Iskanje potencialno bivalnih planetov zunaj našega Osončja ni lahka naloga. Medtem ko je število potrjenih ekstra sončnih planetov v zadnjih desetletjih naraščalo s skoki in mejami (3791 in šteje!), Je bila velika večina odkrita s pomočjo posrednih metod. To pomeni, da je bilo opisovanje atmosfer in površinskih pogojev teh planetov predmet ocen in izobraženih ugibanj.
Prav tako znanstveniki iščejo pogoje, ki so podobni tistim, ki obstajajo tukaj na Zemlji, saj je Zemlja edini planet, za katerega vemo, da podpira življenje. A kot so navedli številni znanstveniki, so se Zemlje sčasoma močno spremenile. In v nedavni raziskavi par raziskovalcev trdi, da je lahko preprostejša oblika fotosintetskih življenjskih oblik pred tistimi, ki se opirajo na klorofil - kar bi lahko imelo drastične posledice pri lovu na bivalne eksoplanete.
Kot navajajo v svoji študiji, ki se je nedavno pojavila v Mednarodni časopis za astronomijo, medtem ko izvori življenja še vedno niso povsem razumljeni, je splošno mnenje, da je življenje nastalo med 3,7 in 4,1 milijarde let (med poznim haadskim ali zgodnjim arhejskim eonom). Vzdušje se je v tem času korenito razlikovalo od tistega, ki ga poznamo in od katerega smo odvisni danes.
Namesto da bi bil sestavljen predvsem iz dušika in kisika (~ 78% oziroma 21%, preostali plini tvorijo preostale), je bila zgodnja atmosfera Zemlje kombinacija ogljikovega dioksida in metana. In potem, pred približno 2,9 do 3 milijarde let, so se pojavile fotosinteze bakterij, ki so začele obogatiti ozračje s kisikovim plinom.
Zaradi tega in drugih dejavnikov je Zemlja pred približno 2,3 milijarde let doživela tako imenovani "veliki dogodek oksidacije", ki je trajno spremenil ozračje našega planeta. Kljub temu splošnemu soglasju ostaja postopek in časovnica, v kateri so se razvili organizmi za pretvorbo sončne svetlobe v kemično energijo z uporabo klorofila, še vedno veliko ugibanj.
Vendar pa glede na študijo, ki sta jo izvedli Shiladitya DasSarma in dr. Edward Schwieterman - profesor molekularne biologije na univerzi v Marylandu in astrobiolog na UC Riverside -, lahko pred klorofilom nastane drugačna vrsta fotosinteze. Njihova teorija, znana kot "vijolična zemlja", je, da so se na Zemlji pojavili organizmi, ki izvajajo fotosintezo z uporabo mrežnice (vijolični pigment) pred tistimi, ki uporabljajo klorofil.
Ta oblika fotosinteze je še vedno razširjena na Zemlji in ponavadi prevladuje v hipersalinskih okoljih - to je na mestih, kjer so koncentracije soli še posebej visoke. Poleg tega je fotosinteza odvisna od mrežnice precej preprostejši in manj učinkovit postopek. Zaradi tega sta DasSarma in Schwieterman razmišljala o možnosti, da bi se fotosinteza mrežnice na mrežnici morda razvila prej.
Kot je profesor Space DasSarma povedal za Space Magazine po e-pošti:
"Retinal je v primerjavi s klorofilom razmeroma preprost kemični izdelek. Ima izoprenoidno strukturo in obstajajo dokazi o prisotnosti teh spojin na zgodnji Zemlji že pred 2,5-3,7 milijarde let. Absorpcija mrežnice se pojavi v rumeno-zelenem delu vidnega spektra, kjer najdemo veliko sončne energije in dopolnjuje absorpcijo klorofila v bočnih modrih in rdečih območjih spektra. Fototrofija, ki temelji na mrežnici, je veliko preprostejša od fotosinteze, odvisne od klorofila, in za pretvorbo svetlobne energije v kemično energijo (ATP) potrebujejo samo mrežnice proteinov, membranski vezikel in ATP sintaza. Zdi se smiselno, da se je preprostejša fotosinteza, odvisna od mrežnice, razvila prej kot kompleksnejša fotosinteza, odvisna od klorofila. "
Nadalje so domnevali, da bi nastanek teh organizmov prišel kmalu po razvoju celičnega življenja kot zgodnjega sredstva za proizvodnjo celične energije. Razvoj fotosinteze klorofila je bilo torej mogoče razumeti kot poznejši razvoj, ki se je razvijal skupaj s predhodnikom, pri čemer obe zapolnjujeta določene niše.
"Fototrofija, odvisna od mrežnice, se uporablja za protonsko črpanje s svetlobnim pogonom, kar ima za posledico transmembranski protonski motive gradient," je dejal DasSarma. "Proton-motivni gradient je lahko kemiosmotsko povezan s sintezo ATP. Vendar pa ga ni bilo mogoče povezati s fiksacijo C ali tvorbo kisika v obstoječih (sodobnih) organizmih, kot so rastline in cianobakterije, ki v obeh fazah fotosinteze uporabljajo pigmente klorofila za oba postopka. "
"Druga velika razlika je svetlobni spekter, ki ga absorbirajo klorofili in (na mrežnici) rodopsini," je dodal Schwieterman. "Medtem ko klorofili najmočneje absorbirajo modri in rdeči del vidnega spektra, bakterijehodopsin najmočneje absorbira zeleno-rumeno barvo."
