Mais velho que a Terra, TRAPPIST-1e ainda estaria na era dos micróbios

A régua foi proposta por uma equipe liderada por Christopher Doughty, da Northern Arizona University, nos Estados Unidos, com Cameron Hrabak, Benjamin Wiebe, Zephyr Kennan e Michael Gowanlock, da mesma universidade, e Denis Sergeev, da Universidade de Bristol, no Reino Unido. O estudo saiu no International Journal of Astrobiology, da Cambridge University Press, e parte de uma hipótese fácil de enunciar e difícil de aceitar à primeira leitura: a velocidade da evolução biológica em um planeta seria uma função linear do carbono acumulado pela fotossíntese ao longo de toda a sua história. Aplicada a TRAPPIST-1e, a conta indica que o planeta precisaria de 17 a 18 bilhões de anos para fixar o carbono que a biosfera terrestre fixou até hoje. Com 7,6 bilhões de anos, ele ainda estaria na etapa dos micróbios.

O alcance do trabalho vai além desse planeta. Os autores aplicaram o mesmo raciocínio a 29 mundos rochosos do tamanho da Terra, situados nas zonas habitáveis de estrelas próximas, e concluíram que apenas dois, K2-3d e GJ 1061c, poderiam ter acumulado mais produtividade biológica que o nosso. A motivação é prática. Tempo de telescópio é escasso, e a busca por vida fora do Sistema Solar exige escolher alvos. Quem procura tecnoassinaturas, os sinais indiretos de tecnologia, como faz o programa Breakthrough Listen, precisa de planetas com chance de abrigar uma civilização; quem quer flagrar vida multicelular precisa de técnicas diferentes das que detectam micróbios. Saber o estágio evolutivo provável de cada mundo ajudaria a projetar instrumentos e a interpretar o que eles captarem.

O raciocínio por trás da hipótese encadeia três passos. O estado evolutivo de uma biosfera dependeria do número de mutações genéticas acumuladas; esse número dependeria da quantidade de vidas vividas; e a quantidade de vidas, na falta de qualquer outra informação, pode ser estimada pelo carbono que a fotossíntese retirou do ambiente e converteu em matéria orgânica. Cada geração funciona como um lance de dados. Na reprodução, sexuada ou assexuada, existe sempre uma pequena chance de o código genético sair alterado, e o ambiente, a competição e os predadores decidem se a novidade prospera ou desaparece. Quanto mais carbono uma biosfera processa, mais organismos nascem e morrem, e mais vezes os dados rolam sobre a mesa.

Os próprios autores tratam a ideia com cautela. Mais carbono fixado não quer dizer progresso, avisam, já que organismos unicelulares são sofisticados à sua maneira e reinventam o próprio metabolismo de formas vedadas aos multicelulares. A inspiração vem da hipótese da velocidade evolutiva, a evolutionary speed hypothesis, discutida em 2014 pelos ecólogos Leonard Gillman e Shane Wright, que associa o ritmo das mudanças genéticas à diversificação de espécies, sem nenhuma escada rumo ao topo. A equipe admite que a hipótese não pode ser provada nem refutada enquanto a Terra for o único planeta habitado conhecido e cita uma leitura concorrente: para Eörs Szathmáry e John Maynard Smith, as grandes guinadas da vida, como a célula eucariótica, surgida quando um micróbio passou a viver dentro de outro e virou a mitocôndria, resultaram da integração de sistemas preexistentes, e não do acúmulo lento de mutações.

O argumento a favor da hipótese vem da biogeografia. Um dos padrões mais sólidos da ecologia é o gradiente latitudinal de diversidade, em que o número de espécies cresce dos polos em direção ao equador, e fósseis de braquiópodes mostram que ele existe há pelo menos 300 milhões de anos. Em 1992, o ecólogo Klaus Rohde atribuiu a riqueza de espécies de uma região à taxa de evolução multiplicada pelo tempo disponível, com a temperatura como motor, por acelerar a fisiologia, encurtar as gerações e elevar a taxa de mutação. Trabalhos posteriores mostraram que calor e água agem juntos sobre a produtividade da vegetação. Beija-flores de grandes altitudes evoluem mais devagar, no nível molecular, que os parentes das baixadas, e peixes de águas marinhas rasas acumulam mudanças genéticas mais depressa que os de águas profundas.

