Este trabalho apresenta o estudo de algumas moléculas do meio interestelar úteis para o levantamento do conteúdo de matéria orgânica do universo e para as condições pré-bióticas na Terra e em outros ambientes no universo. Utilizamos como objeto-teste a Nebulosa Cabeça de Cavalo, devido à sua geometria simples, à sua distância moderada até nós, ao seu campo de radiação ultravioleta bem conhecido resultante da iluminação por uma estrela próxima, $\\sigma$ Orionis, e por ter sido extensivamente estudada por diversos trabalhos. Desse modo, podemos investigar com segurança diversos processos físicos e químicos no meio interestelar. O principal instrumento utilizado neste trabalho foi o código PDR Meudon devido ao fato de que é amplamente utilizado por ser um dos programas de análise de dados de projetos recentes de astronomia, como o projeto Herschel, e por ser público. O código pode ser utilizado para modelizar com confiabilidade a Nebulosa Cabeça de Cavalo, visto que ela mesma é uma PDR (região de fotodissociação) prototípica. Atualizamos o setor de química do código para testar diversos cenários de formação de moléculas. Consideramos o impacto nas abundâncias derivadas das moléculas de várias suposições em relação ao estado do gás (modelos isocórico, isotérmico e isobárico), decidindo em favor de um modelo isobárico. Verificou-se o papel dos raios cósmicos e de vários conjuntos de dados das reações químicas. Obtivemos as abundâncias de várias moléculas, incluindo algumas de potencial importância pré-biótica: CN e seus íons, HCN, HNC, nitrilas e seus íons, hidretos de nitrogênio, benzeno. Investigamos o papel dos ânions e dos PAHs. Finalmente, exploramos canais de produção para heterocíclicos nitrogenados com relevância em astrobiologia: pirrol e piridina. As presentes simulações apresentaram como a exploração de uma pequena gama de possíveis canais de produção de heterocíclicos já resultou em abundâncias significativas para ao menos uma espécie de heterocíclicos nitrogenados, a piridina. Dessa forma, excursões sistemáticas pelos diversos canais de produção deverão revelar mais espécies para serem alvos de buscas. / This work presents the study of some molecules of the interstellar medium that are useful for the bookkeeping of the molecular content of the universe and for prebiotic conditions on Earth and in other environments in the universe. The Horsehead Nebula was chosen as test object, due to its simple geometry, its moderate distance to us, its well-known ultraviolet radiation field resulting from the star $\\sigma$ Orionis, and due the fact that it has been extensively studied in several works. In this way, we can safely investigate several physical and chemical processes on the interstellar medium. The main tool used in the present work was the Meudon PDR code due the fact that it is widely used as one of the legacy data analysis programs of current astronomy projects, e.g. the Herschel project, and it is public. The code can reliably model the Horsehead Nebula, since this nebula is a prototypic PDR (photodissociation region). We updated the chemical sector of the code in order to test several scenarios for molecule production. We considered the impact on the derived molecule abundances of several assumptions relative to the gas state (isochoric, isothermal and isobaric models), and the isobaric model was found to be the most plausible. We checked the role of cosmic rays and several datasets of chemical reactions. We derived the abundances of several molecules, including some of potential prebiotic importance: CN and their ions, HCN, HNC, nitriles and their ions, nitrogen hydrides, and benzene. We investigated the role of anions and PAHs. Finally, we explored production channels for astrobiologically relevant nitrogenated heterocycles: pyrrole and pyridine. This presents simulations show us how the exploration of a small quantities of possibles path of prodution of heterocycles resulted already in significants abundances at least one n-heterocycle specie, the pyridine. Thereby, systemact tours for the many productions paths should show more species to be targe of searches.

