Potenciāli apdzīvojamu planētu atrašana ārpus mūsu Saules sistēmas nav viegls uzdevums. Lai gan pēdējās desmitgadēs apstiprināto ārpus saules planētu skaits ir pieaudzis par lēcieniem (3791 un skaita!), Lielākais vairums ir atklāti, izmantojot netiešas metodes. Tas nozīmē, ka šo planētu atmosfēras un virsmas apstākļu raksturojums ir bijis novērtējumu un pamatotu minējumu jautājums.
Tāpat zinātnieki meklē apstākļus, kas ir līdzīgi tiem, kas pastāv šeit uz Zemes, jo Zeme ir vienīgā planēta, kuru mēs zinām un kas atbalsta dzīvību. Bet, kā norādījuši daudzi zinātnieki, Zemes apstākļi laika gaitā ir dramatiski mainījušies. Un nesenā pētījumā pāris pētnieku apgalvo, ka vienkāršāka fotosintētisko dzīvības formu forma varētu būt pirms tām, kas balstās uz hlorofilu - kas varētu krasi ietekmēt apdzīvojamo eksoplanetu medības.
Kā viņi apgalvo savā pētījumā, kas nesen parādījās Starptautiskais astronomijas žurnāls, lai arī dzīves izcelšanās joprojām nav pilnībā izprotama, parasti tiek nolemts, ka dzīve radās pirms 3,7 līdz 4,1 miljardiem gadu (vēlā Hādeāna vai agrīnā Arhejas eona laikā). Šajā laikā atmosfēra radikāli atšķīrās no mums zināmās un ir atkarīga no mūsdienām.
Tā vietā, lai galvenokārt sastāv no slāpekļa un skābekļa (attiecīgi ~ 78% un 21%, pārējo veido gāzveida gāzes), Zemes agrīnā atmosfēra bija oglekļa dioksīda un metāna kombinācija. Un tad, aptuveni pirms 2,9 līdz 3 miljardiem gadu, parādījās fotosintēzes baktērijas, kas sāka bagātināt atmosfēru ar skābekļa gāzi.
Šī un citu faktoru dēļ Zeme pirms aptuveni 2,3 miljardiem gadu piedzīvoja tā saukto “Lielo oksidācijas notikumu”, kas neatgriezeniski mainīja mūsu planētas atmosfēru. Neskatoties uz šo vispārējo vienprātību, process un laika grafiks, kurā organismi attīstījās, lai pārvērstu saules gaismu ķīmiskajā enerģijā, izmantojot hlorofilu, joprojām ir daudz domājami.
Tomēr saskaņā ar pētījumu, ko veica Shiladitya DasSarma, un Dr Edvards Šveicemans - attiecīgi Merilendas universitātes molekulārās bioloģijas profesors un attiecīgi UC Riverside astrobiologs -, pirms hlorofila var parādīties atšķirīgs fotosintēzes veids. Viņu teorija, kas pazīstama kā “purpura zeme”, ir tāda, ka organismi, kas veic fotosintēzi, izmantojot tīklenes (purpursarkanu pigmentu), parādījās uz Zemes pirms tiem, kas izmanto hlorofilu.
Šāda veida fotosintēzes forma joprojām ir izplatīta uz Zemes mūsdienās, un tai ir tendence dominēt hipersalīnā vidē - t.i., vietās, kur sāls koncentrācija ir īpaši augsta. Turklāt no tīklenes atkarīgā fotosintēze ir daudz vienkāršāks un mazāk efektīvs process. Tieši šo iemeslu dēļ DasSarma un Schwieterman apsvēra iespēju, ka tīklenes fotosintēze varētu notikt ātrāk.
