A busca por vida fora da Terra não depende apenas de chegar a outros mundos. Existe outro desafio igualmente importante: desenvolver instrumentos capazes de reconhecer sinais químicos potencialmente associados à vida usando quantidades extremamente pequenas de material.
Pesquisadores da Universidade de Osaka, no Japão, apresentaram agora uma nova abordagem para esse problema. Utilizando dois eletrodos de ouro separados por menos de um nanômetro, eles conseguiram distinguir eletricamente moléculas individuais de aminoácidos e identificar se elas pertenciam à forma L ou D.
A técnica combina correntes produzidas por tunelamento quântico com aprendizado de máquina e alcançou mais de 80% de precisão na diferenciação entre as duas formas quando aminoácidos individuais eram analisados separadamente.
Mais importante ainda, os pesquisadores testaram o método com materiais muito mais complexos: amostras do meteorito Murchison e solos do Deserto do Atacama.
O objetivo não é construir um aparelho que simplesmente acenda uma luz indicando “vida encontrada”. A tecnologia tenta medir uma propriedade muito mais específica chamada quiralidade, considerada uma possível bioassinatura e estudada há décadas pela astrobiologia.
O trabalho foi publicado em 5 de outubro na revista Nature Communications.
Algumas moléculas podem existir em duas configurações que possuem exatamente a mesma composição química, mas são imagens especulares uma da outra.
É semelhante ao que acontece com nossas mãos.
A mão esquerda e a direita possuem os mesmos componentes e uma corresponde à imagem da outra no espelho, mas não conseguimos sobrepor perfeitamente uma sobre a outra.
Essa propriedade é chamada quiralidade.
Grande parte dos aminoácidos também apresenta duas versões, chamadas L e D.
A vida terrestre apresenta uma preferência extremamente acentuada: as proteínas dos organismos são construídas quase exclusivamente utilizando aminoácidos da forma L. Os açúcares biológicos, por sua vez, apresentam predominantemente a orientação oposta, D.
Essa preferência é chamada de homoquiralidade e é uma das características mais marcantes da química da vida terrestre.
Em muitos processos químicos abióticos, por outro lado, as duas versões podem ser produzidas em proporções aproximadamente iguais, formando uma mistura chamada racêmica.
Por isso, encontrar um forte desequilíbrio entre as formas L e D de moléculas biologicamente relevantes pode fornecer uma pista sobre processos biológicos ou prebióticos.
Mas não é uma prova isolada de vida.
Os próprios pesquisadores ressaltam que processos não biológicos também podem produzir excessos de um dos enantiômeros. Uma futura detecção extraterrestre precisaria, portanto, ser interpretada no contexto químico e geológico da amostra e combinada com outras evidências.
O novo método utiliza uma estrutura extremamente pequena formada por eletrodos de ouro.
Os pesquisadores criam um espaço de aproximadamente 0,56 a 0,58 nanômetro entre as extremidades desses eletrodos.
Um nanômetro corresponde a um milionésimo de milímetro.
Quando uma molécula de aminoácido passa por esse pequeno espaço, elétrons conseguem atravessar momentaneamente a região por um fenômeno da mecânica quântica chamado tunelamento.
Isso produz um minúsculo pulso de corrente elétrica.
A intensidade e a duração desse sinal dependem da molécula que está passando pelo espaço e de como ela interage com os eletrodos.
Em vez de analisar milhões ou bilhões de moléculas ao mesmo tempo, portanto, o equipamento registra eventos produzidos por moléculas individuais.
É quase como se cada aminoácido deixasse uma pequena assinatura elétrica ao atravessar o detector.
O problema é que essas assinaturas são complexas e podem se sobrepor.
Foi aí que entrou a inteligência artificial.
Os pesquisadores utilizaram algoritmos de aprendizado de máquina para reconhecer diferenças nos padrões de corrente produzidos pelas moléculas.
Foram analisados os 19 aminoácidos quirais usados pelos organismos terrestres em suas formas L e D, além da glicina, que não apresenta quiralidade.
Isso produziu um conjunto de 39 tipos moleculares para os testes.
Quando cada aminoácido era analisado individualmente, o sistema conseguiu diferenciar suas formas L e D com precisão superior a 80%.
Esse resultado representa, segundo os pesquisadores, a primeira discriminação da quiralidade de aminoácidos utilizando medições elétricas no nível de moléculas individuais.
Mas esse era o teste relativamente simples.
Uma amostra coletada em Marte, Encélado ou em um asteroide não chegaria ao instrumento contendo apenas um aminoácido conhecido.
Ela seria uma mistura de inúmeras substâncias.
Por isso, a equipe aumentou a dificuldade.
Os pesquisadores prepararam soluções contendo diferentes aminoácidos em proporções conhecidas.
O sistema precisava então determinar qual molécula havia produzido cada sinal e, posteriormente, reconstruir a composição da mistura.
Em uma das experiências, quatro aminoácidos presentes em proporções iguais foram identificados com desempenho global de aproximadamente 66%.
Em outro teste ainda mais exigente, o algoritmo recebeu sinais correspondentes às 39 possibilidades, sem saber previamente qual aminoácido estava sendo analisado.
Nesse teste cego, a identificação simultânea da molécula e de sua quiralidade superou 50% de precisão.
À primeira vista, esse valor pode parecer baixo quando comparado aos mais de 80% obtidos nos experimentos individuais.
Mas existem 39 possibilidades diferentes.
Uma escolha puramente aleatória teria uma probabilidade de acerto de apenas aproximadamente 2,6%.
Portanto, superar 50% em um problema com dezenas de possíveis moléculas mostra que os sinais contêm informações suficientes para que o sistema reconheça diferenças químicas e quirais.