Este trabalho apresenta o estudo de algumas moléculas do meio interestelar úteis para o levantamento do conteúdo de matéria orgânica do universo e para as condições pré-bióticas na Terra e em outros ambientes no universo. Utilizamos como objeto-teste a Nebulosa Cabeça de Cavalo, devido à sua geometria simples, à sua distância moderada até nós, ao seu campo de radiação ultravioleta bem conhecido resultante da iluminação por uma estrela próxima, $\\sigma$ Orionis, e por ter sido extensivamente estudada por diversos trabalhos. Desse modo, podemos investigar com segurança diversos processos físicos e químicos no meio interestelar. O principal instrumento utilizado neste trabalho foi o código PDR Meudon devido ao fato de que é amplamente utilizado por ser um dos programas de análise de dados de projetos recentes de astronomia, como o projeto Herschel, e por ser público. O código pode ser utilizado para modelizar com confiabilidade a Nebulosa Cabeça de Cavalo, visto que ela mesma é uma PDR (região de fotodissociação) prototípica. Atualizamos o setor de química do código para testar diversos cenários de formação de moléculas. Consideramos o impacto nas abundâncias derivadas das moléculas de várias suposições em relação ao estado do gás (modelos isocórico, isotérmico e isobárico), decidindo em favor de um modelo isobárico. Verificou-se o papel dos raios cósmicos e de vários conjuntos de dados das reações químicas. Obtivemos as abundâncias de várias moléculas, incluindo algumas de potencial importância pré-biótica: CN e seus íons, HCN, HNC, nitrilas e seus íons, hidretos de nitrogênio, benzeno. Investigamos o papel dos ânions e dos PAHs. Finalmente, exploramos canais de produção para heterocíclicos nitrogenados com relevância em astrobiologia: pirrol e piridina. As presentes simulações apresentaram como a exploração de uma pequena gama de possíveis canais de produção de heterocíclicos já resultou em abundâncias significativas para ao menos uma espécie de heterocíclicos nitrogenados, a piridina. Dessa forma, excursões sistemáticas pelos diversos canais de produção deverão revelar mais espécies para serem alvos de buscas. / This work presents the study of some molecules of the interstellar medium that are useful for the bookkeeping of the molecular content of the universe and for prebiotic conditions on Earth and in other environments in the universe. The Horsehead Nebula was chosen as test object, due to its simple geometry, its moderate distance to us, its well-known ultraviolet radiation field resulting from the star $\\sigma$ Orionis, and due the fact that it has been extensively studied in several works. In this way, we can safely investigate several physical and chemical processes on the interstellar medium. The main tool used in the present work was the Meudon PDR code due the fact that it is widely used as one of the legacy data analysis programs of current astronomy projects, e.g. the Herschel project, and it is public. The code can reliably model the Horsehead Nebula, since this nebula is a prototypic PDR (photodissociation region). We updated the chemical sector of the code in order to test several scenarios for molecule production. We considered the impact on the derived molecule abundances of several assumptions relative to the gas state (isochoric, isothermal and isobaric models), and the isobaric model was found to be the most plausible. We checked the role of cosmic rays and several datasets of chemical reactions. We derived the abundances of several molecules, including some of potential prebiotic importance: CN and their ions, HCN, HNC, nitriles and their ions, nitrogen hydrides, and benzene. We investigated the role of anions and PAHs. Finally, we explored production channels for astrobiologically relevant nitrogenated heterocycles: pyrrole and pyridine. This presents simulations show us how the exploration of a small quantities of possibles path of prodution of heterocycles resulted already in significants abundances at least one n-heterocycle specie, the pyridine. Thereby, systemact tours for the many productions paths should show more species to be targe of searches.

