Găsirea planetelor potențial locuibile dincolo de sistemul nostru solar nu este o sarcină ușoară. În timp ce numărul planetelor extra-solare confirmate a crescut în trepte în ultimele decenii (3791 și numărător!), Marea majoritate au fost detectate prin metode indirecte. Aceasta înseamnă că caracterizarea atmosferelor și a condițiilor de suprafață ale acestor planete a fost o chestiune de estimări și ghiciri educate.
În mod similar, oamenii de știință caută condiții similare cu ceea ce există aici pe Pământ, deoarece Pământul este singura planetă pe care o cunoaștem care susține viața. Dar, după cum au indicat mulți oameni de știință, condițiile Pământului s-au schimbat dramatic de-a lungul timpului. Și într-un studiu recent, o pereche de cercetători susțin că o formă mai simplă de forme de viață fotosintetice poate preda cele care se bazează pe clorofilă - ceea ce ar putea avea implicații drastice în vânătoarea exoplanetelor locuibile.
După cum afirmă în studiul lor, care a apărut recent în documentul Revista internațională de astronomieDeși originile vieții încă nu sunt pe deplin înțelese, în general, este de acord că viața a apărut între 3,7 și 4,1 miliarde de ani în urmă (în perioada Hadeanului târziu sau a începutului Arhean Eon). În acest moment, atmosfera era radical diferită de cea pe care o cunoaștem și de care depindem astăzi.
În loc să fie compus în principal din azot și oxigen (~ 78% și, respectiv, 21%, cu urmele care constituie restul), atmosfera timpurie a Pământului a fost o combinație de dioxid de carbon și metan. Și apoi, în urmă cu aproximativ 2,9 - 3 miliarde de ani, au apărut bacterii fotosintetizante care au început să îmbogățească atmosfera cu gaz de oxigen.
Din cauza acestui și a altor factori, Pământul a experimentat ceea ce este cunoscut drept „Marele eveniment de oxidare” în urmă cu aproximativ 2,3 miliarde de ani, care a modificat permanent atmosfera planetei noastre. În ciuda acestui consens general, procesul și cronologia în care organismele au evoluat pentru a converti lumina soarelui în energie chimică folosind clorofilă rămân subiectul multor ghicitori.
Cu toate acestea, potrivit studiului realizat de Shiladitya DasSarma, și dr. Edward Schwieterman - profesor de biologie moleculară la Universitatea Maryland și, respectiv, astrobiolog la UC Riverside -, un tip diferit de fotosinteză poate preda clorofila. Teoria lor, cunoscută sub denumirea de „Purple Earth”, este aceea că organismele care efectuează fotosinteza folosind retinina (un pigment violet) au apărut pe Pământ înainte de cele care folosesc clorofilă.
Această formă de fotosinteză este încă prevalentă astăzi pe Pământ și tinde să domine în mediile hipersaline - adică în locuri unde concentrațiile de sare sunt deosebit de mari. În plus, fotosinteza dependentă de retină este un proces mult mai simplu și mai puțin eficient. Din aceste motive, DasSarma și Schwieterman au considerat posibilitatea ca fotosinteza bazată pe retină să fi evoluat mai devreme.
După cum a spus profesorul DasSarma Space Magazine prin e-mail:
„Retina este un produs chimic relativ simplu în comparație cu clorofila. Are o structură izoprenoidă și există dovezi pentru prezența acestor compuși pe Pământul timpuriu, încă de acum 2,5-3,7 miliarde de ani. Absorbția retinei are loc în partea galben-verde a spectrului vizibil în care se găsește multă energie solară și este complementară cu absorbția clorofilei în regiunile albastre și roșii flancare ale spectrului. Fototrofia bazată pe retină este mult mai simplă decât fotosinteza dependentă de clorofilă, necesitând doar proteinele retiniene, o vezicule de membrană și sintaza ATP pentru a converti energia lumină în energie chimică (ATP). Pare rezonabil faptul că fotosinteza mai simplă a retinei depinde de evoluția fotosintezei mai dependente de clorofilă. ”
În continuare, au emis ipoteza că apariția acestor organisme ar fi venit curând după dezvoltarea vieții celulare, ca un mijloc timpuriu de producere a energiei celulare. Evoluția fotosintezei clorofilei ar putea fi așadar văzută ca o dezvoltare ulterioară, care a evoluat alături de predecesorul său, ambele umplând anumite nișe.
„Fototrofia dependentă de retină este utilizată pentru pomparea de protoni condusă de lumină, ceea ce duce la un gradient de proton transmembrană”, a spus DasSarma. „Gradientul proton-motiv poate fi cuplat cu chimiozotică la sinteza ATP. Cu toate acestea, nu s-a găsit legat de fixarea C sau de producția de oxigen în organisme existente (moderne), ca în plante și cianobacterii, care folosesc pigmenți clorofilă pentru ambele procese în timpul etapelor fotosintezei. "
„Cealaltă mare diferență este spectrul luminos absorbit de clorofile și rodopsine (pe bază de retină)”, a adăugat Schwieterman. In timp ce clorofilele absorb cel mai puternic in partea albastra si rosie a spectrului vizual, bacteriorhodopsina se absoarbe cel mai puternic in galbenul verde.