Na linguagem da ecologia, o carbono transformado em biomassa atende pelo nome de produção primária líquida, a net primary production, ou NPP: tudo o que os organismos fotossintetizantes capturam da atmosfera ou da água, descontado o que eles próprios gastam na respiração. É a matéria orgânica que fica à disposição do resto da cadeia alimentar. Modelos alimentados por dados de satélite estimam que a biosfera atual fixa cerca de 104,9 petagramas de carbono por ano, divididos mais ou menos pela metade entre continentes e oceanos. Um petagrama equivale a um bilhão de toneladas. São, portanto, perto de 105 bilhões de toneladas de carbono por ano, cerca de dez vezes o que a humanidade lança na atmosfera queimando combustíveis fósseis.

Esse ritmo parece estável desde que as plantas conquistaram os continentes. No Carbonífero, entre 359 e 299 milhões de anos atrás, a produção terrestre é estimada em 33,7 petagramas de carbono por ano, da mesma ordem dos 44 a 57 petagramas atuais. Antes das plantas, os micróbios faziam uma fotossíntese que não liberava oxigênio e rendia menos, cerca de metade da oxigênica, segundo experimentos com tapetes microbianos. A cronologia do estudo segue a paleontologia. A Terra tem cerca de 4,5 bilhões de anos, há sinais de vida de pelo menos 3,7 bilhões de anos atrás, talvez de 4,2 bilhões, e marcadores de esponjas aparecem em rochas do Criogeniano, entre 720 e 635 milhões de anos atrás. As plantas vasculares se diversificaram entre 418 e 407 milhões de anos atrás. Do início da vida às plantas superiores passaram-se de 3 a 3,5 bilhões de anos.

Com esses marcos, a equipe montou uma contabilidade do carbono terrestre. No Arqueano, tratado no modelo como o primeiro bilhão de anos de vida, os oceanos teriam produzido até 40 vezes menos que os atuais, por escassez dos compostos que doam elétrons à fotossíntese primitiva. No Proterozoico, ao longo dos 2 bilhões de anos seguintes, a produção marinha teria ficado em torno de 10% da moderna, entre outros motivos pela reciclagem pobre de nutrientes. Em números, isso dá 2,5 petagramas de carbono por ano na primeira fase e 10 na segunda, o que soma cerca de 2,4 × 10²⁵ gramas de carbono antes das plantas vasculares. Com elas, a produção saltou para 101 petagramas por ano, e os cerca de 500 milhões de anos seguintes acrescentaram outros 7 × 10²⁵ gramas.

A soma chega a aproximadamente 9,4 × 10²⁵ gramas de carbono fixados desde a origem da vida até hoje, um quarto na longa era microbiana e três quartos na era das plantas. Em toneladas, são 94 quintilhões. Em massa, quase 1,3 vez a Lua inteira. Não existe, claro, uma pilha desse tamanho em lugar algum, porque uma quantidade limitada de átomos passou incontáveis vezes pelo ciclo de fixação, consumo, respiração e decomposição. Boa parte do carbono que forma o seu corpo agora já esteve em folhas, algas e bactérias muitas vezes antes de chegar até você. A conta da equipe soma cada uma dessas passagens.

Esses totais viram marcos de comparação. Pela regra adotada no estudo, um planeta cuja biosfera acumulou mais carbono do que a Terra acumulou em toda a sua fase microbiana estaria em condições de ter desenvolvido vida multicelular. Um planeta que tenha ultrapassado o total terrestre, correspondente à época em que os humanos modernos surgiram, há cerca de 200 mil anos, recebe o rótulo de inteligente. A palavra pede cuidado. Ela não afirma que existam civilizações, e sim que aquela biosfera teria processado mais vidas do que a nossa precisou processar até produzir uma espécie como a humana. O modelo também simplifica a história ao fazer coincidir a vida multicelular com as plantas vasculares, embora a Terra já tivesse vida multicelular há uns 700 milhões de anos.

Três décadas depois da descoberta do primeiro planeta em torno de uma estrela parecida com o Sol, em 1995, o número de exoplanetas confirmados chegava a cerca de 6.045 quando o artigo foi escrito. A maioria das estrelas da vizinhança solar, porém, pouco se parece com o Sol. São anãs vermelhas, astros menores, mais frios e muito mais numerosos, que somam cerca de três quartos das estrelas da Via Láctea. A luz delas tem outra cor. Enquanto o Sol emite o grosso de sua energia na faixa visível, as anãs vermelhas deslocam o pico de emissão para o infravermelho próximo, a região logo além do vermelho que nossos olhos não enxergam. E essa diferença pesa diretamente sobre a fotossíntese.