Neste trabalho, criticamos a forma como alguns temas básicos da Física são expostos e são estudados ao longo do Ensino Médio. O assunto escolhido por nós foi a “Aplicação da Astronomia ao Ensino de Física com ênfase em Astrobiologia”. Este projeto tem como objetivo introduzir e estimular os alunos do 2º ano do Ensino Médio ao campo da Astronomia, utilizando-se de conhecimentos pré-adquiridos de Física da primeira série do Ensino Médio, e com ênfase em um tema bastante atual e em forte desenvolvimento, a Astrobiologia. O desenvolvimento do projeto proporcionou então o aprendizado de novos conceitos e áreas de Física, ainda não formalmente estudados. O projeto aborda desde um histórico da Astronomia, passando por um panorama geral da Astronomia contemporânea, até a sua relação com outras disciplinas, como Física, Química e Biologia, usando como eixo a Astrobiologia. Nestes contextos foram introduzidos conceitos básicos de diferentes áreas da Física, incluindo aquelas que são abordadas no decorrer dos dois últimos anos do Ensino Médio. Este projeto resultou na produção de um CD, onde está contido todo o material aplicado nas aulas com o formato “PowerPoint”. O CD inclui também explicações detalhadas para o professor sobre cada aula, sendo que estas notas de aula estão no formato de texto mais usual, “Microsoft Word”. Dessa forma, professores terão em mãos um roteiro de fácil acesso para que possam se orientar em suas aulas. Obtivemos resultados bastante significativos após a aplicação deste projeto. Tais resultados são demonstrados nas tabelas e gráficos apresentados no decorrer desta dissertação, e foram considerados satisfatórios por nós, demonstrando com clareza que a necessidade de atualizarmos e inovarmos o conhecimento em Física torna-se um fato notório. Com este trabalho, esperamos poder contribuir estimulando a criatividade e a curiosidade dos alunos para um tema merecedor de toda a nossa atenção. / In this work, we criticize the way some basic themes of Physics are presented and studied during High School. The subject chosen was “Use of Astronomy in the Physics Teaching with emphasis in Astrobiology”. This project´s goal is to introduce and stimulate junior High School students to the Astronomy field, making use pre-acquired knowledge from the previous series, and with emphasis in a current theme undergoing rapid growth: Astrobiology. The project development was meant to lead to learning of new concepts and areas of Physics, not studied previously. The project has started with the History of Astronomy, passed through a broad view of contemporary Astronomy, stressing its relation with other disciplines, such as Physical and Chemical sciences and Biology and always using Astrobiology as a defining axis. In these contexts basic concepts of different areas of Physics are introduced, including those that are taught during the two last years of High School. This project has led to the production of a CD, which contains the multimedia material applied in the classroom, in “PowerPoint” format. The CD includes full explanations about each class to interested teachers; these lecture notes are in the more usual “Microsoft Word” format. Thus, teachers will have in hands an easy access script to guide themselves through their lectures. The results we obtained with the application of this project are significant. They are shown as tables and graphs throughout the text. The very satisfactory outcome of the project clearly shows the need for an updated and innovative way of learning and teaching Physics. We hope this work may have stimulated the curiosity and creativity of students towards learning such an important theme.

Neste trabalho, criticamos a forma como alguns temas básicos da Física são expostos e são estudados ao longo do Ensino Médio. O assunto escolhido por nós foi a “Aplicação da Astronomia ao Ensino de Física com ênfase em Astrobiologia”. Este projeto tem como objetivo introduzir e estimular os alunos do 2º ano do Ensino Médio ao campo da Astronomia, utilizando-se de conhecimentos pré-adquiridos de Física da primeira série do Ensino Médio, e com ênfase em um tema bastante atual e em forte desenvolvimento, a Astrobiologia. O desenvolvimento do projeto proporcionou então o aprendizado de novos conceitos e áreas de Física, ainda não formalmente estudados. O projeto aborda desde um histórico da Astronomia, passando por um panorama geral da Astronomia contemporânea, até a sua relação com outras disciplinas, como Física, Química e Biologia, usando como eixo a Astrobiologia. Nestes contextos foram introduzidos conceitos básicos de diferentes áreas da Física, incluindo aquelas que são abordadas no decorrer dos dois últimos anos do Ensino Médio. Este projeto resultou na produção de um CD, onde está contido todo o material aplicado nas aulas com o formato “PowerPoint”. O CD inclui também explicações detalhadas para o professor sobre cada aula, sendo que estas notas de aula estão no formato de texto mais usual, “Microsoft Word”. Dessa forma, professores terão em mãos um roteiro de fácil acesso para que possam se orientar em suas aulas. Obtivemos resultados bastante significativos após a aplicação deste projeto. Tais resultados são demonstrados nas tabelas e gráficos apresentados no decorrer desta dissertação, e foram considerados satisfatórios por nós, demonstrando com clareza que a necessidade de atualizarmos e inovarmos o conhecimento em Física torna-se um fato notório. Com este trabalho, esperamos poder contribuir