Pronalaženje planeta potencijalno za stanovanje izvan našeg Sunčevog sustava nije lak zadatak. Iako je broj potvrđenih izvan-solarnih planeta porastao skokovima i granicama posljednjih desetljeća (3791 i brojanje!), Velika većina otkrivena je neizravnim metodama. To znači da je karakterizacija atmosfere i površinskih uvjeta ovih planeta bila stvar procjena i obrazovanih nagađanja.
Slično tome, znanstvenici traže uvjete slične onome što postoji ovdje na Zemlji, jer je Zemlja jedini planet za koji znamo da podržava život. Ali kao što su mnogi znanstvenici naveli, vremenski uvjeti Zemlje s vremenom su se dramatično promijenili. I u nedavnom istraživanju par istraživača tvrdi da bi jednostavniji oblik fotosintetskih životnih oblika mogao biti prije onih koji se oslanjaju na klorofil - što bi moglo imati drastične posljedice u lovu na egzoplanete koji su useljivi.
Kako navode u svojoj studiji, koja se nedavno pojavila u Međunarodni časopis za astronomiju, dok podrijetlo života još uvijek nije u potpunosti razjašnjeno, općenito se slaže da je život nastao prije 3,7 i 4,1 milijarde godina (za vrijeme kasnog hadejskog ili ranog arhejskog eona). U to se vrijeme atmosfera radikalno razlikovala od one kakvu poznajemo i o kojoj danas ovisimo.
Umjesto da se sastoji uglavnom od dušika i kisika (~ 78% odnosno 21%, a ostaci plinova čine ostatak), rana atmosfera Zemlje bila je kombinacija ugljičnog dioksida i metana. A onda, prije otprilike 2,9 do 3 milijarde godina, pojavile su se fotosintezirajuće bakterije koje su počele obogaćivati atmosferu kisikovim plinom.
Zbog ovoga i drugih čimbenika, Zemlja je prije 2,3 milijuna godina doživjela ono što je poznato kao „Veliki oksidacijski događaj“, koji je trajno izmijenio atmosferu našeg planeta. Unatoč ovom općem konsenzusu, postupak i vremenski okvir u kojem su se razvijali organizmi za pretvaranje sunčeve svjetlosti u kemijsku energiju pomoću klorofila i dalje su podložni mnogim nagađanjima.
Međutim, prema studiji koju su proveli Shiladitya DasSarma i dr. Edward Schwieterman - profesor molekularne biologije na Sveučilištu Maryland i astrobiolog na UC Riversideu - različita vrsta fotosinteze može prethoditi klorofilu. Njihova teorija, poznata kao "Ljubičasta Zemlja", je da su se na Zemlji pojavili organizmi koji provode fotosintezu pomoću mrežnice (ljubičasti pigment) prije onih koji koriste klorofil.
Ovaj oblik fotosinteze i danas je rasprostranjen na Zemlji i ima tendenciju dominiranja u hipersalinskim okruženjima - to jest na mjestima gdje su koncentracije soli posebno visoke. Uz to je fotosinteza mrežnice ovisna o mrežnici daleko jednostavniji i manje učinkovit postupak. Upravo su iz tih razloga DasSarma i Schwieterman razmotrili mogućnost da se fotosinteza mrežnice utemeljena na mrežnici možda evoluirala što prije.
Kao što je profesor DasSarma rekao za Space Magazine e-poštom:
"Retinal je kemikalija relativno jednostavna u usporedbi s klorofilom. Ima izoprenoidnu strukturu i postoje dokazi o prisutnosti ovih spojeva na ranoj Zemlji, prije 2,5-3,7 milijardi godina. Apsorpcija mrežnice pojavljuje se u žuto-zelenom dijelu vidljivog spektra, gdje se nalazi puno sunčeve energije, a ona nadopunjava apsorpciju klorofila u bočnim i crvenim područjima spektra. Fototrofija koja se temelji na mrežnici mnogo je jednostavnija od fotosinteze ovisne o klorofilu, za samo pretvaranje proteina mrežnice, membranskog vezikula i ATP sintaze radi pretvaranja svjetlosne energije u kemijsku energiju (ATP). Čini se razumnim da se jednostavnija fotosinteza ovisna o mrežnici razvila ranije nego složenija fotosinteza ovisna o klorofilu. "
Nadalje su pretpostavili da bi pojava ovih organizama uslijedila ubrzo nakon razvoja staničnog života, kao ranog sredstva za proizvodnju stanične energije. Stoga se evolucija fotosinteze klorofila može promatrati kao naknadni razvoj koji se razvijao uporedo s njegovim prethodnikom, pri čemu su obje popunile određene niše.
"Fototrofija ovisna o mrežnici koristi se za protonsko ispumpavanje svjetlom, što rezultira transmembranskim gradijentom protonskog motiva", rekao je DasSarma. „Proton-motiv gradijent može se hemiozmotski povezati sa ATP sintezom. Međutim, nije ustanovljeno da je povezan sa C-fiksacijom ili stvaranjem kisika u postojećim (modernim) organizmima, poput biljaka i cijanobakterija, koji koriste klorofilne pigmente za oba ova procesa tijekom faza fotosinteze. "
"Druga je velika razlika u spektru svjetlosti koji apsorbiraju klorofili i (na mrežnici) rodopsini", dodao je Schwieterman. "Dok se klorofili najjače apsorbiraju u plavom i crvenom dijelu vizualnog spektra, bakteriohodopsin se najjače apsorbira u zeleno-žutoj boji."