A fotossíntese oxigênica, a das plantas, algas e cianobactérias, trabalha com luz entre 400 e 750 nanômetros, do violeta ao vermelho, e aproveita mal fótons de até uns 780 nanômetros. Algumas cianobactérias esticam esse limite com pigmentos especiais, as clorofilas d e f. Bactérias anoxigênicas, como as bactérias púrpuras, chegam bem mais longe e captam radiação de até 1.015 a 1.020 nanômetros. O estudo adota como teto os 1.100 nanômetros, limite de sensibilidade dos detectores CCD, os sensores eletrônicos das câmeras astronômicas. A lógica é evolutiva. Em torno de uma estrela que emite sobretudo infravermelho, organismos capazes de colher esses fótons levariam vantagem sobre os que dependem apenas da luz visível.

Um detalhe da física ajuda a entender o porquê. A fotossíntese contabiliza fótons, e não joules: cada reação fotoquímica exige a chegada de um fóton, e um fóton infravermelho carrega menos energia que um verde ou um azul. Para entregar a mesma potência, uma estrela vermelha precisa emitir mais fótons. É como pagar uma conta com moedas de valor menor. O total em dinheiro é o mesmo, mas o número de moedas cresce, e para um organismo que conta moedas, e não reais, a estrela vermelha pode ser generosa. Em 2018, pesquisadores cultivaram tapetes microbianos, oxigênicos e anoxigênicos, sob uma luz que imitava a de Próxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol, e mediram taxas elevadas de fotossíntese nos dois tipos.

TRAPPIST-1 é um caso extremo desse tipo de estrela. Classificada como anã ultrafria, ela tem cerca de 9% da massa do Sol, um diâmetro pouco maior que o de Júpiter e uma superfície a uns 2.600 kelvin, menos da metade da temperatura solar. Em 2017, uma equipe liderada pelo astrônomo belga Michaël Gillon anunciou que sete planetas rochosos giram ao seu redor, em órbitas tão apertadas que o sistema inteiro caberia com folga dentro da órbita de Mercúrio. Vários deles estão na zona habitável, a faixa de distâncias em que a água poderia permanecer líquida na superfície. TRAPPIST-1e, o quarto a partir da estrela, tem 92% do raio da Terra, completa uma volta em pouco mais de seis dias e recebe 65% da energia que a Terra recebe do Sol.

O sistema virou alvo preferencial do Telescópio Espacial James Webb, e os primeiros resultados desanimaram quem torcia pelos planetas internos. TRAPPIST-1b parece não ter atmosfera, e TRAPPIST-1c não tem uma atmosfera espessa de dióxido de carbono, podendo ter, no máximo, um envelope tênue de oxigênio e CO₂. Para os planetas externos, os modelos divergem: um trabalho de 2024 sugere que TRAPPIST-1e teria preservado muita água, enquanto outro prevê a perda completa dos voláteis em todo o sistema. Em um ponto, as expectativas convergem. Tão perto de sua estrela, TRAPPIST-1e deve ter a rotação travada por efeito de maré, mostrando sempre a mesma face, como a Lua faz com a Terra. É esse travamento que produz o dia eterno de um lado e a noite perpétua do outro.

O travamento molda o clima. No ponto subestelar, onde a estrela fica a pino, o calor alimenta convecção vigorosa e nuvens espessas que devolvem parte da luz ao espaço, esfriam o planeta e adiam o estado de estufa úmida, em que o vapor d’água sobe até a alta atmosfera, é decomposto pela radiação e se perde. Para estudar esse clima, a comunidade organizou o projeto THAI, sigla de TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison, que comparou quatro modelos de circulação geral: ExoCAM, LMD-G, ROCKE-3D e o Unified Model, do Met Office, o serviço meteorológico britânico. Doughty e seus colegas usaram os dois extremos, o ExoCAM, mais quente, e o Unified Model, mais frio, em dois cenários. No Hab 1, o planeta é coberto por um oceano simplificado, de camada única, sob 400 partes por milhão de dióxido de carbono; no Hab 2, a atmosfera tem 1 bar do gás.

Para a Terra, os dados vieram do CLM 4.0, modelo de superfície do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica dos Estados Unidos. Os mapas cobrem as três variáveis que mais pesam sobre a vida vegetal. Na Terra, as faixas climáticas correm paralelas ao equador; em TRAPPIST-1e, organizam-se em torno de um único ponto, como um alvo pintado no lado iluminado. A temperatura máxima média da superfície terrestre fica perto de 30 graus Celsius, contra uns 15 graus em TRAPPIST-1e no Hab 1 do Unified Model, 36 no Hab 2 e 22 no ExoCAM. A chuva, concentrada na região subestelar, soma em média 26 milímetros por ano no Hab 1 e 582 no Hab 2, contra 439 na simulação terrestre, restrita aos continentes. A irradiância máxima de TRAPPIST-1e, de 296 watts por metro quadrado, rivaliza com o pico da Terra, de 286, mas a média global cai para 63, contra 158 aqui.