estimulando a criatividade e a curiosidade dos alunos para um tema merecedor de toda a nossa atenção. / In this work, we criticize the way some basic themes of Physics are presented and studied during High School. The subject chosen was “Use of Astronomy in the Physics Teaching with emphasis in Astrobiology”. This project´s goal is to introduce and stimulate junior High School students to the Astronomy field, making use pre-acquired knowledge from the previous series, and with emphasis in a current theme undergoing rapid growth: Astrobiology. The project development was meant to lead to learning of new concepts and areas of Physics, not studied previously. The project has started with the History of Astronomy, passed through a broad view of contemporary Astronomy, stressing its relation with other disciplines, such as Physical and Chemical sciences and Biology and always using Astrobiology as a defining axis. In these contexts basic concepts of different areas of Physics are introduced, including those that are taught during the two last years of High School. This project has led to the production of a CD, which contains the multimedia material applied in the classroom, in “PowerPoint” format. The CD includes full explanations about each class to interested teachers; these lecture notes are in the more usual “Microsoft Word” format. Thus, teachers will have in hands an easy access script to guide themselves through their lectures. The results we obtained with the application of this project are significant. They are shown as tables and graphs throughout the text. The very satisfactory outcome of the project clearly shows the need for an updated and innovative way of learning and teaching Physics. We hope this work may have stimulated the curiosity and creativity of students towards learning such an important theme.

Neste trabalho, criticamos a forma como alguns temas básicos da Física são expostos e são estudados ao longo do Ensino Médio. O assunto escolhido por nós foi a “Aplicação da Astronomia ao Ensino de Física com ênfase em Astrobiologia”. Este projeto tem como objetivo introduzir e estimular os alunos do 2º ano do Ensino Médio ao campo da Astronomia, utilizando-se de conhecimentos pré-adquiridos de Física da primeira série do Ensino Médio, e com ênfase em um tema bastante atual e em forte desenvolvimento, a Astrobiologia. O desenvolvimento do projeto proporcionou então o aprendizado de novos conceitos e áreas de Física, ainda não formalmente estudados. O projeto aborda desde um histórico da Astronomia, passando por um panorama geral da Astronomia contemporânea, até a sua relação com outras disciplinas, como Física, Química e Biologia, usando como eixo a Astrobiologia. Nestes contextos foram introduzidos conceitos básicos de diferentes áreas da Física, incluindo aquelas que são abordadas no decorrer dos dois últimos anos do Ensino Médio. Este projeto resultou na produção de um CD, onde está contido todo o material aplicado nas aulas com o formato “PowerPoint”. O CD inclui também explicações detalhadas para o professor sobre cada aula, sendo que estas notas de aula estão no formato de texto mais usual, “Microsoft Word”. Dessa forma, professores terão em mãos um roteiro de fácil acesso para que possam se orientar em suas aulas. Obtivemos resultados bastante significativos após a aplicação deste projeto. Tais resultados são demonstrados nas tabelas e gráficos apresentados no decorrer desta dissertação, e foram considerados satisfatórios por nós, demonstrando com clareza que a necessidade de atualizarmos e inovarmos o conhecimento em Física torna-se um fato notório. Com este trabalho, esperamos poder contribuir estimulando a criatividade e a curiosidade dos alunos para um tema merecedor de toda a nossa atenção. / In this work, we criticize the way some basic themes of Physics are presented and studied during High School. The subject chosen was “Use of Astronomy in the Physics Teaching with emphasis in Astrobiology”. This project´s goal is to introduce and stimulate junior High School students to the Astronomy field, making use pre-acquired knowledge from the previous series, and with emphasis in a current theme undergoing rapid growth: Astrobiology. The project development was meant to lead to learning of new concepts and areas of Physics, not studied previously. The project has started with the History of Astronomy, passed through a broad view of contemporary Astronomy, stressing its relation with other disciplines, such as Physical and Chemical sciences and Biology and always using Astrobiology as a defining axis. In these contexts basic concepts of different areas of Physics are introduced, including those that are taught during the two last years of High School. This project has led to the production of a CD, which contains the multimedia material applied in the classroom, in “PowerPoint” format. The CD includes full explanations about each class to interested teachers; these lecture notes are in the more usual “Microsoft Word” format. Thus, teachers will have in hands an easy access script to guide themselves through their lectures. The results we obtained with the application of this project are significant. They are shown as tables and graphs throughout the text. The very satisfactory outcome of the project clearly shows the need for an updated and innovative way of learning and teaching Physics. We hope this work may have stimulated the curiosity and creativity of students towards learning such an important theme.

