Surasti potencialiai gyvenamas planetas už Saulės sistemos ribų nėra lengva. Nors patvirtintų ne Saulės planetų skaičius pastaraisiais dešimtmečiais augo labai sparčiai (3791 ir skaičiuojant!), Didžioji dauguma jų buvo aptikta naudojant netiesioginius metodus. Tai reiškia, kad šių planetų atmosferos ir paviršiaus sąlygų apibūdinimas buvo vertinimų ir pagrįstų spėlionių dalykas.
Taip pat mokslininkai ieško sąlygų, panašių į tai, kas egzistuoja čia Žemėje, nes Žemė yra vienintelė planeta, kurią mes žinome ir palaiko gyvybę. Tačiau, kaip nurodė daugelis mokslininkų, laikui bėgant Žemės sąlygos dramatiškai pasikeitė. Neseniai atliktame tyrime pora tyrėjų tvirtina, kad paprastesnė fotosintezės forma gali vykti anksčiau nei tie, kurie remiasi chlorofilu - tai gali turėti drastiškų padarinių medžiojant gyvenamąsias egzoplanetas.
Kaip jie teigia savo tyrime, kuris neseniai pasirodė Tarptautinis astronomijos žurnalas, nors gyvenimo ištakos vis dar nėra iki galo suprantamos, paprastai sutariama, kad gyvenimas atsirado prieš 3,7–4,1 milijardo metų (vėlyvojo Hadeano ar ankstyvojo Archeano eono metu). Tuo metu atmosfera kardinaliai skyrėsi nuo mums žinomos ir priklauso nuo šiandien.
Ankstyva Žemės atmosfera buvo sudaryta iš azoto ir deguonies (atitinkamai ~ 78% ir 21%, o likusias dalis sudaro pėdsakai). Ankstyvoji Žemės atmosfera buvo anglies dioksido ir metano derinys. Ir tada, maždaug prieš 2,9–3 milijardus metų, atsirado fotosintetinančių bakterijų, kurios pradėjo praturtinti atmosferą deguonies dujomis.
Dėl šio ir kitų veiksnių Žemė prieš maždaug 2,3 milijardo metų patyrė tai, kas vadinama „Didžiuoju oksidacijos įvykiu“, kuris visam laikui pakeitė mūsų planetos atmosferą. Nepaisant bendro sutarimo, procesas ir laikas, per kuriuos organizmai evoliucionavo saulės šviesą paversdami chemine energija, naudodami chlorofilą, vis dar spėlioja.
Tačiau, remiantis tyrimais, kuriuos atliko Shiladitya DasSarma, ir dr. Edwardas Schwietermanas - atitinkamai Merilando universiteto molekulinės biologijos profesorius ir atitinkamai UC Riverside astrobiologas -, kitokio tipo fotosintezė gali vykti prieš chlorofilą. Jų teorija, vadinama „purpurine žeme“, yra tai, kad organizmai, atliekantys fotosintezę naudojant tinklainę (purpurinį pigmentą), atsirado Žemėje prieš tuos, kurie naudoja chlorofilą.
Ši fotosintezės forma vis dar vyrauja Žemėje ir šiandien vyrauja hipersalininėje aplinkoje - t. Y. Vietose, kur druskos koncentracija yra ypač didelė. Be to, nuo tinklainės priklausoma fotosintezė yra daug paprastesnis ir mažiau efektyvus procesas. Dėl šių priežasčių DasSarma ir Schwietermanas apsvarstė galimybę, kad tinklainės fotosintezė galėjo įvykti greičiau.
Kaip profesorius DasSarma pasakojo „Space Magazine“ el. Paštu:
Tinklainė yra gana paprasta cheminė medžiaga, palyginti su chlorofilu. Jis turi izoprenoidinę struktūrą ir yra duomenų apie šių junginių buvimą ankstyvojoje Žemėje, jau prieš 2,5–3,7 milijardo metų. Tinklainės absorbcija vyksta geltonai žalioje matomo spektro dalyje, kurioje yra daug saulės energijos, ir tai papildo chlorofilo absorbciją besiribojančiose mėlynoje ir raudonojoje spektro dalyse. Tinklainės pagrindu sukurta fototrofija yra daug paprastesnė nei nuo chlorofilo priklausoma fotosintezė, kuriai šviesos energiją paversti chemine energija (ATP) reikia tik su tinklainės baltymais, membranine pūsleline ir ATP sintaze. Atrodo pagrįsta, kad paprastesnė nuo tinklainės priklausoma fotosintezė išsivystė anksčiau nei sudėtingesnė nuo chlorofilo priklausoma fotosintezė. “
Jie taip pat pateikė hipotezę, kad šie organizmai, kaip ankstyva priemonė gaminti ląstelių energiją, galėtų atsirasti netrukus po ląstelių gyvenimo vystymosi. Taigi chlorofilo fotosintezės evoliucija gali būti vertinama kaip vėlesnė raida, kuri vystėsi kartu su savo pirmtaku, abu užpildydami tam tikras nišas.
„Nuo tinklainės priklausoma fototrofija yra naudojama šviesos implantuojamiems protonų siurbliams, dėl kurių susidaro transmembraninis protono-motyvo gradientas“, - sakė „DasSarma“. „Protono-motyvo gradientas gali būti chemiosmotiškai susijęs su ATP sinteze. Tačiau nenustatyta, kad jis būtų susijęs su C-fiksacija ar deguonies gamyba egzistuojančiuose (šiuolaikiniuose) organizmuose, pavyzdžiui, augaluose ir melsvabakterėse, kurios abiejuose procesuose naudoja chlorofilo pigmentus fotosintezės metu. “
„Kitas didelis skirtumas yra šviesos spektras, absorbuotas chlorofilų ir (tinklainės pagrindu) rodopsinų“, - pridūrė Schwietermanas. „Nors chlorofilai stipriausiai absorbuoja mėlynąją ir raudonąją regos spektro dalis, bakteriotertopsinas stipriausiai absorbuoja žaliai geltoną“.