Faltava converter clima em biologia. A ferramenta escolhida foi o modelo de Miami, proposto pelo ecólogo alemão Helmut Lieth na década de 1970 para estimar a produtividade da vegetação terrestre a partir de apenas duas variáveis, temperatura e precipitação. Uma equação pensada para ser alimentada por termômetros e pluviômetros passa agora a ser aplicada a planetas que ninguém jamais viu. O modelo calcula duas produtividades possíveis, uma limitada pelo calor e outra pela água, e fica com a menor. Funciona como um barril feito de tábuas de alturas diferentes, que só pode ser enchido até a borda da tábua mais baixa. Se falta chuva, não adianta sobrar calor, e vice-versa.

Nos oceanos, onde água não falta, o freio costuma ser a escassez de nutrientes, sobretudo nitrogênio, fósforo e metais-traço como ferro, níquel e vanádio, e os pesquisadores acrescentaram ao modelo uma função para isso. Como cerca de 75% do oceano terrestre é limitado por nutrientes, três quartos dos pontos oceânicos receberam água pobre em nitrato, com 1 micromol por litro, e um quarto recebeu água rica, com 30 micromols. A produtividade marinha, assim, vai de menos de 10 gramas por metro quadrado por ano, nas águas pobres, a 500 gramas, nas mais férteis.

O modelo de Miami ignora a luz, que é justamente o combustível da fotossíntese e a variável crítica em planetas de anãs vermelhas. A equipe corrigiu isso em duas etapas. Primeiro, multiplicou a produtividade de cada ponto pela razão entre a radiação local e a média terrestre, de 158 watts por metro quadrado. Depois aplicou um ajuste espectral baseado em cálculos de Nancy Kiang, do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA, e colaboradores para um planeta hipotético em torno de uma anã vermelha do tipo M5V. Ao meio-dia e sem nuvens, a superfície terrestre recebe 11 × 10²⁰ fótons por metro quadrado por segundo entre 400 e 700 nanômetros. O planeta da anã vermelha recebe só 1,5 × 10²⁰ nessa faixa, 14% do valor terrestre.

A situação se inverte quando a janela se abre até 1.100 nanômetros. Nessa faixa, o planeta da anã vermelha recebe 16,9 × 10²⁰ fótons por metro quadrado por segundo, cerca de 150% da luz aproveitável na Terra: é a moeda de menor valor em ação. Nos oceanos, o cálculo considerou que o vermelho e o infravermelho penetram mal na água, e a equipe supôs que 95% da fotossíntese marinha acontece abaixo dos primeiros 10 centímetros de profundidade. O último ajuste escala tudo pela energia que cada planeta recebe. O planeta de referência de Kiang recebe 1.135 watts por metro quadrado no topo da atmosfera; TRAPPIST-1e recebe 65% dos 1.361 watts que chegam à Terra, ou 885 watts, e sua produtividade potencial cai a 78% da referência.

Os mapas de produtividade mostram duas biosferas de feitios opostos. Na Terra, a produção se concentra nos trópicos, abaixo dos 30 graus de latitude, com destaque para a Amazônia, a bacia do Congo e o Sudeste Asiático. Em TRAPPIST-1e, ela se aglomera numa mancha estreita na região quente, úmida e iluminada em torno do ponto subestelar. Ali, os valores rivalizam com os melhores da Terra. O pico terrestre é de 1.300 gramas de carbono por metro quadrado por ano, e o de TRAPPIST-1e chega a 1.260 no Hab 1 do Unified Model com luz até 1.100 nanômetros, a 1.730 no ExoCAM e a 2.010 no Hab 2. Se a vida de lá só puder usar luz até 700 nanômetros, o pico despenca para 126.

O problema é o resto do planeta. No Hab 1 do Unified Model, 62% da superfície de TRAPPIST-1e tem produtividade zero, pela falta de chuva sobre os continentes ou pela escuridão permanente do lado noturno. O planeta também é menor, com cerca de 85% da área terrestre, e só metade dele vê a estrela. Somado tudo, a Terra produz 101 petagramas de carbono por ano, e TRAPPIST-1e fica em 17 no cenário principal, 3 se usar apenas luz visível, 26 com o clima do ExoCAM e 59 no Hab 2, que se aproxima do nosso graças à chuva mais abundante. Os cálculos sorteiam 30% da superfície como continente. Num planeta todo coberto de água, a produção cairia para uns 4 petagramas por ano, porque o infravermelho não atravessa a água.