Na Antártica e no Ártico, a vida microbiana é presente e diversificada, tendo se adaptado a condições similares às encontradas em mundos que despertam interesse à astrobiologia. Este estudo investigou as alterações fisiológicas e fenotípicas do extremófilo psicrotrófico Exiguobacterium antarcticum B7 sob diferentes temperaturas. Foram utilizadas técnicas de eletroforese de proteínas em duas dimensões associada a espectrometria de massa, juntamente com técnicas de microscopia. E. antarcticum foi também submetida a condições físicas encontradas em Marte e no ambiente interplanetário. Seguindo evidências de que micro-organismos psicrotróficos podem também ser resistentes a períodos prolongados de dessecação, foi investigada a presença de linhagens microbianas resistentes a anidrobiose em solos da Antártica e permafrost do Ártico. Por fim, voltando-se à ecologia microbiana de solos polares permanentemente congelados, foi estudada a diversidade microbiana de três estratos de permafrost do ártico canadense com o uso de sequenciamento de DNA de nova geração. / In Antarctica and the Arctic, microbial life is present and diverse, having adapted to low temperature and low humidity conditions, similar to the worlds that arouse more interest to astrobiology. This study investigated the physiological changes of the psychrotrophic extremophile Exiguobacterium antarcticum B7 at different temperatures. Two dimensional protein electrophoresis techniques was used for proteome analysis in conjunction with mass spectrometry, as well as microscopy techniques. E. antarcticum was also subjected to physical parameters found on Mars and in the interplanetary environment. Following evidence that psychrotrophic microorganisms may also be resistant to prolonged periods of desiccation, it was investigated the presence of microbial strains resistant to anhydrobiosis on Antarctic soils and Arctic permafrost. At last, turning the attention to the microbial ecology of permanently frozen polar soils, it was studied the bacterial diversity of three Arctic permafrost strata with next-generation high throughput DNA sequencing.

Na Antártica e no Ártico, a vida microbiana é presente e diversificada, tendo se adaptado a condições similares às encontradas em mundos que despertam interesse à astrobiologia. Este estudo investigou as alterações fisiológicas e fenotípicas do extremófilo psicrotrófico Exiguobacterium antarcticum B7 sob diferentes temperaturas. Foram utilizadas técnicas de eletroforese de proteínas em duas dimensões associada a espectrometria de massa, juntamente com técnicas de microscopia. E. antarcticum foi também submetida a condições físicas encontradas em Marte e no ambiente interplanetário. Seguindo evidências de que micro-organismos psicrotróficos podem também ser resistentes a períodos prolongados de dessecação, foi investigada a presença de linhagens microbianas resistentes a anidrobiose em solos da Antártica e permafrost do Ártico. Por fim, voltando-se à ecologia microbiana de solos polares permanentemente congelados, foi estudada a diversidade microbiana de três estratos de permafrost do ártico canadense com o uso de sequenciamento de DNA de nova geração. / In Antarctica and the Arctic, microbial life is present and diverse, having adapted to low temperature and low humidity conditions, similar to the worlds that arouse more interest to astrobiology. This study investigated the physiological changes of the psychrotrophic extremophile Exiguobacterium antarcticum B7 at different temperatures. Two dimensional protein electrophoresis techniques was used for proteome analysis in conjunction with mass spectrometry, as well as microscopy techniques. E. antarcticum was also subjected to physical parameters found on Mars and in the interplanetary environment. Following evidence that psychrotrophic microorganisms may also be resistant to prolonged periods of desiccation, it was investigated the presence of microbial strains resistant to anhydrobiosis on Antarctic soils and Arctic permafrost. At last, turning the attention to the microbial ecology of permanently frozen polar soils, it was studied the bacterial diversity of three Arctic permafrost strata with next-generation high throughput DNA sequencing.