Taigi, kai chlorofilo sukeliami fotosintetiniai organizmai sugeria raudoną ir mėlyną šviesą ir atspindi žalią, tinklainės organizmai sugeria žalią ir geltoną šviesą ir atspindi violetinę. Nors „DaSarma“ praeityje pasiūlė tokių organizmų egzistavimą, jos ir Schwietermano tyrimas apžvelgė galimas pasekmes, kurias „purpurinė žemė“ gali turėti medžiojant gyvenamąsias ne Saulės planetas.
Dėl dešimtmečius trukusio Žemės stebėjimo mokslininkai suprato, kad žalią augaliją galima atpažinti iš kosmoso, naudojant vadinamąjį Vegetation Red Edge (VRE). Šis reiškinys reiškia, kaip žali augalai sugeria raudoną ir geltoną šviesą, tuo pačiu atspindėdami žalią šviesą, tuo pačiu metu ryškiai švytėdami infraraudonųjų bangų ilgiais.
Taigi, žiūrint iš kosmoso, naudojant plačiajuosčio ryšio spektroskopiją, didelę augalijos koncentraciją galima nustatyti pagal jų infraraudonųjų spindulių signalą. Tą patį metodą pasiūlė daugelis mokslininkų (įskaitant Carlą Saganą) egzoplanetų tyrimams. Tačiau jį būtų galima pritaikyti tik tose planetose, kuriose taip pat yra išsivystę chlorofilo varomi fotosintetiniai augalai ir kurios yra pasiskirstę didelėje dalyje planetos.
Be to, fotosintetiniai organizmai vystėsi tik palyginti nesenoje Žemės istorijoje. Žemė egzistavo maždaug 4,6 milijardo metų, o žali kraujagyslių augalai atsirado tik prieš 470 milijonų metų. Dėl to egzoplanetų tyrimais, kuriuose ieškoma žaliosios augalijos, būtų galima rasti tik tokias gyvenamas planetas, kurios yra toli savo evoliucija. Kaip paaiškino Schwietermanas:
„Mūsų darbas yra susijęs su egzoplanetų, kurios gali būti gyvenamosios vietos, pogrupiu, kurių spektrinius parašus vieną dieną būtų galima išanalizuoti, ar nėra gyvybės ženklų. VRE kaip biosignaciją informuoja tik vienas organizmo tipas - deguonį gaminantys fotosintezatoriai, pavyzdžiui, augalai ir dumbliai. Ši gyvybės rūšis šiandien vyrauja mūsų planetoje, tačiau ne visada tai buvo ir gali būti ne visose egzoplanetose. Nors mes tikimės, kad gyvenimas kitur turės tam tikrų universalių savybių, mes maksimaliai padidiname savo galimybes sėkmingai ieškoti gyvenimo, atsižvelgdami į įvairias organizmų savybes, kurias gali turėti kur nors kitur. “
Šiuo atžvilgiu DeSharmos ir Schwietermano tyrimas neprilygsta naujausiems dr. Ramirez (2018) ir Ramirez ir Lisa Kaltenegger (2017) bei kitų tyrėjų darbui. Šiuose ir kituose panašiuose tyrimuose mokslininkai pasiūlė išplėsti „gyvenamosios zonos“ sąvoką atsižvelgiant į tai, kad Žemės atmosfera kadaise buvo labai kitokia nei dabar.
Taigi, užuot ieškę deguonies ir azoto dujų bei vandens požymių, tyrimai galėtų ieškoti vulkaninio aktyvumo požymių (kurie praeityje buvo daug labiau paplitę Žemėje), taip pat vandenilio ir metano, kurie buvo svarbūs ankstyvosiose Žemės sąlygose. Panašiai, pasak Schwietermano, jie galėjo ieškoti purpurinių organizmų, naudodamiesi metodais, kurie yra panašūs į tai, kas naudojama stebint augaliją čia Žemėje:
„Tinklainės šviesos derliaus nuėmimas, apie kurį diskutuojame savo darbe, duotų parašą, kuris skirtųsi nuo VRE. Nors augmenija turi savitą „raudonąją briauną“, kurią sukelia stiprus raudonos šviesos sugertis ir infraraudonosios šviesos atspindėjimas, purpurinės membranos bakterioterapinsinai stipriausiai sugeria žalią šviesą ir sukuria „žalią kraštą“. Vandeniui ar sausumoje suspenduotiems organizmams, kaip ir įprastiems fotosintezatoriams, šio signalo savybės skirtis. Jei tinklainės pagrindu sukurti fototrofai egzistuotų pakankamai gausiai egzoplanetoje, šis parašas būtų įterptas į tos planetos atspindimo šviesos spektrą ir galėtų būti matomas būsimais pažengusiais kosminiais teleskopais (kurie taip pat ieškotų VRE, deguonies, metano ir kiti galimi bios parašai taip pat) “.
Ateinančiais metais mūsų sugebėjimas apibūdinti egzoplanetas bus dramatiškai pagerėjęs dėl naujos kartos teleskopų, tokių kaip Džeimso Webbo kosminis teleskopas (JWST), Ypač didelis teleskopas (ELT), Trisdešimties metrų teleskopas ir Milžiniškojo Magelano teleskopas ( GMT). Naudodamiesi šiomis papildomomis galimybėmis ir didesniu asortimentu, ko reikia ieškoti, žymėjimas „potencialiai tinkamas gyventi“ galėtų įgyti naują prasmę!
