Primeiras imagens com resolução atômica de moléculas extraterrestres

Meteoritos são fragmentos de asteróides (e, potencialmente, cometas) que atingem a superfície da Terra intactos. Eles são as sobras da formação do sistema solar e suas moléculas fornecem pistas sobre a história desse sistema. Graças ao trabalho da IBM Research em colaboração com uma equipe multinacional de pesquisadores - publicado em Meteoritics and Planetary Science - agora podemos ler essas pistas um pouco melhor.

A maioria dos meteoritos primitivos permaneceu praticamente inalterada desde sua formação há bilhões de anos. Eles são como máquinas do tempo que nos dão acesso ao passado remoto do surgimento dos planetas que orbitam o Sol. Parte da carga que os meteoritos carregam com eles é matéria orgânica, e essa matéria pode ter chegado à Terra primitiva desempenhando um papel importante nas origens da vida.

Pesquisadores da IBM Research publicaram um estudo¹ sobre matéria orgânica em meteoritos usando, pela primeira vez, microscopia de força atômica (AFM, na sigla em inglês) de ultra-alta resolução. A equipe examinou amostras do famoso meteorito Murchison, que caiu na pequena cidade australiana de mesmo nome, em setembro de 1969, e aproveitou a força única do AFM para visualizar e identificar moléculas individuais. Suas descobertas - obtidas por um grupo multinacional de pesquisadores, incluindo a equipe da IBM em Zurique, Suíça - fornecem uma prova de conceito mostrando que o AFM pode resolver e identificar moléculas individuais de origem meteorítica.

A capacidade do AFM de identificar uma molécula individual significa que ele pode detectar vestígios de substâncias que seriam perdidas por outras técnicas. Essa força se torna mais importante quando a amostra é escassa, como no caso de meteoritos, e ainda mais para materiais que retornam com missões espaciais.

Por trás das primeiras imagens de moléculas extraterrestres

Há cerca de 12 anos, a equipe da IBM avançou no uso de AFM para resolver moléculas individuais com resolução atômica². Ao estudar amostras relacionadas a petróleo bruto e fuligem, que contêm uma grande diversidade de moléculas, eles começaram a tirar proveito da sensibilidade de uma molécula individual do AFM.

Uma de suas esperanças era resolver moléculas individuais de origem extraterrestre, então eles começaram a procurar amostras possíveis para investigação, bem como colaboradores com experiência em meteoritos para ajudá-los a obter as amostras corretas, interpretar seus resultados e compará-los com o que se sabe sobre as moléculas em meteoritos por meio de outras técnicas. Isso os levou a Scott Sandford e Aaron Burton da NASA, Henderson Cleaves do Tokyo Institute of Technology e Gregoire Danger da Aix-Marseille Université.

Em seus primeiros experimentos, eles tentaram estudar moléculas sublimadas diretamente de pó de meteorito não processado. Isso foi desafiador porque os meteoritos contêm uma quantidade relativamente pequena de material orgânico que pode ser resolvido com AFM. No entanto, eles conseguiram fazer isso com algumas moléculas, dando-lhes confiança de que poderiam obter imagens de compostos orgánicos extraterrestres com AFM.

Seus colaboradores de longa data, Diego Peña e Iago Pozo, da Universidade de Santiago de Compostela, desenvolveram um método para extrair os tipos de moléculas que eles pensavam que poderiam obter boas imagens no AFM. As extrações foram desenvolvidas para atingir compostos aromáticos planos, bem como algumas moléculas de hidrocarbonetos de cadeia linear. Por esse processo de extração otimizado, eles resolveram muitas outras moléculas, que estavam de acordo com as estruturas moleculares determinadas por outras técnicas.

Eles também compararam os resultados obtidos do AFM com dados de espectrometria de massa de última geração, para os quais Julien Maillard da Normandie University e Carlos Afonso da Aix-Marseille Université se juntaram ao projeto. Seus resultados indicaram que as moléculas resolvidas com o AFM são representativas para o meteorito e a fração extraída.

A próxima fronteira da AFM

O estudo de moléculas orgânicas no meteorito Murchison monstra as capacidades de alta resolução do AFM. Até agora, eles não resolveram novas moléculas em meteoritos usando AFM. No entanto, devido à sua sensibilidade no nível de molécula individual, o AFM poderá ser usado em um futuro próximo para revelar moléculas muito raras que ainda não foram encontradas em amostras de meteoritos. Há também moléculas que só podem ser resolvidas com o auxílio do AFM quando as técnicas convencionais sozinhas são insuficientes³.

Após esta prova de conceito, a equipe espera obter amostras maiores de diferentes meteoritos para entender os efeitos do aumento da água e do aquecimento em seus asteroides e, potencialmente, amostras retornando de missões para outros objetos em nosso sistema solar - incluindo asteroides e outras superfícies planetárias - para resolver moléculas individuais e avançar nossa compreensão das moléculas que elas carregam. Isso poderia ajudar a pintar uma imagem mais clara da origem do nosso sistema solar e da vida na Terra.

*Você pode ver o texto completo de Katharina Kaiser e Leo Gross da IBM Research aqui.

Referências:

K. Kaiser, F. Schulz, J. F. Maillard, F. Hermann, I. Pozo, D. Peña, H. J. Cleaves, A. S. Burton, G. Danger, C. Afonso, S. Sandford, L. Gross. Visualization and identification of single meteoritic organic molecules by atomic force microscopy. Meteoritics and Planetary Science. (2022).
L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth, G. Meyer. The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy. Science. 325, 1110–1114 (2009).
K. O. Hanssen, B. Schuler, A. Williams, T. B. Demissie, E. Hansen, J. H. Andersen, J. Svenson, K. Blinov, M. Repisky, F. Mohn, G. Meyer, J.-S. Svendsen, R. Ruud, M. Elyashberg, L. Gross, M. Jaspars, J. Isaksson. A Combined Atomic Force Microscopy and Computational Approach for the Structural Elucidation of Breitfussin A and B: Highly Modified Halogenated Dipeptides from Thuiaria breitfussi. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 12238–12241 (2012).