Kā profesors Dasarma pastāstīja Space Magazine pa e-pastu:
“Tīklene ir salīdzinoši vienkārša ķīmiska viela, salīdzinot ar hlorofilu. Tam ir izoprenoīda struktūra, un ir pierādījumi par šo savienojumu klātbūtni Zemes agrīnajā daļā, jau pirms 2,5-3,7 miljardiem gadu. Tīklenes absorbcija notiek redzamā spektra dzeltenīgi zaļajā daļā, kur tiek atrasta daudz saules enerģijas, un tā papildina hlorofila absorbciju blakus esošajos zilajos un sarkanajos spektra apgabalos. Tīklenes balstīta fototrofija ir daudz vienkāršāka nekā no hlorofila atkarīga fotosintēze, lai gaismas enerģiju pārveidotu ķīmiskajā enerģijā (ATP), nepieciešami tikai tīklenes proteīni, membrānas pūslīši un ATP sintāze. Šķiet pamatoti, ka vienkāršāka no tīklenes atkarīga fotosintēze attīstījās agrāk nekā sarežģītāka no hlorofila atkarīga fotosintēze. ”
Viņi arī izvirzīja hipotēzi, ka šo organismu parādīšanās būtu notikusi drīz pēc šūnu dzīves attīstības, jo tas ir agrīns šūnu enerģijas ražošanas līdzeklis. Tāpēc hlorofila fotosintēzes evolūciju var uzskatīt par turpmāku attīstību, kas attīstījās līdzās savam priekšgājējam, abiem aizpildot noteiktas nišas.
"No tīklenes atkarīgā fototrofija tiek izmantota gaismas virzītam protonu sūknēšanai, kā rezultātā veidojas transmembrāns protonu motīva gradients," sacīja DasSarma. “Protonu motīvā gradients var būt ķīmiski un emocionāli savienots ar ATP sintēzi. Tomēr nav konstatēts, ka tas būtu saistīts ar C-fiksāciju vai skābekļa ražošanu esošos (modernos) organismos, piemēram, augos un zilaļģēs, kurās fotosintēzes posmos abos šajos procesos izmanto hlorofila pigmentus. ”
"Otra liela atšķirība ir gaismas spektrs, ko absorbē hlorofīli un (uz tīklenes bāzes) rodopsīni," piebilda Šveitersmans. "Kamēr hlorofīli visspēcīgāk absorbējas redzes spektra zilajā un sarkanajā daļā, bakterioterodopsīns visspēcīgāk absorbējas zaļgandzeltenā krāsā."
Tā kā hlorofila vadītie fotosintētiskie organismi absorbētu sarkano un zilo gaismu un atspoguļotu zaļo, tīklenes vadītie organismi absorbētu zaļo un dzelteno gaismu un atspoguļotu purpursarkanu. Kaut arī DaSarma ir ierosinājusi šādu organismu pastāvēšanu pagātnē, viņas un Šveicera pētījumā tika apskatītas iespējamās sekas, ko “purpura zeme” varētu radīt apdzīvojamām ārpussaules planētām.
Pateicoties gadu desmitiem ilgajiem Zemes novērojumiem, zinātnieki ir sapratuši, ka zaļo veģetāciju var identificēt no kosmosa, izmantojot tā saukto Vegetation Red Edge (VRE). Šī parādība attiecas uz to, kā zaļie augi absorbē sarkano un dzelteno gaismu, vienlaikus atspoguļojot zaļo gaismu, tajā pašā laikā spilgti mirdzot infrasarkanā viļņa garumā.
Tāpēc, skatoties no kosmosa, izmantojot platjoslas spektroskopiju, lielas veģetācijas koncentrācijas ir identificējamas, pamatojoties uz to infrasarkano staru. To pašu metodi ir ierosinājuši daudzi zinātnieki (ieskaitot Karlu Saganu) eksoplanētu izpētei. Tomēr tā piemērojamība aprobežotos tikai ar planētām, kurās ir attīstījušies arī hlorofila vadīti fotosintēzes augi un kuras ir izplatītas ievērojamā planētas daļā.
