Намирането на потенциално обитаеми планети извън нашата Слънчева система не е лесна задача. Въпреки че през последните десетилетия броят на потвърдените извън слънчеви планети нараства с скокове и граници (3791 и броене!), Огромното мнозинство са открити с помощта на косвени методи. Това означава, че характеризирането на атмосферата и повърхностните условия на тези планети е било въпрос на оценки и образовани предположения.
По подобен начин учените търсят условия, подобни на тези, които съществуват тук на Земята, тъй като Земята е единствената планета, за която знаем, че поддържа живота. Но както посочиха много учени, условията на Земята се промениха драстично с времето. И в скорошно проучване двойка изследователи твърдят, че по-опростена форма на фотосинтетични форми на живот може да предшества тези, които разчитат на хлорофила - което би могло да има драстични последици при лова на обитаеми екзопланети.
Както заявяват в своето проучване, което наскоро се появи в Международен журнал по астрономия, докато произходът на живота все още не е напълно разбран, общо взето е, че животът е възникнал между 3,7 и 4,1 милиарда години (по време на късния хаден или ранния архейски еон). По това време атмосферата беше коренно различна от тази, която познаваме и от която зависи днес.
Вместо да се състои предимно от азот и кислород (~ 78% и 21%, съответно с микроелементи, съставляващи останалата част), ранната атмосфера на Земята е била комбинация от въглероден диоксид и метан. И тогава, преди около 2,9 до 3 милиарда години, се появиха фотосинтезиращи бактерии, които започнаха да обогатяват атмосферата с кислороден газ.
Поради този и други фактори, Земята преживя това, известно като „Голямото окислително събитие“ преди около 2,3 милиарда години, което трайно промени атмосферата на нашата планета. Въпреки този общ консенсус, процесът и времевата линия, в които организмите са се развили, за да превърнат слънчевата светлина в химическа енергия, използвайки хлорофил, остават обект на много предположения.
Според проучването, проведено от Shiladitya DasSarma и д-р Edward Schwieterman - професор по молекулярна биология в Университета на Мериленд и астробиолог в UC Riverside, съответно - различен вид фотосинтеза може да предшества хлорофила. Тяхната теория, известна като "лилава земя", е, че организмите, провеждащи фотосинтеза, използвайки ретината (лилав пигмент), са се появили на Земята преди тези, които използват хлорофил.
Тази форма на фотосинтеза все още е разпространена на Земята днес и има тенденция да доминира в хиперсалинова среда - т.е. места, където концентрациите на сол са особено високи. В допълнение, фотосинтезата на ретината зависи от много по-опростен и по-малко ефективен процес. Именно поради тези причини DasSarma и Schwieterman считат възможността фотосинтезата на базата на ретината да се развие по-рано.
Както професор ДасСарма каза пред сп. Space Magazine по имейл:
„Ретиналът е сравнително прост химикал в сравнение с хлорофила. Той има изопреноидна структура и има доказателства за наличието на тези съединения на ранната Земя, още преди 2,5-3,7 милиарда години. Абсорбцията на ретината се осъществява в жълто-зелената част на видимия спектър, където се намира много слънчева енергия, и тя допълва абсорбцията на хлорофил в страничните сини и червени области на спектъра. Фототрофията на базата на ретината е много по-опростена от фотосинтезата, зависима от хлорофил, като се изискват само ретиналните протеини, мембранната везикула и АТФ синтазата да преобразуват светлинната енергия в химическа енергия (АТФ). Изглежда разумно, че по-простият ретинал-зависим фотосинтез се е развил по-рано от по-сложната фотосинтеза, зависима от хлорофила. "
Освен това те предположиха, че появата на тези организми щеше да дойде скоро след развитието на клетъчния живот, като ранно средство за производство на клетъчна енергия. Следователно развитието на фотосинтезата на хлорофила може да се разглежда като последващо развитие, което се развива заедно с предшественика му, като и двете запълват определени ниши.
