A Naprendszerünkön túl potenciálisan lakható bolygók megtalálása nem könnyű feladat. Noha a megerősített napkollektoros bolygók száma ugrásszerűen nőtt az utóbbi évtizedekben (3791 és számítunk!), A túlnyomó többséget közvetett módszerekkel fedezték fel. Ez azt jelenti, hogy ezeknek a bolygóknak a légköre és a felszíni viszonyok jellemzése becslések és kitalált kérdés kérdése volt.
Hasonlóképpen, a tudósok olyan körülményeket keresnek, amelyek hasonlóak a Földön létezőhöz, mivel a Föld az egyetlen bolygó, akiről tudunk, hogy támogatja az életet. De amint sok tudós rámutatott, a Föld körülményei drasztikusan megváltoztak az idő múlásával. És egy közelmúltbeli tanulmányban egy kutató érvelése szerint a fotoszintetikus életformák egyszerűbb formája megelőzheti azokat, amelyek a klorofillre támaszkodnak - ami drasztikus következményekkel járhat a lakható egzoplanetek vadászatában.
Mint állítják tanulmányukban, amely a közelmúltban jelent meg a Csillagászat Nemzetközi Lapja, bár az élet eredetét még mindig nem értik meg teljesen, általánosan egyetértés van abban, hogy az élet 3,7 és 4,1 milliárd évvel ezelőtt jött létre (a késő Hadean vagy az Archean korai kora alatt). Abban az időben a légkör gyökeresen különbözött az általunk ismerttől, és attól függ, amely napjainkban múlik.
Ahelyett, hogy elsősorban nitrogénből és oxigénből áll (~ 78%, illetve 21%, a maradékot gázokból álló gázokkal), a Föld korai légköre szén-dioxid és metán kombinációja volt. És akkor, körülbelül 2,9-3 milliárd évvel ezelőtt, olyan fotoszintetizáló baktériumok jelentek meg, amelyek oxigéngázzal kezdték gazdagítani a légkört.
Ennek és más tényezőknek köszönhetően a Föld körülbelül 2,3 milliárd évvel ezelőtt megtapasztalta az úgynevezett „nagy oxidációs eseményt”, amely állandóan megváltoztatta bolygónk légkörét. Ennek az általános egyetértésnek a ellenére, a folyamat és az idővonal, amelyben az organizmusok úgy alakultak, hogy a napfényt kémiai energiává alakítsák klorofill felhasználásával, továbbra is sok kitalálásra vár.
Shiladitya DasSarma és Dr. Edward Schwieterman - a Marylandi Egyetem molekuláris biológiai professzora és az UC Riverside asztrobiológusa - által készített tanulmány szerint azonban más típusú fotoszintézis megelőzheti a klorofilt. Elméletük, amelyet „Lila Földnek” hívnak, az az, hogy a retina (lila pigment) alkalmazásával fotoszintézist végző szervezetek a klorofill használatát megelőzően jelentek meg a Földön.
A fotoszintézisnek ez a formája a mai Földön továbbra is elterjedt, és általában hiperszintikus környezetben dominál - azaz olyan helyeken, ahol a sókoncentráció különösen magas. Ezenkívül a retinafüggő fotoszintézis sokkal egyszerűbb és kevésbé hatékony eljárás. Ezen okok miatt DasSarma és Schwieterman fontolóra vette annak a lehetőségét, hogy a retina alapú fotoszintézis hamarabb kialakulhatott.
Ahogy DasSarma professzor e-mailben mondta a Space Magazine-nak:
„A retina egy viszonylag egyszerű vegyszer a klorofillhez képest. Izoprenoid szerkezetű, és bizonyítékok vannak arra, hogy ezek a vegyületek a korai Földön már 2,5-3,7 milliárd évvel ezelőtt jelen voltak. A retina abszorpciója a látható spektrum sárga-zöld részében zajlik, ahol sok a napenergia található, és ez kiegészíti a klorofill abszorpcióját a spektrum szomszédos kék és piros részén. A retina alapú fototrófia sokkal egyszerűbb, mint a klorofill-függő fotoszintézis, csak a retina proteinek, a membrán vezikula és az ATP szintáz szükséges a fényenergia kémiai energiává (ATP) történő átalakításához. Ésszerűnek tűnik, hogy az egyszerűbb retinafüggő fotoszintézis korábban fejlődött ki, mint a bonyolultabb klorofill-függő fotoszintézis. ”
Feltételezték továbbá, hogy ezen organizmusok megjelenése a sejtek életének kialakulása után hamarosan megtörténne, mint a sejtenergia előállításának korai eszköze. A klorofill-fotoszintézis fejlődését tehát egy későbbi fejleménynek tekinthetjük, amely elődje mentén fejlődött ki, mindkettő bizonyos réseket kitöltve.
"A retina-függő fototrofiát használják a fényvezérelt protonszivattyúzáshoz, amely transzmembrán proton-motívumos gradienst eredményez" - mondta DasSarma. A proton-motívumos gradiens kémio-szenzotikusan kapcsolódhat az ATP szintézishez. Nem találták azonban a fennmaradó (modern) szervezetekben a C-rögzítéssel vagy az oxigéntermeléssel összefüggésben, például a növényekben és a cianobaktériumokban, amelyek mindkét folyamatban klorofill pigmenteket használnak a fotoszintézis szakaszaiban. ”
"A másik nagy különbség a klorofillok és (retina alapú) rodopszinek abszorbeált fény spektruma" - tette hozzá Schwieterman. "Míg a klorofillok a legerősebben a látás spektrumának kék és piros részében, addig a bakteriálishodopszin a zöld-sárga színben abszorbeálódik legjobban."