Esta tese se insere no contexto da química prebiótica, que estuda a evolução química que ocorreu antes do surgimento da vida na Terra. Tal área pertence ao ramo de pesquisa da Astrobiologia, que estuda o surgimento, a evolução, distribuição e futuro da vida na Terra ou em outro lugar do Universo. Dentre as várias hipóteses abordadas na química prebiótica, a hipótese mineral é foco de estudo deste trabalho, ou seja, se os minerais podem ter agido como preconcentradores ou protetores de moléculas biologicamente relevantes para a química prebiótica e como catalisadores de reações. A classe mineral de hidróxidos duplo lamelares (HDL) é estudada inicialmente considerando se sua síntese seria possível em um ambiente prebiótico. Desta forma, o HDL foi sintetizado por dois métodos de síntese (coprecipitação e reconstrução) e em quatro composições distintas de água do mar sintética, que mimetizam diferentes fases geológicas da Terra, os resultados mostraram a formação deste mineral em todas as composições de água do mar analisadas. Posteriormente, o estudo da interação de biomoléculas com HDL foi feito visando caracterizar se estas poderiam estar inseridas no espaço interlamelar deste mineral. O íon tiocianato, precursor de biomoléculas, e as bases nitrogenadas adenina, timina, e uracila mostraram-se presentes nas amostras de HDL sintetizadas pelos dois métodos, coprecipitação e reconstrução. As amostras foram caracterizadas por difratometria de raios X, análise termogravimétrica, análise elementar e por espectroscopia vibracional, Raman e no infravermelho. Embora os resultados iniciais indiquem que as biomoléculas possam estar interagindo com o mineral por adsorção e não necessariamente estejam intercaladas, estudos com lavagem das amostras com carbonato de sódio mostraram a troca iônica das biomoléculas pelo ânion inorgânico e sugerem que estas encontravam-se realmente no espaço interlamelar do mineral. Foram feitas então simulações de ambientes extremos nos sistemas HDL + biomoléculas para avaliar se a presença do mineral aumenta a estabilidade das biomoléculas frente a aquecimento, radiação UVC e radiação ionizante já que tais condições extremas estariam presentes na Terra primitiva / This thesis subject is related to prebiotic chemistry, which studies the chemical evolution that happened before the origin of life on Earth. This subject belongs to the Astrobiology research area, which studies the origin, evolution, distribution and future of life on Earth and elsewhere in the Universe. Among the many hypothesis that prebiotic chemistry encompass, the mineral hypothesis is the aim of this thesis, that is, if minerals could have had a role in preconcentrating and protecting molecules relevant to prebiotic chemistry, and also if they could have acted as catalists. The layered double hydroxide (LDH) minerals are studied and the first question is if they could have been synthetized in a prebiotic environment. Four different seawater compositions are analyzed, considering many geological periods of Earth, and two synthesis methods were studied: coprecipitation and reconstruction. The results showed that the LDHs are formed in all seawater types studied. Following these studies, we discuss whether biomolecules could be in the interlayer space of this mineral. Thiocyanate, a biomolecule precursor, and the nucleic acids adenine, thymine and uracil were present in the LDH samples synthetized either by coprecipitation and reconstruction, and they were characterized by X-Ray diffraction, thermogravimetric analysis, elemental analysis and by vibrational spectroscopy: IR and Raman. Although the preliminary results showed that the biomolecules are not necessarily intercalated, but may simply be adsorbed on the minerals, after washing with a sodium carbonate solution, the biomolecules were replaced by the inorganic anion, suggesting that the former was in fact intercalated in the mineral. Extreme conditions simulations were then performed on the LDH plus biomolecules systems to evaluate whether the mineral may act as a protector and stabilize the biomolecules when these were heated or irradiated with UV-C and ionizing radiation, since such scenarios would be common on early Earth

