Biodiversidade e Astrobiologia Amancio Friaça 2010.

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1 Biodiversidade e Astrobiologia Amancio Friaça 2010

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4 Astrobiologia

5 O que é Astrobiologia? A consideração da vida no universo em outras partes além da Terra (Laurence Lafleur 1941) The study of the living universe (NASA Astrobiology Institute [NAI] 1995) O estudo da vida no contexto cósmico (disciplina AGA0316 oferecida pelo IAG-USP) O estudo multidisciplinar da origem, evolução, distribuição e destino da vida no Universo Atualmente, a astrobiologia incluiu o estudo da vida na Terra

6 What is life? How did life begin on Earth? How has life evolved? How will it continue? Is there life elsewhere? Where should we look for it? Astrobiology (A Transdisciplinary Enterprise) Astronomy/Astrophysics Biochemistry/Chemistry Geology/Geophysics Planetary Sciences Ecology/Complexity Sciences Evolution/Theoretical Biology Microbiology/Molecular Biology Oceanography/Meteorology Physics/Information Theory Nanosciences/Synthetic Biology

7 A Vida no Contexto Cósmico (disciplina AGA 0316 do IAG-USP)

8 Criando a partir do Big Bang Disciplinar Composição de cursos AGA 0316 (2009) População: 108 alunos

9 PAINEL Astrobiologia e Biodiversidade (IAG-USP, 2/3/2010)

10 A Vida no Universo: As Grandes Questões 1.Quem somos? 2.De onde viemos? 3.Estamos sós? 4.Para onde vamos?

11 Questões Fundamentais em Astrobiologia (NAI Roadmap) 1.Como a vida se originou e evoluiu? 2.Existe vida em outras partes do Universo? 3.Qual será o futuro da vida na Terra e além?

12 Questões vetores O que é a vida? –uma questão além da biologia comum –subjetividade e definibilidade Como seria a vida fora da Terra? –a vida como nós não conhecemos Como detectar a vida fora da Terra? –Explorações in situ –Criptoecosistemas –Exomicropaleontologia –Bioassinaturas –Ecocatastrofes –Síndrome Gaia

13 Eixos de pesquisa astrobiológica História da complexidade cósmica Universo molecular Habitabilidade Sistema Solar Exoplanetas Extremófilos Origens da vida Bioassinaturas Evolução das biosferas Ação humana na Terra e além

14 Bioassinaturas

15 SIGA A VIDA Siga a água Siga o carbono Siga o nitrogênio Siga o fósforo Siga a energia Siga a entropia Siga a informação Siga o significado

16 How Will We Know A Planet Supports Life? Look for evidence of oxygen Look for liquid water Analyze the reflected light from the planet to see if the planet has an atmosphere Look for signs of biological activity (methane) And Rule Out Other Explanations? 17

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18 Possibility of remote detection of life Explore the contrast star/planet in thermal IR (Des Marais et al. 2002, Segura et al. 2003) > 10 6 Porto de Melo et al., Astrobiology, 2006 CO 2 15 μm O 3 9.6 μm CH 4 7.7 μm H 2 O 6.3 μm + 12 μm band Window at 8-12 μ m: T surface

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20 NIMS Data (from Galileo) Sagan et al. (1993)* *But credit Toby Owen for pointing this out (1980) (A band)

21 NIMS data in the near-IR Sagan et al. (1993) * Simultaneous presence of O 2 and a reduced gas (CH 4 or N 2 O) is the best evidence for life * Credit Joshua Lederburg and James Lovelock for the idea (1964)

22 Thermal IR spectra Source: R. Hanel, Goddard Space Flight Center

23 Reasons for habitability on Earth 1)Liquid water allowed microbes to originate and evolve 2)Moon prevents against chaos in Earth´s rotation axis 3)Plate tectonics replenishes CO 2 for life to persist 4)A magnetic field protects from solar wind 5) Evolution of the Atmosphere Microbes made O 2, CH 4 CH 4 then O 2 dominated Ozone layer formed at ~ 2.3 Gy Simple algae, fungi developed More O 2 and animals at 0.6 Gy Modern humans at 2 My (1/3 of the O 2 goes to the brain) Mankind returns CO 2 and increases the greenhouse effect

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25 Questões Fundamentais em Astrobiologia (NAI Roadmap) 1.Como a vida se originou e evoluiu? 2.Existe vida em outras partes do Universo? 3.Qual será o futuro da vida na Terra e além?

26 Eixos de pesquisa astrobiológica História da complexidade cósmica Universo molecular Habitabilidade Sistema Solar Exoplanetas Extremófilos Origens da vida Bioassinaturas Evolução das biosferas Ação humana na Terra e além

27 Ação Humana na Terra e além Antropoceno Poluição e Contaminação extraterrestes Geoengenharia Terraformação Astroengenharia (Macroengenharia)

28 Os Dois Grandes Atores: I- Cianobactérias

29 Os Dois Grandes Atores: II- Homo Sapiens A Grande Muralha

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37 Teoria de Gaia

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40 Composition of the Atmosphere Air is composed of a mixture of gases: Gas concentration (%) N 2 78 O 2 21 Ar0.9 H 2 Ovariable CO 2 0.037370 ppm CH 4 1.7 N 2 O 0.3 O 3 1.0 to 0.01 (stratosphere-surface) greenhouse gases

41 James Lovelock Nature, 426, 770-771 (2003)

42 Stellar habitable zone R Main assumptions: Surface H 2 O for ~ Gyear, geological activity, CO 2 -H 2 O-N 2 atmosphere, B-field, climate stability, resistance to catastrophes for ~ Gyear