„Фототрофията, зависима от ретината, се използва за протонно изпомпване на светлина, което води до трансмембранен протонно-мотивиращ градиент“, казва DasSarma. „Протонно-мотивният градиент може да бъде химиосмотично свързан с синтеза на АТФ. Въпреки това не е намерено свързано със С-фиксиране или производство на кислород в съществуващи (съвременни) организми, като например в растения и цианобактерии, които използват хлорофилни пигменти и за тези два процеса по време на етапите на фотосинтеза. "
„Другата голяма разлика е светлинният спектър, абсорбиран от хлорофили и (на базата на ретината) родопсини“, добави Швитерман. „Докато хлорофилите абсорбират най-силно в синята и червената част на визуалния спектър, бактериодопсопинът абсорбира най-силно в зелено-жълтия.“
Така че като има предвид, че фотосинтезираните организми, управлявани от хлорофил, биха абсорбирали червена и синя светлина и отразяват зелена, организмите, задвижвани от ретината, ще абсорбират зелена и жълта светлина и ще отразяват лилаво. Докато DaSarma предполагаше съществуването на такива организми в миналото, тя и проучването на Schwieterman разглеждаха възможните последици, които може да има „Purple Earth“ при лов на обитаеми извън слънчеви планети.
Благодарение на десетилетия наблюдения на Земята, учените разбраха, че зелената растителност може да бъде идентифицирана от космоса, като се използва нареченият Червен край на растителността (VRE). Това явление се отнася до това как зелените растения абсорбират червената и жълтата светлина, докато отразяват зелена светлина, като в същото време светят ярко при инфрачервени дължини на вълната.
Следователно от космоса, използващ широколентова спектроскопия, големите концентрации на растителност се идентифицират въз основа на техния инфрачервен подпис. Същият метод е предложен от много учени (включително Карл Сагън) за изследване на екзопланети. Приложимостта му обаче ще бъде ограничена до планети, които също са се развили с фотосинтетични растения, задвижвани от хлорофил, и които са разпространени върху значителна част от планетата.
В допълнение, фотосинтетичните организми се развиват само в сравнително скорошната история на Земята. Докато Земята съществува от около 4,6 милиарда години, зелените съдови растения започнаха да се появяват само преди 470 милиона години. В резултат на това проучванията на екзопланетите, които търсят зелена растителност, биха могли да намерят само обитаеми планети, които са далеч в своята еволюция. Както обясни Швитерман:
„Нашата работа е свързана с подмножеството от екзопланети, които могат да бъдат обитаеми и чиито спектрални подписи могат да бъдат анализирани един ден за признаци на живот. VRE като биосигнатура се информира само от един вид организъм - произвеждащи кислород фотосинтезатори като растения и водорасли. Този тип живот е доминиращ на нашата планета днес, но не винаги е било така и може да не е така на всички екзопланети. Въпреки че очакваме животът на други места да има някои универсални характеристики, ние увеличаваме максимално шансовете си за успех в търсенето на живот, като отчитаме разнообразните характеристики, които организмите другаде могат да имат. “
В това отношение изследването на DeSharma и Schwieterman не е различно от скорошната работа на д-р Рамирес (2018) и Рамирес и Лиза Калтенегер (2017) и други изследователи. В тези и други подобни изследвания учените са предложили концепцията за „обитаема зона“ да бъде разширена, като се има предвид, че атмосферата на Земята някога е била много по-различна, отколкото е днес.
Така че вместо да търсят признаци на кислород и азотен газ и вода, проучванията могат да търсят признаци на вулканична активност (която е била много по-разпространена в миналото на Земята), както и водород и метан - които са били важни за ранните условия на Земята. По същия начин, според Швитерман, те биха могли да търсят лилави организми, използвайки методи, подобни на тези, които се използват за наблюдение на растителността тук, на Земята:
„Светлинното събиране на ретината, за което говорим в нашия документ, би довело до подпис, различен от VRE. Докато растителността има отличителен "червен ръб", причинен от силно поглъщане на червена светлина и отразяване на инфрачервена светлина, лилавите мембранни бактериодопсосини абсорбират зелена светлина най-силно, произвеждайки "зелен ръб". Характеристиките на този подпис биха се различавали между организмите, суспендирани във вода или на сушата, точно както при обикновените фотосинтезатори. Ако фототрофите на базата на ретината съществуват с достатъчно голямо изобилие на екзопланета, този подпис ще бъде вграден в отразения светлинен спектър на тази планета и потенциално би могъл да бъде видян от бъдещи съвременни космически телескопи (които също биха търсили VRE, кислород, метан и др. други потенциални биосигнатури също). "
В следващите години способността ни да характеризираме екзопланетите ще се подобри драстично благодарение на телескопи от следващо поколение като космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST), изключително големия телескоп (ELT), телескопа на тридесет метра и телескопа Giant Magellan ( ЧАСОВА ЗОНА). С тези добавени възможности и по-голям набор от какво да бъдете нащрек, обозначението „потенциално обитаемо“ може да придобие ново значение!
