Проналажење планета за становање изван нашег Сунчевог система није лак задатак. Иако је број потврђених екстра-соларних планета порастао скоковима и границама последњих деценија (3791 и рачунајући!), Велика већина је откривена индиректним методама. То значи да је карактеризација атмосфере и површинских услова ових планета била ствар процена и образованих нагађања.
На сличан начин, научници траже услове сличне ономе што постоји овде на Земљи, јер је Земља једина планета о којој знамо да подржава живот. Али као што су многи научници навели, Земљини услови су се временом драматично променили. А у недавној студији, пар истраживача тврди да би једноставнији облик фотосинтетских животних облика могао да претходи ономе који се ослања на хлорофил - што би могло имати драстичне импликације у лову на егзопланете који су подстакнути.
Како наводе у својој студији, која се недавно појавила у Међународни часопис за астрономију, док порекло живота још увек није потпуно схваћено, опште је сложено да је живот настао пре 3,7 до 4,1 милијарде година (током касног хадејског или раног архејског еона). У то се време атмосфера радикално разликовала од оне какву познајемо и од које данас зависимо.
Уместо да се састоји углавном од азота и кисеоника (~ 78% и 21%, а гасови у траговима чине остатак), рана атмосфера Земље била је комбинација угљен-диоксида и метана. А онда, пре отприлике 2,9 до 3 милијарде година, појавиле су се фотосинтезирајуће бактерије које су почеле да обогаћују атмосферу гасом кисеоником.
Због овог и других фактора, Земља је доживела оно што је познато као „Велики оксидациони догађај“ пре око 2,3 милијарде година, што је трајно променило атмосферу наше планете. Упркос овом општем консензусу, поступак и временски оквир у којем су организми еволуирали како би претворили сунчеву светлост у хемијску енергију користећи хлорофил и даље су подложни многим нагађањима.
Међутим, према студији коју су спровели Схиладитиа ДасСарма, и др Едвард Сцхвиетерман - професор молекуларне биологије на Универзитету у Мариланду и астробиолог на УЦ Риверсидеу - различита врста фотосинтезе може да претходи хлорофилу. Њихова теорија, позната као "пурпурна земља", је да су се на Земљи појавили организми који проводе фотосинтезу помоћу мрежнице (љубичасти пигмент) прије оних који користе хлорофил.
Овај облик фотосинтезе и данас је распрострањен на Земљи и има тенденцију да доминира у хиперсалинским срединама - тј. Местима где су концентрације соли посебно високе. Поред тога, фотосинтеза ретине зависна од процеса је далеко једноставнији и мање ефикасан. Управо су из тих разлога ДасСарма и Сцхвиетерман размотрили могућност да се фотосинтеза заснована на мрежници можда еволуирала пре.
Као што је професор ДасСарма рекао за Спаце Магазине путем е-маила:
„Ретинал је релативно једноставна хемикалија у поређењу са хлорофилом. Има изопреноидну структуру и постоје докази о присуству ових једињења на раној Земљи, још пре 2,5-3,7 милијарди година. Апсорпција мрежнице јавља се у жуто-зеленом делу видљивог спектра, где се налази много сунчеве енергије, и она надопуњава апсорпцију хлорофила у бочним и црвеним областима спектра. Фототрофија заснована на мрежници много је једноставнија од фотосинтезе зависне од хлорофила, па су за претварање светлосне енергије у хемијску енергију (АТП) потребни само ретинални протеини, мембранска везикула и АТП синтаза. Чини се разумним да је једноставнија фотосинтеза овисна о мрежници еволуирала раније од сложенијих фотосинтеза зависних од хлорофила. "
Даље су изнели хипотезу да ће до настанка ових организама доћи убрзо након развоја ћелијског живота, као раног средства за производњу ћелијске енергије. Стога се еволуција фотосинтезе хлорофила може посматрати као каснији развој који се развијао упоредо са претходником, при чему обе испуњавају одређене нише.