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45 CLAW

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49 Aquecimento Global

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52 Evolução das Biosferas Evolução da Complexidade Sistemas de auto-regulação –papel da biodiversidade Diversificação latitudinal e altitudinal Estados Estáveis Transições abruptas –extinções em massa Impacto humano na biosfera

53 Evolução da Complexidade na Terra

54 Extinções em Massa Causas Astronômicas (L. & W. Alvarez 1980)

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56 Dimensões da Biodiversidade Genes Espécies Níveis de organização (populações, comunidades, ecossistemas, biomas)

57 A ação humana tem sido no sentido de apagar as bioassinaturas: Aumentando o CO 2 Destruindo o O 3 Esgotando a água doce Desestabilizando ciclos de feedback negativo que mantêm estados fora do equilíbrio termodinâmico Liquidando a biodiversidade

58 Necessidade de uma nova agenda regulando a ação humana na Terra Economia Ecológica Teoria da Resiliência Antropobiogeoquímica

59 Sistema da Biodiversidade Redundância Não-linearidade Encadeamento causal longo Interdependência entre espécies e níveis de organização ecológica Fluxos de energia e matéria Corredores de biodiversidade Táxons lázaros e refúgios

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62 São Paulo, sábado, 30 de outubro de 2010 Países alcançam acordo da biodiversidadeApós 18 anos negociando, eles assinam o Protocolo de Nagoya, considerado maior pacto ambiental desde Kyoto Novo tratado garante a soberania dos países sobre os seus recursos genéticos; Brasil é visto como grande vitorioso Yurijo Nakao/Reuters Trio de representantes da União Europeia (no centro) comemora o fim da conferência, com um acordo entre os países em desenvolvimento e os ricos

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64 Em 1957, um objeto terrestre, feito pela mão do homem, foi lançado ao universo, onde durante algumas semanas girou em torno da Terra segundo as mesmas leis de gravitação que governam o movimento dos corpos celestes - o Sol, a Lua e as estrelas. É verdade que o satélite artificial não era lua nem estrela; não era um corpo celeste que pudesse prosseguir em sua órbita circular por um período de tempo que para nós, mortais limitados ao tempo da Terra, durasse uma eternidade. Ainda assim, pode permanecer nos céus durante algum tempo; e lá ficou, movendo-se no convívio dos astros como se estes o houvessem provisoriamente admitido em sua sublime companhia. Sputink (lançado em 4/10/1957)

65 Este evento, que em importância ultrapassa todos os outros, até mesmo a desintegração do átomo, teria sido saudado com a mais pura alegria não fossem as suas incômodas circunstâncias militares e políticas. O curioso, porém, é que essa alegria não foi triunfal; o que encheu o coração dos homens que, agora, ao erguer os olhos para os céus, podiam contemplar uma de suas obras, não foi orgulho nem assombro ante a enormidade da força e da proficiência humanas. A reação imediata, expressa espontaneamente, foi alívio ante o primeiro passo para libertar o homem de sua prisão na terra. E essa estranha declaração, longe de ter sido o lapso acidental de algum repórter norte-americano, refletia, sem o saber, as extraordinárias palavras gravadas há mais de vinte anos no obelisco fúnebre de um dos grandes cientistas da Rússia: A humanidade não permanecerá para sempre presa à terra. Há já algum tempo este tipo de sentimento vem-se tornando comum; e mostra que, em toda parte, os homens não tardam a adaptar-se às descobertas da ciência e aos feitos da técnica, mas, ao contrário, estão décadas à sua frente. Neste caso, como em outros, a ciência apenas realizou e afirmou aquilo que os homens haviam antecipado em sonhos - sonhos que não eram loucos nem ociosos.

66 HANNAH ARENDT A CONDIÇÃO HUMANA (PRÓLOGO) (1958) Hannah Arendt (1906-1975)

67 Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935) A Terra é o berço da humanidade, mas ninguem vive para sempre no seu berço Estátua de K. Tsiolkovsky no Planetário de Brisbane, Austrália

68 O Ponto de Vista Arquimediano

69 Três Eventos Determinantes da Era Moderna A descoberta da América A Reforma A invenção do telescópio

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72 Abundâncias relativas dos elementos químicos Relative abundances of chemical elements (O=100) The abundances are in number (decreasing order) Sources: Lehninger 2000 (human body and Earth crust abundances); Asplund, Grevesse & Sauval 2004 (C, N, and O are solar photospheric values; the other elements are solar system meteoritic values) Human BodyEarth CrustCosmic H 247O 100H 21 900 O 100Si 59.6O 100 C 37.3Al 16.8C 53.7 N 5.49Fe 9.6N 13.2 Ca 1.22Ca 7.5Mg 7.41 P 0.86Na 5.3Si 7.10 Cl 0.31K 5.3Fe 6.17 K 0.24Mg 4.7S 3.16 S 0.20Ti 1.1Al 0.58 Na 0.12H 0.4Ca 0.43 Mg 0.04C 0.4Na 0.41 Somos filhos da Terra ou do Cosmos?

73 Abundâncias dos Elementos na Crosta Terrestre

74 Relative abundances of chemical elements (O=100) Human BodyEarth Crust H 247O 100 Si 59.6 C 37.3Al 16.8 N 5.49Fe 9.6 Ca 1.22Ca 7.5 P 0.86Na 5.3 Cl 0.31K 5.3 K 0.24Mg 4.7 S 0.20Ti 1.1 Na 0.12H 0.4 Mg 0.04C 0.4 A Biosfera em Nós Hidrosfera Atmosfera Litosfera Biosfera Corpo Humano: Hidrosfera+Atmosfera (97%) Litosfera (3%)

75 O Templo da Natureza Seneca São Francisco Erasmus Darwin John Muir Aldo Leopold Arne Naess