Așadar, în timp ce organismele fotosintetice conduse de clorofilă ar absorbi lumina roșie și albastră și ar reflecta verdele, organismele antrenate de retină ar absorbi lumina verde și galbenă și ar reflecta violetul. În timp ce DaSarma a sugerat existența unor astfel de organisme în trecut, ea și studiul lui Schwieterman au analizat posibilele implicații pe care un „Pământ Purpur” le-ar putea avea în căutarea planetelor extra-solare locuibile.
Datorită deceniilor de observare a Pământului, oamenii de știință au înțeles că vegetația verde poate fi identificată din spațiu folosind ceea ce se numește Vegetation Red Edge (VRE). Acest fenomen se referă la modul în care plantele verzi absorb lumina roșie și galbenă în timp ce reflectă lumina verde, în timp ce strălucesc strălucitor la lungimile de undă în infraroșu.
Văzute din spațiu folosind spectroscopie în bandă largă, concentrații mari de vegetație sunt, prin urmare, identificabile pe baza semnăturii lor în infraroșu. Aceeași metodă a fost propusă de mulți oameni de știință (inclusiv Carl Sagan) pentru studiul exoplanetelor. Cu toate acestea, aplicabilitatea sa s-ar limita la planetele care au evoluat și plante fotosintetice conduse de clorofilă și care sunt distribuite pe o fracțiune semnificativă a planetei.
În plus, organismele fotosintetice au evoluat doar în istoria relativ recentă a Pământului. În timp ce Pământul există de aproximativ 4,6 miliarde de ani, plantele vasculare verzi au început să apară doar acum 470 de milioane de ani. Drept urmare, sondajele exoplanetelor care caută vegetația verde ar putea găsi doar planete locuibile care sunt departe în evoluția lor. După cum a explicat Schwieterman:
„Munca noastră este preocupată de subsetul exoplanetelor care pot fi locuibile și ale căror semnături spectrale ar putea fi analizate într-o zi pentru semnele de viață. VRE ca biosemnatură este informat doar de un singur tip de organism - fotosintetizatoare producătoare de oxigen precum plante și alge. Acest tip de viață este dominant pe planeta noastră astăzi, dar nu a fost întotdeauna așa și s-ar putea să nu fie cazul tuturor exoplanetelor. În timp ce ne așteptăm ca viața în alte părți să aibă anumite caracteristici universale, maximizăm șansele noastre de succes în căutarea vieții, luând în considerare diferitele caracteristici ale organismelor din altă parte. ”
În acest sens, studiul lui DeSharma și Schwieterman nu este diferit de lucrările recente ale Dr. Ramirez (2018) și Ramirez și Lisa Kaltenegger (2017) și alți cercetători. În aceste și alte studii similare, oamenii de știință au propus ca conceptul de „zonă locuibilă” să poată fi extins, considerând că atmosfera Pământului a fost cândva foarte diferită decât în prezent.
Așadar, în loc să caute semne de oxigen și azot gaz și apă, sondajele ar putea căuta semne de activitate vulcanică (care a fost mult mai răspândită în trecutul Pământului), precum și hidrogen și metan - care au fost importante pentru condițiile timpurii de pe Pământ. În același mod, potrivit lui Schwieterman, aceștia ar putea căuta organisme purpurii folosind metode care sunt similare cu cele utilizate pentru monitorizarea vegetației aici pe Pământ:
„Recoltarea luminii retiniene despre care discutăm în lucrarea noastră ar produce o semnătură distinctă de VRE. În timp ce vegetația are o „margine roșie” distinctivă, cauzată de absorbția puternică a luminii roșii și reflectarea luminii infraroșii, bacterioprodopsinele cu membrană purpură absorb cea mai puternică lumină verde, producând o „margine verde”. Caracteristicile acestei semnături ar diferi între organismele suspendate în apă sau pe uscat, la fel ca în cazul fotosintetizatoarelor obișnuite. Dacă fototrofele pe bază de retină ar exista într-o abundență suficient de mare pe un exoplanet, această semnătură ar fi încorporată în spectrul luminii reflectate al acelei planete și ar putea fi văzută de viitoarele telescoape spațiale avansate (care ar căuta și VRE, oxigen, metan și și alte biosemnaturi potențiale). "
În următorii ani, capacitatea noastră de a caracteriza exoplanetele se va îmbunătăți dramatic datorită telescoapelor de generație viitoare precum Telescopul spațial James Webb (JWST), Telescopul extrem de mare (ELT), Telescopul treizeci de metri și Telescopul gigant Magellan ( GMT). Cu aceste capacități adăugate și o gamă mai mare de aspecte care trebuie să fie în căutarea lor, desemnarea „potențial de locuit” ar putea lua un sens nou!