Entender como se originou a vida é um dos desafios propostos pela astrobiologia. Este trabalho busca compreender como argilas aniônicas do tipo hidróxidos duplos lamelares (LDH) interagem com alguns aminoácidos quando submetido a condições presentes no passado do nosso planeta. Para tanto, foi estudada a interação dos aminoácidos cisteína (cys), cistina (cyss) e ácido glutâmico (glu) com duas variações de LDHs: hidrotalcita, que consistem em um LDH de Mg e Al (LDHal), e as piroauritas, um LDH de Mg e Fe III (LDHfe). Os LDHs foram sintetizados com cada um dos três aminoácidos por coprecipitação (cop) e reconstrução (rec). Todos os compostos produzidos foram submetidos a irradiação com UV-C (254 nm), longa exposição à temperatura de 70 °C e ciclos de hidratação e dessecação a 70 °C, tentando simular condições próximas à Terra primitiva. Os resultados obtidos indicam que os aminoácidos estão presentes no espaço interlamelar dos LDHs. Sendo que os LDHfe e os LDHal_glu se mostraram mais inertes, não sofrendo variações significativas com as simulações prebióticas. Para os LDHal_cys ocorreu a formação de ligações do tipo S-S durante a síntese; a irradiação UV-C afetou de maneira distinta os LDHs cop e rec, sendo que apenas nos reconstruídos ocorreu a formação de SO4-2. A simulação de temperatura causou o rompimento das ligações S-S e a formação de ligações S-H, enquanto os ciclos de hidratação, ao que tudo indicam, acarretam a liberação da cisteína do meio interlamelar. Essas características presentes no LDHal_cys estão, em partes, também presentes para os LDHal_cyss. De maneira geral, os LDHs são eficientes na intercalação de aminoácidos e estáveis quanto à temperatura e, em alguns casos, a radiação UV-C. Desta forma os LDHs se mostram como um mineral que pode ter tido a sua importância na Terra prebiótica, sendo aptos a atuar na retenção de aminoácidos, resistência a algumas das condições presentes e com a possibilidade de liberar estas biomoléculas novamente no ambiente, tornando-as disponíveis para o aumento de complexidade química / Understanding how life originated is one of the challenges proposed by astrobiology. This work aims to understand how layered double hydroxides (LDH), a type of anionic clay, may interact with amino acids when submitted to conditions present in prebiotic Earth. It was studied the interaction between amino acids cysteine (cys), cystine (cyss) and glutamic acid (glu) with two LDHs variations: hydrotalcite, LDH of Mg and Al (LDHal), and pyroaurite, a LDH of Mg and Fe III (LDHfe). LDHs were synthesized with each of the three amino acids by coprecipitation (cop) and reconstruction (rec). All the LDHs produced were submitted to UV-C irradiation (254 nm), long exposure to the temperature of 70 °C and cycles of hydration and desiccation at 70 °C, trying to simulated the conditions presents in primordial Earth. The results indicate that amino acids are present in the interlayer region of LDHs. Since LDHfe and LDHal_glu were shown to be more inert, they did not undergo significant variations with the prebiotic simulations. For LDHal_cys the formation of S-S type bonds occurred during the synthesis; the UV-C irradiation differently affected the LDHs cop and rec, being that only in the reconstructed the formation of SO4-2 occurred. The temperature simulation induced breakage of the S-S bonds and formation of S-H bonds, whereas the hydration cycles leaded to the release of cysteine from the interlamellar space. These features present in LDHal_cys are, partially, also present for the LDHal_cyss. In general, LDHs are efficient in the intercalation of amino acids, stable in temperature and, in some cases, to UV-C radiation. In this manner, the LDHs may have been important minerals in the prebiotic Earth, being able to act in the retention of amino acids, resisting to some of the prevailing conditions and possibly releasing these biomolecules back into the environment, making them available for increasing chemical complexity

