O que é o ânion perclorato?

Como você deve saber, as moléculas são formadas pela combinação de átomos. Os átomos em uma molécula podem ser os mesmos, como em uma molécula de oxigênio com dois átomos de oxigênio (O2); ou os átomos podem ser diferentes, como em uma molécula de água com um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio (H2O). As moléculas podem não ter carga elétrica (chamadas de neutras) ou ser carregadas positivamente (chamadas de cátions) ou negativamente (chamadas de ânions).

O perclorato é um composto químico que consiste em um átomo de cloro rodeado por quatro átomos de oxigênio igualmente espaçados. Ele é carregado negativamente e precisa de um cátion para formar um sal. O ânion é um arranjo único de cinco átomos: um átomo de cloro (Cl) rodeado por quatro átomos de oxigênio igualmente espaçados (O).

Este grupo de átomos tem carga negativa e é escrito como Cl04⁻. Por ter carga negativa, ele precisa se unir a um átomo com carga positiva, como sódio (Na+), potássio (K+) ou magnésio (Mg²+), para formar uma molécula neutra ou um sal. Em ambientes naturais, sais como perclorato de sódio (NaClO4) ou perclorato de magnésio [Mg(ClO4)2] podem ser encontrados no solo e na água, especialmente em locais secos do mundo, como desertos. Além disso, alguns sais de perclorato podem ser produzidos como subprodutos da fabricação de fósforos, explosivos, fertilizantes e armas e munições militares.

Quando animais ou plantas são expostos a altas quantidades de sais de perclorato, o ânion perclorato tende a se acumular em seus tecidos, causando efeitos negativos à sua saúde. Mas alguns tipos de micróbios podem transformar o ânion perclorato em um composto novo e útil que não os prejudica. Ao fazer isso, esses micróbios, chamados redutores de perclorato, geram a energia necessária para crescer e se manter vivos [1, 2].

Micróbios e percloratos

Os micróbios estão entre as menores formas de vida na Terra. Não podemos vê-los a olho nu; precisamos da ajuda de um microscópio. Até agora, a atividade redutora de perclorato só foi relatada em dois tipos principais de micróbios: bactérias e arqueas, um dos três domínios da vida que geralmente inclui micróbios encontrados em ambientes extremos.

Esses redutores de perclorato ocorrem naturalmente em água e em solos ricos em moléculas de perclorato. Eles transformam o ânion perclorato (Cl04⁻) no ânion clorato (Cl03⁻) e, finalmente, no ânion clorito (Cl02⁻), em um processo conhecido como redução. O ganho de pelo menos um elétron por um átomo que participa de uma reação química. (Figura 1). Como você pode ver, a redução do perclorato ao ânion clorito significa uma diminuição no número de átomos de oxigênio ligados ao átomo de Cl.

As enzimas são uma macromolécula que ajuda a aumentar a taxa de reação em transformações químicas específicas. As enzimas utilizadas neste processo são denominadas perclorato redutase, clorato redutase e clorito dismutase. Essas transformações químicas auxiliam os micróbios redutores de perclorato a obter energia para seu crescimento [2]. Em outras palavras, assim como os humanos usam oxigênio para respirar, esses micróbios usam perclorato para realizar sua “respiração”.

Percloratos no deserto do Atacama

Na Terra, os sais de perclorato são encontrados principalmente em regiões áridas, como os desertos. O deserto do Atacama, na América do Sul, é conhecido como o deserto mais antigo e seco do mundo, recebe bastante luz solar e tem temperaturas que podem variar de frios -3°C à noite a escaldantes 50°C durante o dia. Cientistas descobriram uma grande quantidade de sais de perclorato neste deserto. Devido a essas condições extremas, o deserto do Atacama é semelhante à superfície atual de Marte. Cientistas estudam este deserto para descobrir se poderia existir vida em Marte [3].

No deserto do Atacama, o sol quente e os ventos fortes fazem a água desaparecer muito rapidamente, deixando para trás rochas especiais ricas em sais, chamadas evaporitos (um tipo de rocha sedimentar em camadas formada a partir de salmouras quando a água é perdida por evaporação). O que é realmente interessante sobre os evaporitos é que minúsculos micróbios podem realmente viver dentro deles!

Esses micróbios são chamados halófilos, um organismo extremo que prospera em ambientes com altas concentrações de sal, que significa “aqueles que amam ambientes salgados”. Você provavelmente sabe que o sal mais comum na Terra é o cloreto de sódio (NaCl). Usamos NaCl para temperar nossa comida, mas é apenas um exemplo de um grupo maior de substâncias. Em química, uma molécula de sal é formada quando dois tipos de partículas se unem: um cátion e um ânion. No deserto do Atacama e em Marte, o perclorato de sódio (NaClO4) e o perclorato de magnésio [Mg(ClO4)2] são exemplos de sais [3].

Percloratos em Marte

Marte é o quarto planeta do Sistema Solar e o mais próximo da Terra. Tem apenas cerca de um décimo do tamanho da Terra. Marte é um lugar frio, com uma temperatura média de cerca de -60 °C. Sua atmosfera é muito rarefeita e composta principalmente de dióxido de carbono (CO2). Marte também possui calotas polares, assim como a Terra, e há até mesmo um pouco de água retida no subsolo [4].

Várias missões a Marte identificaram Cl no solo marciano. Em 1976, uma nave espacial chamada Viking Lander encontrou mais Cl em Marte do que a quantidade identificada pelos cientistas nos solos da Terra. A princípio, eles pensaram que o Cl poderia estar na mesma forma que na Terra, como NaCl, mas uma nave espacial chamada Odyssey, que sobrevoou Marte em 2001, encontrou evidências sugerindo que o átomo de cloro era parte do ânion perclorato (Cl04⁻).