A equipe então pôs o relógio para correr. Supondo que a vida em TRAPPIST-1e tenha surgido cedo, como aqui, sua biosfera precisaria primeiro fixar, no ritmo lento da fotossíntese anoxigênica, o carbono que a Terra acumulou em toda a fase microbiana. Isso levaria cerca de 9 bilhões de anos no cenário principal, 36 bilhões com luz visível apenas, 3 bilhões no Hab 2 e 6 bilhões com o ExoCAM. Só então, pela regra do modelo, surgiriam plantas mais eficientes. Para alcançar o total terrestre de 9,4 × 10²⁵ gramas, seriam necessários 17, 84, 7 e 11 bilhões de anos, respectivamente. A idade estimada de TRAPPIST-1e é de 7,6 bilhões de anos, com incerteza de 2,2 bilhões para mais ou para menos.

No cenário considerado mais provável, portanto, TRAPPIST-1e não teria completado sequer a fase microbiana, apesar de ser três bilhões de anos mais velho que a Terra. Nas contas da equipe, sua biosfera, se existir, estaria uns 14 bilhões de anos atrás da nossa em termos evolutivos, um atraso maior que a própria idade do universo, de 13,8 bilhões de anos. O quadro muda nos extremos. Com o clima quente e chuvoso do Hab 2, a biosfera de TRAPPIST-1e poderia estar ligeiramente à frente da terrestre. Se a vida de lá tiver ficado presa à luz visível, como a das nossas plantas, o atraso se torna abissal. A faixa de luz aproveitável, como se verá, pesa quase tanto quanto o clima.

Para descobrir o que segura a produtividade em cada lugar, a equipe aplicou um critério proposto em 2003 por Ramakrishna Nemani e colaboradores. Regiões com mais de 15 graus, chuva acima de 1.500 milímetros por ano e radiação abaixo de 200 watts por metro quadrado são limitadas pela luz, como as florestas tropicais sob nuvens; nas demais, as duas produtividades de Miami decidem se o gargalo é a chuva ou o calor. No Hab 1, quase toda a superfície de TRAPPIST-1e é limitada pela chuva, como a maior parte dos continentes da Terra, onde as exceções são os trópicos nublados, limitados pela luz, e as regiões frias, limitadas pela temperatura. No Hab 2, a região subestelar passa a ser limitada pela temperatura, e surgem áreas em que a luz, filtrada por nuvens espessas, vira o fator decisivo.

Para testar a solidez das conclusões, os autores variaram sete parâmetros, em geral dentro de um desvio-padrão: a época do surgimento da vida multicelular, entre 400 e 600 milhões de anos atrás; a idade de TRAPPIST-1e, de 5,4 a 9,8 bilhões de anos; os coeficientes de temperatura e de chuva do modelo de Miami; o raio do planeta; a razão de luz entre a anã vermelha e a Terra, com margem de 20%; e um multiplicador de temperatura. As datas se deslocaram, em média, numa faixa de 5 bilhões de anos, e só o raio produziu uma faixa maior, de uns 20 bilhões. Nenhuma variação tirou TRAPPIST-1e do estágio microbiano no cenário principal. Pesam de verdade apenas a faixa de luz aproveitável e o clima.

Depois de TRAPPIST-1e, a equipe ampliou o alcance. A lista veio do Habitable Worlds Catalog, o catálogo de mundos habitáveis mantido pelo Laboratório de Habitabilidade Planetária da Universidade de Porto Rico em Arecibo com dados do arquivo de exoplanetas da NASA. Ele reúne 29 planetas rochosos do tamanho da Terra, com raio entre 0,5 e 1,6 vez o terrestre ou massa mínima entre 0,1 e 3 vezes a da Terra, situados nas zonas habitáveis de suas estrelas. O catálogo também atribui a cada um uma nota de semelhança com a Terra, o Earth Similarity Index, ou ESI, que vai de 0 a 1. Com exceção de dois, todos orbitam anãs vermelhas e devem ter a rotação travada, e por isso o clima de TRAPPIST-1e serviu de molde, ajustado pela energia, pelo tamanho e pela idade de cada planeta.

Foram testados cinco cenários, que combinam os climas Hab 1 e Hab 2 com as duas janelas de luz, além de uma versão de mundo oceânico, e os resultados dependem muito das premissas. Com clima Hab 1, luz até 1.100 nanômetros e 30% de continentes, dois planetas teriam superado a Terra e outros seis estariam no estágio multicelular. Com a mesma luz e superfície toda coberta de água, restam dois com potencial multicelular e nenhum no patamar inteligente. No Hab 2, com 1 bar de dióxido de carbono, a conta dispara, com 18 planetas multicelulares, 11 deles no patamar inteligente. Quando só a luz visível conta, todos ficam no estágio microbiano, com exceção de dois planetas no clima Hab 2.

