a vida, mas também podemos fazer previsões quantitativas sobre as observações esperadas, caso a metanogênese realmente ocorra no fundo do mar de Encéladus", explicou Ferriere.

Os resultados sugerem que mesmo a estimativa mais alta possível da produção abiótica de metano, ou produção de metano sem ajuda biológica, com base na química hidrotérmica conhecida está longe de ser suficiente para explicar a concentração de metano medida nas plumas. Adicionar metanogênese biológica à mistura, no entanto, poderia produzir metano suficiente para coincidir com as observações da Cassini.

"Obviamente, não estamos concluindo que existe vida no oceano de Encéladus", disse Ferriere. "Em vez disso, queríamos entender a probabilidade de que as fontes hidrotermais de Encéladus pudessem ser habitadas por microorganismos semelhantes à Terra. Muito provavelmente, os dados da Cassini nos dirão, de acordo com nossos modelos.

“E a metanogênese biológica parece ser compatível com os dados. Em outras palavras, não podemos descartar a 'hipótese de vida' como altamente improvável. Para rejeitar a hipótese de vida, precisamos de mais dados de missões futuras”, acrescentou.

Os autores esperam que seu artigo forneça orientação para estudos que visem melhor compreender as observações feitas pela Cassini e que incentive pesquisas para elucidar os processos abióticos que poderiam produzir metano suficiente para explicar os dados.

Por exemplo, o metano poderia vir da decomposição química da matéria orgânica primordial que pode estar presente no núcleo de Encéladus e que poderia ser parcialmente transformada em di-hidrogênio, metano e dióxido de carbono por meio do processo hidrotérmico. Essa hipótese é muito plausível se for descoberto que Enceladus se formou por meio do acréscimo de material orgânico rico fornecido por cometas, explicou Ferriere.

"Em parte, tudo se resume a quão prováveis acreditamos que sejam as diferentes hipóteses", disse ele. "Por exemplo, se considerarmos que a probabilidade de vida em Encéladus é extremamente baixa, esses mecanismos abióticos alternativos se tornam muito mais prováveis, mesmo se forem muito estranhos em comparação com o que conhecemos aqui na Terra."

Segundo os autores, um avanço muito promissor do artigo está em sua metodologia, pois não se limita a sistemas específicos como oceanos interiores de luas geladas e abre caminho para lidar com dados químicos de planetas fora do sistema solar à medida que se tornam disponíveis nas próximas décadas.

Mais informações:

Antonin Affholder et al, Bayesian analysis of Enceladus's plume data to assess methanogenesis, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01372-6

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Referência: 

STOLTE, Daniel. Methane in the plumes of Saturn's moon Enceladus: Possible signs of life?. Phys Org, 07, jul. 2021. Disponível em: <https://phys.org/news/2021-07-methane-plumes-saturn-moon-enceladus.html>. Acesso em: 07, jul. 2021.