Ao mesmo tempo, o resultado deixa claro que a tecnologia ainda precisa melhorar bastante antes de ser transformada em um detector astrobiológico operacional.
A equipe então passou das soluções preparadas em laboratório para amostras naturais.
Uma delas veio do meteorito Murchison, que caiu na Austrália em 1969.
Murchison é especialmente importante para a astrobiologia porque contém uma enorme variedade de compostos orgânicos, incluindo aminoácidos formados sem participação conhecida de organismos terrestres.
A outra fonte de material foi o Deserto do Atacama, no Chile.
O Atacama possui algumas das regiões mais secas da Terra e é frequentemente utilizado em pesquisas astrobiológicas por oferecer condições extremas e ambientes com baixa abundância de matéria biológica.
Os pesquisadores analisaram extratos do meteorito e amostras provenientes de dois locais do deserto.
Para saber se o novo equipamento estava produzindo resultados confiáveis, as mesmas amostras foram estudadas com uma técnica laboratorial convencional, a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas.
O novo sistema não reproduziu perfeitamente todos os resultados.
Mas conseguiu identificar características importantes da composição de aminoácidos encontradas pelo método tradicional.
Esse teste é particularmente importante porque uma amostra natural contém uma quantidade enorme de moléculas que não fazem parte do conjunto que o algoritmo foi treinado para reconhecer.
Para lidar com isso, os pesquisadores utilizaram um painel direcionado de 11 aminoácidos e um sistema que separava identificações consideradas de alta confiança dos sinais que não podiam ser classificados com segurança.
No meteorito Murchison, a proporção de identificações confiáveis foi significativamente maior do que nas amostras de controle utilizadas para avaliar possíveis contaminações.
Os resultados mostram que a abordagem consegue funcionar mesmo quando as moléculas de interesse estão misturadas a um ambiente químico muito mais complicado.
Essa distinção é fundamental.
Os pesquisadores não desenvolveram um equipamento que detecta diretamente vida extraterrestre.
Eles demonstraram uma nova maneira de medir eletricamente a identidade e a quiralidade de aminoácidos individuais.
Essa propriedade pode se tornar uma das ferramentas usadas na procura por bioassinaturas.
Existe uma diferença enorme entre as duas coisas.
Imagine, por exemplo, que uma futura missão encontre aminoácidos em uma amostra de Marte ou de uma lua oceânica e descubra uma predominância muito forte da forma L.
Seria um resultado extremamente interessante.
Mas os cientistas ainda precisariam excluir contaminação terrestre, investigar possíveis mecanismos químicos não biológicos e procurar outras assinaturas independentes antes de interpretar o resultado como evidência de vida.
A quiralidade seria uma peça do quebra-cabeça.
Não a resposta completa.
Os métodos laboratoriais tradicionais utilizados para separar e identificar enantiômeros podem exigir equipamentos relativamente grandes, preparação das amostras e reagentes químicos específicos.
Tudo isso é possível em um laboratório na Terra.
Em uma espaçonave, cada grama, cada centímetro e cada watt de energia disponível importam.
É justamente aí que a abordagem elétrica se torna interessante.
Um detector baseado em nanoestruturas e sinais elétricos poderia, no futuro, ser desenvolvido em uma plataforma muito menor e potencialmente mais simples do que alguns equipamentos utilizados atualmente em laboratórios.
Além disso, o sistema desenvolvido pela equipe não depende de uma medição óptica da quiralidade nem da adição de moléculas quirais específicas para reconhecer cada alvo.
Mas transformar o experimento atual em um instrumento espacial ainda exigirá muito desenvolvimento.
O próprio estudo aponta limitações que precisam ser resolvidas, incluindo a classificação de moléculas presentes em baixíssimas concentrações, interferências produzidas por outros componentes das amostras e a necessidade de melhorar a identificação em misturas complexas.
Também será necessário demonstrar que o sistema consegue operar de maneira confiável nas condições encontradas durante uma missão espacial.
O interesse pela quiralidade não se limita à procura direta por organismos.
Ela também pode ajudar a investigar a química que antecedeu o surgimento da vida.
Aminoácidos já foram encontrados em meteoritos e em outros materiais extraterrestres, e compreender as proporções entre suas formas L e D pode revelar como determinadas reações químicas ocorreram antes do aparecimento dos primeiros organismos.
O meteorito Murchison é um exemplo importante justamente porque seus compostos orgânicos preservam parte dessa química extraterrestre.
Uma tecnologia capaz de contar moléculas individuais e medir simultaneamente sua identidade e orientação poderia, portanto, ser útil tanto na busca por bioassinaturas quanto no estudo da origem da química prebiótica.
E essa talvez seja a parte mais interessante do novo trabalho.
Os pesquisadores ainda não construíram o instrumento que encontrará vida em outro mundo.
Eles demonstraram uma maneira completamente diferente de procurar uma das pistas químicas que essa vida poderia deixar.
Em vez de observar uma enorme população de moléculas ao mesmo tempo, o sistema registra pequenos pulsos elétricos produzidos quando uma única molécula atravessa um espaço de pouco mais de meio nanômetro.
A partir desses sinais, tenta descobrir não apenas qual aminoácido passou pelo detector, mas também para que lado sua estrutura molecular está orientada.
É uma diferença microscópica.
Mas, em uma futura amostra extraterrestre, diferenças assim podem ajudar a responder uma das maiores perguntas da ciência: se a química da vida surgiu apenas na Terra ou também encontrou seu caminho em outros mundos.
Sobre a Imagem: O núcleo hiperárido do Deserto do Atacama, no sítio de Antofagasta Norte (NOA), um ambiente análogo a Marte, onde foram coletadas as amostras analisadas neste estudo.
Créditos da Imagem: Christopher E. Carr
Artigo: https://www.nature.com/articles/s41467-026-77947-6