Técnica elétrica de Osaka pode ajudar a identificar sinais de vida no espaço

O problema do instrumento na busca por vida

Astrobiólogos passaram décadas vasculhando o sistema solar e o universo mais amplo em busca de sinais de que a biologia existe em algum lugar além da Terra. O obstáculo não é a ambição, mas a instrumentação. Um detector de biosignaturas precisa ser extremamente sensível, porque os vestígios que procura podem se resumir a um punhado de moléculas em uma amostra, e também precisa ser pequeno e robusto o suficiente para sobreviver a uma viagem em uma espaçonave. Construir algo que satisfaça ambos os requisitos ao mesmo tempo tem sido, como os pesquisadores colocam, um desafio de engenharia fora deste mundo. Um grupo da Universidade de Osaka agora descreve uma técnica elétrica que pode oferecer um caminho adiante. Os resultados serão publicados na Nature Communications.

Moléculas de imagem espelhada como assinatura da biologia

Muito do raciocínio por trás do trabalho repousa sobre aminoácidos, os blocos de construção moleculares a partir dos quais as proteínas são montadas. Muitos aminoácidos existem em duas formas que espelham uma à outra: idênticas na fórmula química, mas opostas na lateralidade, ou quiralidade. A vida e a química não viva lidam com essas duas formas de maneira muito diferente. Os organismos constroem seus aminoácidos quase inteiramente na forma L, enquanto seus açúcares aparecem predominantemente na forma D. Processos químicos e físicos abióticos, por contraste, não mostram tal preferência e tipicamente geram ambas as formas em proporções iguais. Essa assimetria — a razão entre as formas L e D — é, portanto, uma biosignatura promissora, e faz dos aminoácidos um foco natural para a astrobiologia. Se uma amostra de outro mundo voltasse com um forte viés de lateralidade, seria uma pista significativa de que a biologia estivera em ação.

Por que a medição em massa é insuficiente

Instrumentos convencionais determinam a quiralidade analisando grandes grupos de moléculas de uma só vez. Essa abordagem em massa funciona bem em um laboratório bem equipado, mas traz dificuldades práticas quando o objetivo é um instrumento pronto para voo. Foi sugerido que um esquema de detecção elétrica poderia contornar vários desses problemas de uma só vez: tal método seria mais simples de implementar, menos afetado por vibração e livre dos reagentes químicos que as técnicas em massa exigem. Essas são precisamente as qualidades que importam quando um instrumento deve operar longe de uma bancada de laboratório.

Moléculas individuais, contadas em um nanogap

Avanços em nanotecnologia permitiram à equipe de Osaka detectar eletricamente moléculas individuais de interesse biológico em vez de populações em massa. A configuração faz as moléculas passarem por um espaço entre dois nanofios de ouro. À medida que uma molécula atravessa esse espaço, ela gera uma corrente de tunelamento elétrico, e a forma de onda dessa corrente difere dependendo de qual forma do aminoácido está passando. Como essas impressões digitais elétricas são distinguíveis, os pesquisadores podem contar quantas moléculas de cada forma atravessam o espaço — uma medição direta, molécula por molécula, em vez de uma leitura média de uma multidão. A equipe também combinou a técnica de tunelamento em nanogap com inteligência artificial, o que, segundo relatam, lhes permitiu distinguir as duas formas.

Amostras de um substituto marciano

As amostras analisadas no estudo foram coletadas no núcleo hiperárido do Deserto do Atacama, ao norte de Antofagasta, no Chile. Essa região é usada como um ambiente análogo a Marte: sua secura extrema e biologia escassa a tornam uma das aproximações terrestres mais próximas das superfícies hostis encontradas no planeta vermelho. Testar uma técnica de detecção de vida em material de tal cenário é uma maneira de avaliar como o método se comporta sob condições que se assemelham ao que uma missão planetária poderia encontrar. A imagem do Atacama que acompanha o trabalho é creditada a Christopher E. Carr.

O que um detector elétrico compacto mudaria

O apelo da abordagem está no que ela poderia possibilitar se amadurecer em um instrumento funcional. Entre as vantagens descritas:

• Moléculas individuais, em vez de grandes conjuntos, são contadas, dando uma leitura direta da razão L/D que serve como potencial biosignatura.
• A medição é elétrica, evitando os reagentes químicos dos quais alguns métodos estabelecidos dependem.
• Leituras elétricas são descritas como menos sensíveis à vibração do que técnicas em massa, uma propriedade útil para hardware operando em um lander ou rover.
• A abordagem se baseia em fabricação em nanoescala, na qual junções de nanofios de ouro podem ser produzidas em pequenos chips.

Cada uma dessas propriedades fala do mesmo gargalo: a dificuldade de encolher um método analítico de nível laboratorial em algo que possa ser voado. Uma técnica que depende de corrente através de um nanogap em vez de um frasco de reagente e uma bancada óptica é, em princípio, mais fácil de miniaturizar.

Uma ferramenta emergente, não uma missão concluída

O resultado de Osaka é um passo no desenvolvimento de métodos, e não uma detecção de vida. Sua significância é que demonstra uma rota para distinguir as duas formas quirais de aminoácidos eletricamente com resolução de molécula única, e que a abordagem pode ser testada contra amostras de um ambiente escolhido para imitar Marte. Se a técnica eventualmente se tornará parte de uma futura carga útil depende de mais trabalho mostrando que ela pode operar de forma confiável fora do laboratório e nos tipos de amostras que uma missão realmente analisaria. Ainda assim, à medida que os astrobiólogos continuam a ponderar onde olhar e o que procurar, um instrumento que é pequeno, robusto e livre de reagentes aborda uma lacuna reconhecida na busca por biosignaturas — tanto dentro do nosso sistema solar quanto além dele.

Este artigo é baseado em reportagem do Phys.org. Leia o artigo original.