„Фототрофија зависна од мрежнице користи се за протонско испумпавање са светлошћу, што резултира трансмембранским градијентним протонским мотивом“, рекао је ДасСарма. „Протон-мотив градијент може се хемиозмотски повезати са АТП синтезом. Међутим, није нађено да је повезан са Ц-фиксацијом или стварањем кисеоника у постојећим (модерним) организмима, попут биљака и цијанобактерија, који користе хлорофилне пигменте за оба ова процеса током фаза фотосинтезе. "
„Друга велика разлика је светлосни спектар који апсорбују хлорофили и родопини на бази ретине“, додао је Сцхвиетерман. „Док хлорофили апсорбују најјаче у плавом и црвеном делу визуелног спектра, бактериоходопсин најјаче апсорбује зелено-жуту боју.“
Дакле, док би фотосинтетски организми покретани хлорофилом апсорбовали црвену и плаву светлост и одсјавали зелену, организми вођени мрежницом би апсорбирали зелену и жуту светлост и рефлектирали љубичасту боју. Док је ДаСарма сугерисала постојање таквих организама у прошлости, она и Сцхвиетерманова студија проучавали су могуће импликације које би „пурпурна земља“ могла имати у лову на усељиве ван-соларне планете.
Захваљујући деценијама посматрања Земље, научници су схватили да се зелена вегетација може препознати из свемира помоћу онога што се назива Вегетацијски црвени руб (ВРЕ). Овај феномен се односи на то како зелене биљке апсорбују црвену и жуту светлост истовремено рефлектујући зелену светлост, а истовремено светлуцају јарко на инфрацрвеним таласним дужинама.
Гледано из свемира помоћу широкопојасне спектроскопије, велике концентрације вегетације су стога препознатљиве на основу њиховог инфрацрвеног потписа. Многи научници (укључујући и Царла Сагана) предложили су исту методу за проучавање егзопланета. Међутим, његова применљивост би била ограничена на планете које су такође еволуирале фотосинтетичке биљке под утицајем хлорофила и које су распоређене по значајном делу планете.
Поред тога, фотосинтетски организми су се развијали само у релативно новијој историји Земље. Док је Земља постојала отприлике 4,6 милијарди година, зелене васкуларне биљке тек су се почеле појављивати пре 470 милиона година. Као резултат тога, истраживања егзопланета која претражују зелену вегетацију успела би да пронађу планете које су погодне за живот у еволуцији. Као што је Сцхвиетерман објаснио:
„Наш рад се бави подмлатком егзопланета који могу бити усељиви и чији би се спектрални потписи једног дана могли анализирати на знакове живота. ВРЕ као биосигнатуру информише само једна врста организма - фотосинтезизатори који производе кисеоник, као што су биљке и алге. Ова врста живота данас влада на нашој планети, али није увек било тако и можда није случај на свим егзопланетима. Иако очекујемо да живот негде другде има неке универзалне карактеристике, максимизирамо своје шансе за успех у потрази за животом узимајући у обзир различите карактеристике које организми другде могу да имају. "
У том смислу, студија ДеСхарме и Сцхвиетермана није другачија од недавног рада др Рамиреза (2018) и Рамиреза и Лисе Калтенеггер (2017) и других истраживача. У овим и другим сличним истраживањима, научници су предложили да се појам "настањиве зоне" може проширити узимајући у обзир да је Земљина атмосфера некада била веома другачија него данас.
Уместо да траже знакове кисеоника и азотног гаса и воде, анкете би могле потражити знакове вулканске активности (која је била далеко више распрострањена у прошлости Земље), као и водоника и метана - који су били важни за ране услове на Земљи. На исти начин, према Сцхвиетерман-у, они би могли тражити љубичасте организме користећи методе сличне ономе који се користи за надгледање вегетације овде на Земљи:
„Скупљање мрежнице на мрежници о коме говоримо у нашем раду произвело би потпис различит од ВРЕ. Док вегетација има карактеристичан "црвени руб", узрокован снажном апсорпцијом црвене светлости и одразом инфрацрвене светлости, љубичасти мембрански бактеријеходопинови најјаче апсорбују зелено светло, стварајући "зелену ивицу". Карактеристике овог потписа разликовале би се између организама суспендованих у води или на копну, баш као и код обичних фотосинтезе. Да су фототрофи засновани на мрежници постојали у довољно великом обиму на егзопланети, овај би потпис био уграђен у рефлектирани светлосни спектар те планете и потенцијално би га могли видети будући напредни свемирски телескопи (који би такође тражили ВРЕ, кисеоник, метан и и друге потенцијалне биосигнаре). "
У наредним годинама наша способност да карактеришемо егзопланете драстично ће се побољшати захваљујући телескопима нове генерације попут свемирског телескопа Јамес Вебб (ЈВСТ), екстремно великог телескопа (ЕЛТ), телескопа 30 метара и телескопа дивова Магеллана ( ГМТ). Уз ове додатне могућности и већи опсег онога што треба пазити, ознака „потенцијално усељива“ могла би попримити ново значење!