No cenário principal, os dois destaques são K2-3d, que teria acumulado cerca de 1,7 vez o carbono fixado pela Terra, e GJ 1061c, praticamente empatado conosco, com 1,03 vez. Logo abaixo aparece um trio que teria ultrapassado o equivalente ao início do Mesozoico, a era dos dinossauros, iniciada há cerca de 252 milhões de anos, com mais de 64% da produtividade acumulada da Terra: Teegarden b, que orbita a Estrela de Teegarden, GJ 273b e LP 890-9c. Ross 128b e TOI-715b teriam cruzado o limiar da vida multicelular sem chegar ao Mesozoico, com mais de 32% do total terrestre. A maior parte dos demais, entre eles TRAPPIST-1e, com 21%, e Próxima Centauri b, com 13%, permaneceria na fase microbiana.

Que fatores pesam mais nesse ranking? A equipe comparou o carbono acumulado de cada planeta, em proporção ao da Terra, com as variáveis de entrada, usando o coeficiente de determinação, que indica quanto da variação cada fator explica. O fluxo de energia recebido da estrela lidera, com 0,54, seguido pela temperatura, com 0,35; a idade vem bem atrás, com 0,12, e o raio quase não influi, com 0,02. No mundo do modelo, receber muita luz conta mais do que ser antigo. Os planetas frios ilustram o ponto. Kepler-186f, apresentado em 2014 como o primeiro planeta do tamanho da Terra na zona habitável de outra estrela, precisaria de mais de mil bilhões de anos para igualar a Terra, e TRAPPIST-1g, de 3.909 bilhões, perto de 280 vezes a idade do universo.

Existe uma ressalva séria nesse favorecimento do calor. Na forma original, o modelo de Miami supõe que a produtividade cresce sempre com a temperatura, algo que a biologia terrestre desmente a partir de certo ponto. O próprio Doughty mostrou em 2023, na revista Nature, que folhas de florestas tropicais já se aproximam de limites críticos de temperatura. Para medir o efeito, a equipe impôs tetos de 35, 40 e 45 graus Celsius. Com o teto de 35 graus, o carbono acumulado de K2-3d e GJ 1061c cai mais de 50%, nenhum planeta supera a Terra e a liderança passa para LP 890-9c, Teegarden b e TOI-715b. Com os tetos de 40 e 45 graus, considerados mais realistas à luz da biologia terrestre, os dois líderes continuam à frente.

A análise dos fatores limitantes revelou outra regularidade. No clima Hab 1, todos os 29 exoplanetas são dominados pela limitação de chuva, assim como a Terra. No Hab 2, cerca de 35% deles passam a ser limitados pela temperatura, e a luz vira o gargalo em apenas 4% dos pontos, em média, contra 6% na Terra. Os planetas com maior chance de superar a Terra são justamente os mais limitados pela chuva, e o mesmo vale para os de maior ESI. Num gráfico tridimensional, os mundos formam três famílias: K2-3d, GJ 1061c e Teegarden b quase não sofrem limitação térmica; TRAPPIST-1g é limitado inteiramente pela temperatura; e o grupo de TRAPPIST-1e tem mais limitações de temperatura e de luz que a Terra, e menos de chuva. Nenhum reproduz o padrão terrestre.

Traduzida em paisagens, essa regularidade sugere mundos diferentes dos que a imaginação costuma pintar. Na Terra, as regiões limitadas pela chuva incluem desertos, terras secas e ecossistemas temperados, e excluem as florestas tropicais, limitadas pela luz, e os ecossistemas boreais e árticos, limitados pelo frio. Pense menos na Amazônia e mais na caatinga, nas savanas e nas pradarias. Os autores fazem questão de esclarecer que um planeta inteiramente tropical produziria mais que um planeta inteiramente árido. Os campeões da lista superam a Terra por outros motivos, como serem maiores ou mais antigos, e não porque cada metro quadrado de sua superfície renda mais. O papel das florestas tropicais na aceleração da evolução, aliás, segue em debate e ficou fora do estudo.

K2-3d, o primeiro colocado, desafia a intuição. Fica a 143 anos-luz, tem raio 1,46 vez o terrestre, idade estimada de 6,9 bilhões de anos e temperatura de 315 kelvin, perto de 42 graus Celsius, e recebe 45% mais energia do que a Terra. Tamanho, idade e calor explicam sua posição. Os autores, porém, listam os problemas. A temperatura e a luz podem ser altas demais para a fotossíntese. O raio está perto do limite a partir do qual os planetas tendem a virar mini-Netunos, com atmosferas espessas que tornariam improvável a vida na superfície. E a massa, estimada pelo método da velocidade radial, que mede o bamboleio da estrela provocado pelo planeta, carrega incertezas que se propagam para os cálculos.