Dakle, dok bi fotosintetski organizmi pokretani klorofilom apsorbirali crvenu i plavu svjetlost i odražavali zelenu, organizmi vođeni mrežnicom apsorbirali bi zelenu i žutu svjetlost i reflektirali su ljubičastu boju. Dok je DaSarma sugerirala postojanje takvih organizama u prošlosti, ona i Schwietermanova studija proučavali su moguće implikacije koje bi "ljubičasta zemlja" mogla imati u lovu na naseljene van-solarne planete.
Zahvaljujući decenijama promatranja Zemlje, znanstvenici su shvatili da se zelena vegetacija može prepoznati iz svemira koristeći se Crvenom vegetacijom Vegetacije (VRE). Ovaj fenomen odnosi se na to kako zelene biljke apsorbiraju crvenu i žutu svjetlost, istovremeno reflektirajući zeleno svjetlo, a istovremeno blistavo svijetli na infracrvenim valnim duljinama.
Gledano iz svemira pomoću širokopojasne spektroskopije, velike se koncentracije vegetacije mogu prepoznati na temelju njihovog infracrvenog potpisa. Mnogi su znanstvenici (uključujući Carla Sagana) predložili istu metodu za proučavanje egzoplaneta. Međutim, njegova se primjena ograničila na planete koji su također evoluirali fotosintetskim biljkama pokretanim klorofilima i koji su raspoređeni na značajnom dijelu planete.
Pored toga, fotosintetski organizmi su se razvijali samo u relativno novijoj povijesti Zemlje. Dok je Zemlja postojala otprilike 4,6 milijardi godina, zelene vaskularne biljke tek su se počele pojavljivati prije 470 milijuna godina. Kao rezultat, istraživanja egzoplaneta koja pretražuju zelenu vegetaciju uspjela bi pronaći samo naseljene planete koji su daleko u svojoj evoluciji. Kao što je Schwieterman objasnio:
„Naš se rad bavi podskupom egzoplaneta koja je moguće useliti i čiji bi se spektralni potpisi jednog dana mogli analizirati na znakove života. VRE kao biosignaturu informira samo jedna vrsta organizma - fotosintezizatori koji stvaraju kisik poput biljaka i algi. Ova vrsta života danas vlada na našem planetu, ali nije uvijek bilo tako i možda nije slučaj na svim egzoplanetima. Iako očekujemo da život negdje drugdje ima neke univerzalne karakteristike, povećavamo svoje šanse za uspjeh u potrazi za životom uzimajući u obzir različite karakteristike koje organizmi drugdje mogu imati. "
U tom smislu, studija DeSharme i Schwietermana nije različita od nedavnog rada dr. Ramireza (2018.) i Ramireza i Lise Kaltenegger (2017.) i drugih istraživača. U ovim i drugim sličnim istraživanjima, znanstvenici su predložili da se pojam "nastanjive zone" može proširiti uzimajući u obzir da je Zemljina atmosfera nekad bila vrlo različita nego danas.
Dakle, umjesto da tragaju za znakovima kisika i dušika, plina i vode, anketama bi se moglo tražiti znakove vulkanske aktivnosti (koja je bila daleko rasprostranjenija u prošlosti Zemlje) kao i vodika i metana - koji su bili važni za rane uvjete na Zemlji. Prema istom Schwietermanu, mogli bi pretraživati ljubičaste organizme metodama sličnim onome koji se koristi za praćenje vegetacije ovdje na Zemlji:
"Svjetlost mrežnice na mrežnici o kojoj raspravljamo u našem radu stvorilo bi potpis različit od VRE. Dok vegetacija ima karakterističan "crveni rub", uzrokovan snažnom apsorpcijom crvene svjetlosti i odrazom infracrvene svjetlosti, ljubičasti membranski bakteriorhodopsini najjače apsorbiraju zeleno svjetlo, proizvodeći "zeleni rub". Karakteristike ovog potpisa razlikovale bi se između organizama suspendiranih u vodi ili na kopnu, baš kao i kod običnih fotosinteze. Da su fototrofi koji se temelje na mrežnici postojali s dovoljno velikim brojem egzoplaneta, taj bi se potpis ugradio u reflektirani svjetlosni spektar tog planeta i mogao bi ga vidjeti budući napredni svemirski teleskopi (koji bi također pretraživali VRE, kisik, metan i i druge potencijalne biosignarije). "
U narednim godinama naša sposobnost karakteriziranja egzoplaneta drastično će se poboljšati zahvaljujući teleskopima nove generacije poput svemirskog teleskopa James Webb (JWST), ekstremno velikog teleskopa (ELT), tridesetmetarskog teleskopa i divovskog Magellanovog teleskopa ( GMT). Uz ove dodatne mogućnosti i veći raspon onoga što treba paziti, oznaka "potencijalno useljivi" mogla bi poprimiti novo značenje!