Em 2008, a missão Phoenix descobriu pequenas quantidades do ânion perclorato, cerca de 0,5%-1,0% do solo, nas regiões do norte de Marte, particularmente em um local chamado Cratera Gale. O rover Curiosity também encontrou perclorato na parte sul de Marte. Cientistas até descobriram o ânion perclorato em um meteorito marciano, uma rocha de Marte chamada EETA79001, quando a estudaram em laboratórios na Terra [5].

O estudo dos micróbios em condições que simulam Marte

O estudo do modo como os microrganismos redutores de perclorato lidam com o perclorato em ambientes hostis ajuda os cientistas a prever se esses micróbios poderiam sobreviver em locais diferentes da Terra. Em laboratórios, os cientistas podem criar condições que imitam esses ambientes extremos e, em seguida, usar alguns micróbios específicos que se sabe que crescem em níveis de perclorato semelhantes aos encontrados na superfície de Marte (Figura 2). Esse tipo de pesquisa pode ajudar a demonstrar que a vida pode existir em locais hostis como Marte!

Nosso grupo de pesquisa está interessado no efeito que diferentes quantidades de dois sais de perclorato, NaClO4 e Mg(ClO4)2, têm sobre o crescimento de certas bactérias halofílicas. Já sabemos que essas bactérias podem crescer em níveis de perclorato semelhantes aos encontrados na superfície de Marte. Essa informação é empolgante porque nos ajuda a entender como as bactérias terrestres podem se adaptar às condições marcianas, especificamente no que diz respeito à presença de percloratos.

No entanto, entender Marte não se trata apenas de estudar os níveis de perclorato — o ambiente marciano é muito mais complexo. Tentamos imitar as condições reais de Marte mais de perto em nossos experimentos, aplicando baixas temperaturas, usando solo marciano simulado e criando atmosferas ricas em CO2 — o principal gás atmosférico em Marte. É importante notar que, até o momento, não há provas científicas da existência de micróbios em Marte [6, 7], mas acreditamos que nossos experimentos podem ajudar a prever as chances de encontrar vida fora da Terra!

O que aprendemos

Marte é um planeta extremamente interessante para os cientistas estudarem. É muito frio e seco, tem uma atmosfera rarefeita, muitos raios ultravioleta nocivos e alguns produtos químicos específicos chamados percloratos. Essas características tornam Marte um lugar hostil à vida como a conhecemos. Cientistas usam instrumentos especiais para recriar as condições marcianas e avaliar se certos micróbios poderiam sobreviver nessas condições. Isso nos ajuda a entender se o mesmo tipo de vida que vive na Terra também poderia sobreviver em outros planetas — um aspecto fundamental do planejamento de futuras missões espaciais a Marte.

Glossário

Cátion: Um grupo de átomos com carga positiva devido à perda de pelo menos um elétron.

Ânion: Um grupo de átomos com carga negativa devido ao ganho de pelo menos um elétron.

Perclorato: Um composto químico que consiste em um átomo de cloro rodeado por quatro átomos de oxigênio igualmente espaçados. É carregado negativamente e precisa de um cátion para formar um sal.

Arquea: Um dos três domínios da vida que geralmente inclui micróbios encontrados em ambientes extremos.

Redução: O ganho de pelo menos um elétron por um átomo que participa de uma reação química.

Enzima: Uma macromolécula que ajuda a aumentar a taxa de reação em transformações químicas específicas.

Evaporito: Uma rocha sedimentar em camadas formada a partir de salmouras quando a água é perdida por evaporação.

Halófilo: Um organismo extremo que prospera em ambientes com altas concentrações de sal.

Referências

[1] Nerenberg, R. 2013. Breathing perchlorate. Science 340:38–9. doi: 10.1126/science.1236336

[2] Barnum, T. P., Figueroa, I. A., Carlström, C. I., Lucas, L. N., Engelbrektson, A. L., e Coates, J. D. 2018. Genome-resolved metagenomics identifies genetic mobility, metabolic interactions, and unexpected diversity in perchlorate-reducing communities. ISME J. 12:1568–81. doi: 10.1038/s41396-018-0081-5

[3] Cadena, S., Cerqueda-García, D., Uribe-Flores, M. M., e Ramírez, S. I. 2024. Metagenomic profiling of halites from the Atacama Desert: an extreme environment with natural perchlorate does not promote high diversity of perchlorate reducing microorganisms. Extremophiles 28:25. doi: 10.1007/s00792-024-01342-6

[4] Wright, V., Morzfeld, M., e Manga, M. 2024. Liquid water in the Martian mid-crust. PNAS. 121:e2409983121. doi: 10.1073/pnas.2409983121

[5] Carrier, B. L., e Kounaves, S. P. 2015. The origins of perchlorate in the Martian soil. Geophys. Res. Lett. 42:3739–45. doi: 10.1002/2015GL064290

[6] Avendaño, R. E., Montoya, L., Olmos, J., e Ramírez, S. I. 2015. Growth of Bacillus pumilus and Halomonas halodurans in sulfates: prospects for life on Europa. Bol. Soc. Geol. Mex. 67:367–75.

[7] Oren, A. 2014. Halophilic archaea on Earth and in space: growth and survival under extreme conditions. Philos. Trans. R. Soc. A. 372:20140194. doi: 10.1098/rsta.2014.0194

Citação

Cadena S, Duarte García I, Miguel Jiménez RA and Ramírez Jiménez SI (2025) Salts Helping Scientists to Potentially Find Life on Mars. Front. Young Minds. 13:1491496. doi: 10.3389/frym.2025.1491496.

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