GJ 1061c talvez seja o candidato mais atraente. Orbita uma anã vermelha a apenas 12 anos-luz, é o planeta de alta produtividade mais próximo da Terra e supera os irmãos b e d graças ao tamanho maior, 1,18 vez o terrestre, e ao fluxo de energia 45% superior ao nosso. Com temperatura estimada de 310 kelvin e idade de cerca de 7 bilhões de anos, teria acumulado praticamente o mesmo carbono que a Terra. Teegarden b, a 12,5 anos-luz, mostra que semelhança não garante produtividade. Tem o maior ESI entre os 29, de 0,95, mas fica em quarto lugar na régua do carbono. Somadas as posições em distância, similaridade e produtividade, Teegarden b e GJ 1061c dividem o topo.

Outros nomes aparecem com ressalvas próprias. LP 890-9c, a 105 anos-luz, fica na borda interna da zona habitável e pode se parecer mais com Vênus do que com a Terra, o que faz dele um bom alvo para o James Webb tirar a dúvida. GJ 273b, que orbita a Estrela de Luyten, a 12,3 anos-luz, combina produtividade alta e boa similaridade e está entre os planetas mais próximos da lista. K2-72e também reúne as duas qualidades, mas a idade de sua estrela é desconhecida, o que deixa o carbono acumulado mal definido. TRAPPIST-1e ocupa o meio dos rankings de distância, produtividade e similaridade, mas, ao contrário da maioria dos planetas do topo da lista, estaria apenas no estágio microbiano.

Os cenários mais generosos, em que cerca de um terço dos planetas ultrapassaria a Terra, dependem de atmosferas com 1 bar de dióxido de carbono, e é aí que as observações cobram a conta. O James Webb não encontrou sinais de uma atmosfera espessa de CO₂ em TRAPPIST-1c nem em TRAPPIST-1e, o que torna esse cenário pouco provável para planetas de anãs vermelhas. A Terra primitiva talvez tenha tido até 10 bars de dióxido de carbono, e no Cambriano a concentração pode ter chegado a cerca de 4.000 partes por milhão, perto de dez vezes a atual, mas os autores observam que 1 bar de CO₂ talvez não seja compatível com vida nos continentes. Só o James Webb e os telescópios que virão depois dele poderão resolver a questão.

A maior incerteza do trabalho é a atmosfera, a começar por sua existência. Massa, vulcanismo, vento estelar e campo magnético decidem quanto ar sobra em um mundo rochoso, e a própria vida interfere, como as cianobactérias mostraram ao oxigenar a Terra. Um estudo de 2024, conduzido por Gialluca e colegas, estimou que TRAPPIST-1e reteve mais de 1,5 oceano terrestre de água, com a perda inicial interrompida após uns 380 milhões de anos, quando a borda interna da zona habitável, que recuava à medida que a estrela jovem perdia brilho, alcançou o planeta. Se nasceu com mais de dois oceanos, e a estimativa central é de 90, TRAPPIST-1e teria hoje água líquida.

O mesmo processo que arranca a água deixa oxigênio para trás. Pela estimativa citada no artigo, a perda de um oceano gera cerca de 250 bars de oxigênio, e TRAPPIST-1e, retendo metade do gás, chegaria a pressões da ordem de 1.290 bars. Para comparar, a pressão ao nível do mar na Terra é de cerca de 1 bar, e no fundo da Fossa das Marianas, a quase 11 quilômetros de profundidade, passa um pouco de mil. Um planeta assim teria água líquida e oxigênio de sobra, mas sob pressões capazes de restringir a vida, fator que o modelo não considerou e que os autores tratam como muito incerto.

As observações mais recentes do James Webb apertam o cerco. Espectros de TRAPPIST-1e obtidos durante trânsitos, quando o planeta passa à frente da estrela, e publicados em 2025 descartam uma atmosfera espessa e nebulosa dominada por hidrogênio. A modelagem desses dados desfavorece, ainda que de forma fraca, tanto um envelope denso como o de Vênus quanto um planeta praticamente sem ar, como Marte, e favorece, também de forma fraca, uma atmosfera rica em metano sobre um gás de fundo pouco reativo, como o nitrogênio. O problema é que atmosferas assim retêm pouco calor. Para manter água líquida, seria preciso mais de 1 bar de gás, e sem mais dióxido de carbono o planeta tenderia a ser frio.