Medtem ko bi fotosintetični organizmi, ki jih vodi klorofil, absorbirali rdečo in modro svetlobo in odsevali zeleno, organizmi, ki jih vodijo mrežnice, bi absorbirali zeleno in rumeno svetlobo ter odsevali vijolično. Medtem ko je DaSarma predlagala obstoj takšnih organizmov v preteklosti, sta ona in Schwietermannova študija preučila možne posledice, ki bi jih lahko imela "vijolična zemlja" pri lovu na bivalne sončne planete.
Zahvaljujoč desetletjem opazovanja Zemlje so znanstveniki razumeli, da je zeleno vegetacijo mogoče prepoznati iz vesolja s pomočjo, kar imenujemo Vegetation Red Edge (VRE). Ta pojav se nanaša na to, kako zelene rastline absorbirajo rdečo in rumeno svetlobo, medtem ko odsevajo zeleno svetlobo, hkrati pa svetlo žarejo pri infrardeči valovni dolžini.
Če pogledamo iz vesolja z uporabo širokopasovne spektroskopije, so velike koncentracije vegetacije prepoznavne na podlagi njihovega infrardečega podpisa. Enako metodo so za proučevanje eksoplanetov predlagali številni znanstveniki (vključno s Carlom Saganom). Vendar pa bi bila njegova uporabnost omejena na planete, ki so prav tako razvili fotosintetične rastline, ki jih poganja klorofil, in ki so razporejene po pomembnem delu planeta.
Poleg tega so se fotosintetični organizmi razvijali le v relativno nedavni zgodovini Zemlje. Medtem ko Zemlja obstaja približno 4,6 milijarde let, so se zelene vaskularne rastline začele pojavljati šele pred 470 milijoni let. Kot rezultat, bi lahko raziskave eksoplanetov, ki iščejo zeleno vegetacijo, našle samo žive planete, ki so daleč v svoji evoluciji. Kot je pojasnil Schwieterman:
"Naše delo se ukvarja s podmnožico eksoplanetov, ki je morda bivalna in katere spektralne podpise bi lahko nekega dne analizirali na znake življenja. VRE kot biosignaturo pozna samo ena vrsta organizma - fotosinteziatorji, ki proizvajajo kisik, kot so rastline in alge. Ta vrsta življenja danes na našem planetu prevladuje, a ni bilo vedno tako in morda ni tako na vseh eksoplanetih. Čeprav pričakujemo, da bo življenje drugje imelo nekaj univerzalnih lastnosti, povečujemo svoje možnosti za uspeh pri iskanju življenja, če upoštevamo različne značilnosti, ki jih imajo organizmi drugje. "
V tem pogledu študija DeSharme in Schwietermana ni podobna nedavnemu delu dr. Ramireza (2018) ter Ramireza in Lise Kalteneggerja (2017) ter drugih raziskovalcev. V teh in drugih podobnih raziskavah so znanstveniki predlagali, da bi bilo mogoče koncept "bivalne cone" razširiti z upoštevanjem, da je bila atmosfera Zemlje nekoč zelo drugačna, kot je danes.
Namesto da bi iskali znake kisika in dušika, plina in vode, bi lahko raziskave iskale znake vulkanske aktivnosti (ki je bila v preteklosti Zemlje veliko bolj razširjena), pa tudi vodika in metana, ki sta bila pomembna za zgodnje razmere na Zemlji. Na podoben način bi po Schwietermanovih besedah lahko iskali vijolične organizme z metodami, ki so podobne tistim, ki se uporabljajo za spremljanje vegetacije tukaj na Zemlji:
"Nabiranje mrežnice na mrežnici, o katerem razpravljamo v našem prispevku, bi ustvarilo ločen podpis od VRE. Medtem ko ima vegetacija značilen „rdeč rob“, ki ga povzročajo močna absorpcija rdeče svetlobe in odboj infrardeče svetlobe, vijolični membranski bakteriorhodopsini najbolj močno absorbirajo zeleno svetlobo in ustvarijo „zeleni rob“. Značilnosti tega podpisa bi se med organizmi, suspendiranimi v vodi ali na kopnem, razlikovale tako kot pri običajnih fotosintezizatorjih. Če bi obstajali fototrofi, ki temeljijo na mrežnici, na dovolj velikem številu na eksoplanetu, bi bil ta podpis vgrajen v odsevni svetlobni spekter tega planeta in bi ga lahko opazili prihodnji napredni vesoljski teleskopi (ki bi tudi iskali VRE, kisik, metan in tudi druge potencialne biosignacije). "
V naslednjih letih se bo naša sposobnost označevanja eksoplanetov močno izboljšala s pomočjo teleskopov nove generacije, kot so vesoljski teleskop James Webb (JWST), izredno velik teleskop (ELT), tridesetmetrski teleskop in velikanski teleskop Magellan ( GMT). S temi dodanimi zmogljivostmi in večjim razponom, na kaj naj bodo pozorni, bi lahko poimenovanje "potencialno bivalno" dobilo nov pomen!