Esta tese se insere no contexto da química prebiótica, que estuda a evolução química que ocorreu antes do surgimento da vida na Terra. Tal área pertence ao ramo de pesquisa da Astrobiologia, que estuda o surgimento, a evolução, distribuição e futuro da vida na Terra ou em outro lugar do Universo. Dentre as várias hipóteses abordadas na química prebiótica, a hipótese mineral é foco de estudo deste trabalho, ou seja, se os minerais podem ter agido como preconcentradores ou protetores de moléculas biologicamente relevantes para a química prebiótica e como catalisadores de reações. A classe mineral de hidróxidos duplo lamelares (HDL) é estudada inicialmente considerando se sua síntese seria possível em um ambiente prebiótico. Desta forma, o HDL foi sintetizado por dois métodos de síntese (coprecipitação e reconstrução) e em quatro composições distintas de água do mar sintética, que mimetizam diferentes fases geológicas da Terra, os resultados mostraram a formação deste mineral em todas as composições de água do mar analisadas. Posteriormente, o estudo da interação de biomoléculas com HDL foi feito visando caracterizar se estas poderiam estar inseridas no espaço interlamelar deste mineral. O íon tiocianato, precursor de biomoléculas, e as bases nitrogenadas adenina, timina, e uracila mostraram-se presentes nas amostras de HDL sintetizadas pelos dois métodos, coprecipitação e reconstrução. As amostras foram caracterizadas por difratometria de raios X, análise termogravimétrica, análise elementar e por espectroscopia vibracional, Raman e no infravermelho. Embora os resultados iniciais indiquem que as biomoléculas possam estar interagindo com o mineral por adsorção e não necessariamente estejam intercaladas, estudos com lavagem das amostras com carbonato de sódio mostraram a troca iônica das biomoléculas pelo ânion inorgânico e sugerem que estas encontravam-se realmente no espaço interlamelar do mineral. Foram feitas então simulações de ambientes extremos nos sistemas HDL + biomoléculas para avaliar se a presença do mineral aumenta a estabilidade das biomoléculas frente a aquecimento, radiação UVC e radiação ionizante já que tais condições extremas estariam presentes na Terra primitiva / This thesis subject is related to prebiotic chemistry, which studies the chemical evolution that happened before the origin of life on Earth. This subject belongs to the Astrobiology research area, which studies the origin, evolution, distribution and future of life on Earth and elsewhere in the Universe. Among the many hypothesis that prebiotic chemistry encompass, the mineral hypothesis is the aim of this thesis, that is, if minerals could have had a role in preconcentrating and protecting molecules relevant to prebiotic chemistry, and also if they could have acted as catalists. The layered double hydroxide (LDH) minerals are studied and the first question is if they could have been synthetized in a prebiotic environment. Four different seawater compositions are analyzed, considering many geological periods of Earth, and two synthesis methods were studied: coprecipitation and reconstruction. The results showed that the LDHs are formed in all seawater types studied. Following these studies, we discuss whether biomolecules could be in the interlayer space of this mineral. Thiocyanate, a biomolecule precursor, and the nucleic acids adenine, thymine and uracil were present in the LDH samples synthetized either by coprecipitation and reconstruction, and they were characterized by X-Ray diffraction, thermogravimetric analysis, elemental analysis and by vibrational spectroscopy: IR and Raman. Although the preliminary results showed that the biomolecules are not necessarily intercalated, but may simply be adsorbed on the minerals, after washing with a sodium carbonate solution, the biomolecules were replaced by the inorganic anion, suggesting that the former was in fact intercalated in the mineral. Extreme conditions simulations were then performed on the LDH plus biomolecules systems to evaluate whether the mineral may act as a protector and stabilize the biomolecules when these were heated or irradiated with UV-C and ionizing radiation, since such scenarios would be common on early Earth