Outras forças que moldam a evolução ficaram de fora. O modelo ignora o soterramento de carbono orgânico: na Terra, entre 5% e 15% da produção primária acaba enterrada em sedimentos, e é esse sequestro que permite ao oxigênio se acumular no ar, processo que marcou cada etapa da evolução ao longo de 4 bilhões de anos. Anãs vermelhas são dadas a erupções violentas, e a atividade estelar pode acelerar a perda de atmosfera. A radiação ultravioleta, mutagênica e seletiva, já foi apontada como controladora da velocidade evolutiva, mas os autores lembram que o gradiente de diversidade aparece também em ambientes sombreados, como o sub-bosque e o mar profundo. Pode ser, ainda, que a fotossíntese oxigênica nunca surja em torno de anãs vermelhas, por oferecer pouca vantagem competitiva.

Um pressuposto pode inflar os resultados. Nos planetas travados por maré, a equipe supôs que a fotossíntese funciona sem parar enquanto houver luz, ao contrário das plantas terrestres, que interrompem o trabalho à noite. Não se sabe se organismos fotossintetizantes precisam de um ciclo de repouso, e, se precisarem, o carbono fixado estaria muito superestimado. Faltam também, nesses mundos, a alternância entre dia e noite e as estações do ano. Haveria menos nichos temporais a ocupar, como os de espécies noturnas ou migratórias, o que poderia desacelerar a evolução, embora o efeito oposto não possa ser descartado. O modelo tampouco captura as realimentações entre clima e vida, que poderiam levar a uma evolução mais avançada do que a estimada.

A simplicidade do modelo é deliberada, já que alternativas mais sofisticadas exigiriam dados sobre fertilidade e profundidade do solo e sobre a fisiologia das plantas, tudo desconhecido em outros mundos. Mesmo assim, os pontos mais produtivos das simulações batem com os experimentos de 2018: 740 gramas de matéria seca por metro quadrado por ano no modelo, contra 658 medidos em tapetes anoxigênicos, e 1.795 contra 1.584 em tapetes oxigênicos. A questão da luz segue aberta. Em 2002, Wolstencroft e Raven sugeriram que aproveitar comprimentos de onda acima de 700 nanômetros exigiria fotossistemas exóticos, que usariam três ou quatro fótons em vez dos dois empregados na Terra. Os experimentos com tapetes indicam que isso talvez nem seja necessário ao redor de uma anã vermelha.

Os próximos passos apontam para escalas maiores. A equipe quer entender como os exoplanetas conhecidos, concentrados na vizinhança solar, se comparam aos planetas espalhados pelo disco da Via Láctea. A galáxia cresceu de dentro para fora, e por isso os planetas das regiões internas tendem a ser mais velhos que os da vizinhança do Sol e os da periferia, o que mexe diretamente no carbono acumulado. Entra aí o conceito de zona habitável galáctica. Há regiões pobres demais em elementos pesados, a matéria-prima dos planetas, e outras expostas a supernovas e surtos de raios gama capazes de destruir a camada de ozônio que protege a vida nos continentes. Michael Gowanlock, coautor do estudo, já publicou trabalhos justamente sobre esses riscos.

Existe também um viés de amostra. Os 29 planetas analisados giram quase todos em torno de estrelas pequenas porque elas facilitam a detecção, e os alvos mais promissores da vizinhança, dizem os autores, provavelmente nem foram descobertos. Telescópios futuros, como o Habitable Worlds Observatory, da NASA, e o LIFE, sigla de Large Interferometer For Exoplanets, proposta europeia de interferômetro espacial, deverão fotografar planetas em torno de estrelas como o Sol, com produtividades potencialmente mais próximas da terrestre. Até lá, a recomendação é concentrar as observações em GJ 1061c e K2-3d, maiores, mais quentes, mais iluminados e mais velhos que os demais. Os próprios pesquisadores advertem que maior, mais quente, mais brilhante e mais velho nem sempre é melhor para a fotossíntese.

TRAPPIST-1e segue lá, com sua estrela vermelha imóvel no céu, iluminando há bilhões de anos a mesma metade do planeta. Se houver vida por lá, é provável que ela se pareça menos com uma floresta e mais com uma película de micróbios espalhada pelas margens úmidas do lado diurno, talvez escura, quase negra, como alguns astrobiólogos especulam que seriam os pigmentos ajustados ao infravermelho. A lição do estudo vai além desse mundo. Na régua proposta por Doughty e seus colegas, o tempo sozinho não produz complexidade; é preciso que a luz vire vida, geração após geração, por eras a fio. A Terra, jovem numa vizinhança de planetas mais velhos, pode ter chegado longe tão depressa por um motivo simples. Nasceu ao lado de uma estrela generosa.