Tehát miközben a klorofill által vezérelt fotoszintézis-szervezetek elnyelik a vörös és a kék fényt, és visszatükrözik a zöld, a retina által vezérelt organizmusok elnyelik a zöld és a sárga fényt és a lila színt. Miközben DaSarma javasolta az ilyen organizmusok létezését a múltban, Schwieterman tanulmányában megvizsgálta a „Lila Föld” esetleges következményeit az életképes, napfény nélküli bolygók vadászatában.
A Föld évtizedes megfigyelésének köszönhetően a tudósok megértették, hogy a zöld növényzet az űrből azonosítható az úgynevezett Vegetation Red Edge (VRE) segítségével. Ez a jelenség arra utal, hogy a zöld növények hogyan szívják el a vörös és a sárga fényt, miközben a zöld fényt tükrözik, miközben ugyanakkor fényesen ragyognak az infravörös hullámhosszon.
Az szélessávú spektroszkópia segítségével az űrből nézve a növényzet nagy koncentrációja tehát infravörös jelük alapján azonosítható. Ugyanezt a módszert számos tudós (köztük Carl Sagan) javasolta az exoplanetek tanulmányozására. Alkalmazhatósága azonban azokra a bolygókra korlátozódik, amelyekben klorofill által vezérelt fotoszintetikus növények is fejlődtek, és amelyek a bolygó jelentős hányadán oszlanak el.
Ezenkívül a fotoszintetikus organizmusok csak a Föld viszonylag közelmúltbeli történelmében fejlődtek ki. Míg a Föld körülbelül 4,6 milliárd éve létezik, addig a zöld érrendszeri növények csak 470 millió évvel ezelőtt kezdtek megjelenni. Ennek eredményeként a zöld növényzetet kereső exoplanet-felmérések csak olyan élő bolygót találnának, amelyek fejlődésük során messze vannak. Amint Schwieterman kifejtette:
„Munkánk az exoplanetek azon részhalmazával foglalkozik, amelyek életképesek lehetnek és amelyek spektrális aláírásait egy napon meg lehetne vizsgálni az élet jelei szempontjából. A VRE-t, mint bioszignátumot, csak egyfajta organizmus adja - az oxigént termelő fotoszintetizátorok, mint például a növények és algák. Ez a fajta élet uralkodik manapság bolygónkon, de nem mindig volt így, és lehet, hogy nem minden egzotikus bolygó esetében. Miközben arra számítunk, hogy a máshol élő életnek van valamilyen univerzális tulajdonsága, a lehető legjobban kihasználjuk az élet keresésében rejlő lehetőségeket, figyelembe véve a szervezetek másutt jellemző tulajdonságait. ”
E tekintetben a DeSharma és Schwieterman tanulmánya nem különbözik Dr. Ramirez (2018), valamint Ramirez és Lisa Kaltenegger (2017) és más kutatók legutóbbi munkájának. Ezekben és más hasonló tanulmányokban a tudósok javaslatot tettek arra, hogy a „lakható zóna” fogalmát kibővítsék, figyelembe véve, hogy a Föld légköre valaha nagyon eltérő volt, mint manapság.
Tehát az oxigén, a nitrogén és a víz jeleinek keresése helyett a felmérésekben a vulkáni aktivitás jeleit (amelyek a Föld múltjában sokkal gyakoribb voltak), valamint a hidrogént és a metánt - amelyek fontosak voltak a Föld korai állapotában. Schwieterman szerint nagyjából ugyanúgy lila organizmusokat kutathattak olyan módszerekkel, amelyek hasonlóak a Föld vegetációjának megfigyeléséhez használt módszerekkel:
„A retina fényszedése, amelyet a dolgozatunkban tárgyalunk, a VRE-től eltérő aláírást eredményezne. Míg a vegetációnak jellegzetes „vörös széle” van, amelyet a vörös fény erőteljes abszorpciója és az infravörös fény visszatükrözése okoz, a lila membrán bakteriális dentinok a legerősebben abszorbeálják a zöld fényt, „zöld széllel”. Ennek az aláírásnak a tulajdonságai különböznek a vízben vagy a szárazföldön szuszpendált szervezetek között, akárcsak a szokásos fotoszintetizátorok esetében. Ha a retina-alapú fototrofok elég nagy mennyiségben léteznének egy exoplaneton, akkor ez az aláírás beágyazódna a bolygó visszatükrözött fény spektrumába, és potenciálisan megfigyelhetõ lesz a jövõbeli fejlett ûrtávcsövekkel (amelyek VRE-t, oxigént, metánt és egyéb potenciális bioszférák is). ”
Az elkövetkező években az exoplanetek jellemzésének képessége drasztikusan javul az olyan új generációs távcsövek révén, mint a James Webb Űrtávcső (JWST), az Rendkívül nagy távcső (ELT), a Harminc méteres távcső és az Óriás Magellan-távcső ( GMT). Ezekkel a hozzáadott képességekkel és a várakozási lehetőségek nagyobb választékával a „potenciálisan lakható” megnevezés új jelentést kaphat!