Turklāt fotosintētiskie organismi attīstījās tikai salīdzinoši nesenā Zemes vēsturē. Kamēr Zeme pastāv aptuveni 4,6 miljardus gadu, zaļie asinsvadu augi sāka parādīties tikai pirms 470 miljoniem gadu. Rezultātā eksoplanētu apsekojumi, kas meklē zaļo veģetāciju, spētu atrast tikai apdzīvojamas planētas, kas ir tālu savā evolūcijā. Kā skaidroja Šveicers:
“Mūsu darbs ir saistīts ar eksoplanetu apakškopu, kas varētu būt apdzīvojama un kuras spektra parakstus kādu dienu varētu analizēt, lai noteiktu dzīvības pazīmes. Par VRE kā biosarakstu ir informēts tikai viens organismu tips - skābekli ražojoši fotosintezatori, piemēram, augi un aļģes. Šāda veida dzīvība šodien ir dominējoša uz mūsu planētas, taču tas tā nebija vienmēr un var nebūt visās eksoplanecēs. Kaut arī mēs sagaidām, ka citur dzīvei būs dažas universālas iezīmes, mēs maksimāli palielinām savas iespējas gūt panākumus dzīves meklējumos, ņemot vērā daudzveidīgās īpašības, kādas citur var būt organismi. ”
Šajā ziņā DeSharma un Schwieterman pētījums nav atšķirībā no nesenajiem Dr. Ramirez (2018) un Ramirez un Lisa Kaltenegger (2017) un citu pētnieku darbiem. Šajos un citos līdzīgos pētījumos zinātnieki ir ierosinājuši, ka “apdzīvojamās zonas” jēdzienu varētu paplašināt, uzskatot, ka Zemes atmosfēra kādreiz bija ļoti atšķirīga, nekā tā ir mūsdienās.
Tā vietā, lai meklētu skābekļa un slāpekļa gāzes un ūdens pazīmes, apsekojumos varēja meklēt vulkāniskās aktivitātes pazīmes (kas bija daudz izplatītākas Zemes pagātnē), kā arī ūdeņradi un metānu, kas bija svarīgi agrīnajos Zemes apstākļos. Gluži tāpat, pēc Švetermana teiktā, viņi varēja meklēt purpursarkanos organismus, izmantojot metodes, kas ir līdzīgas tām, kuras tiek izmantotas, lai uzraudzītu veģetāciju šeit uz Zemes:
“Tīklenes gaismas ieguve, ko mēs apspriežam mūsu dokumentā, radītu parakstu, kas atšķiras no VRE. Kamēr veģetācijai ir raksturīga “sarkanā mala”, ko izraisa spēcīga sarkanās gaismas absorbcija un infrasarkanās gaismas atstarošana, purpursarkanās membrānas bakterioteodopsīni visspēcīgāk absorbē zaļo gaismu, veidojot “zaļo malu”. Šī paraksta raksturlielumi atšķirsies starp organismiem, kas suspendēti ūdenī vai uz sauszemes, tāpat kā ar parastajiem fotosintezatoriem. Ja uz tīklenes balstīti fototrofi eksoplanetā būtu pietiekami lieli, šis paraksts tiktu iestrādāts šīs planētas atspoguļotajā gaismas spektrā un to potenciāli varētu redzēt ar nākamajiem uzlabotajiem kosmosa teleskopiem (kas arī meklētu VRE, skābekli, metānu un arī citi potenciālie bioparaksti). ”
Nākamajos gados mūsu spēja raksturot eksoplanetes dramatiski uzlabosies, pateicoties nākamās paaudzes teleskopiem, piemēram, Džeimsa Veba kosmiskajam teleskopam (JWST), Īpaši lielajam teleskopam (ELT), Trīsdesmit metru teleskopam un Milzu Magelāna teleskopam ( GMT). Izmantojot šīs pievienotās iespējas un plašāku to, kas jāmeklē, apzīmējums “potenciāli apdzīvojams” varētu iegūt jaunu nozīmi!
