Nájdenie potenciálne obývateľných planét mimo našej slnečnej sústavy nie je ľahká úloha. Zatiaľ čo počet potvrdených mimoslnečných planét vzrástol v posledných desaťročiach o skoky a hranice (3791 a počítanie!), Veľká väčšina sa zistila pomocou nepriamych metód. To znamená, že charakterizácia atmosfér a povrchových podmienok týchto planét bola vecou odhadov a vzdelaných odhadov.
Podobne vedci hľadajú podmienky podobné tým, ktoré existujú na Zemi, pretože Zem je jediná planéta, o ktorej vieme, že podporuje život. Ako však uviedlo veľa vedcov, podmienky Zeme sa postupom času dramaticky zmenili. A v nedávnej štúdii pár vedcov tvrdí, že jednoduchšia forma fotosyntetických foriem života môže predchádzať tým, ktoré sa spoliehajú na chlorofyl, čo by mohlo mať drastické implikácie v honbe za obývateľnými exoplanetami.
Ako uvádzajú vo svojej štúdii, ktorá sa nedávno objavila v USA Medzinárodný denník astronómie, zatiaľ čo pôvod života ešte stále nie je úplne objasnený, všeobecne sa dohodlo, že život vznikol pred 3,7 až 4,1 miliardami rokov (počas neskorého hadejského obdobia alebo skorého Archean Eon). V tomto období bola atmosféra radikálne odlišná od atmosféry, ktorú poznáme a závisí od dnešného dňa.
Skôr než bola zložená primárne z dusíka a kyslíka (~ 78%, respektíve 21%, pričom stopové plyny tvorili zvyšok), bola počiatočná atmosféra Zeme kombináciou oxidu uhličitého a metánu. A potom, približne pred 2,9 až 3 miliardami rokov, sa objavili fotosyntetizujúce baktérie, ktoré začali obohacovať atmosféru plynným kyslíkom.
Kvôli týmto a ďalším faktorom zažila Zem asi pred 2,3 miliardami rokov tzv. Veľkú oxidačnú udalosť, ktorá natrvalo zmenila atmosféru našej planéty. Napriek tomuto všeobecnému konsenzu zostáva proces a časový plán, v ktorom sa organizmy vyvinuli na premenu slnečného žiarenia na chemickú energiu pomocou chlorofylu, stále predmetom veľkého hádania.
Podľa štúdie, ktorú vykonali Shiladitya DasSarma, a Dr. Edward Schwieterman, profesor molekulárnej biológie na University of Maryland, respektíve astrobiológ na UC Riverside, však môže predchádzať chlorofylu iný typ fotosyntézy. Ich teória, známa ako „Fialová zem“, je taká, že organizmy, ktoré vykonávajú fotosyntézu pomocou sietnice (purpurový pigment), sa objavili na Zemi pred tými, ktoré používajú chlorofyl.
Táto forma fotosyntézy dnes na Zemi stále prevláda a má tendenciu dominovať v hypersalínových prostrediach - t. J. Na miestach, kde sú koncentrácie solí obzvlášť vysoké. Fotosyntéza závislá od sietnice je navyše oveľa jednoduchší a menej efektívny proces. Z týchto dôvodov DasSarma a Schwieterman zvažovali možnosť, že fotosyntéza na báze sietnice sa mohla vyvinúť skôr.
Ako povedal profesor DasSarma spoločnosti Space Magazine e-mailom:
„Sietnica je v porovnaní s chlorofylom relatívne jednoduchá chemikália. Má izoprenoidovú štruktúru a existujú dôkazy o prítomnosti týchto zlúčenín na začiatku Zeme už pred 2,5 až 3,7 miliardami rokov. Absorpcia sietnice sa vyskytuje v žlto-zelenej časti viditeľného spektra, kde sa nachádza veľa slnečnej energie, a je doplnkom absorpcie chlorofylu v priľahlých modrých a červených oblastiach spektra. Fototrofia na báze sietnice je oveľa jednoduchšia ako fotosyntéza závislá od chlorofylu, čo vyžaduje len premenu proteínov sietnice, membránového vezikula a ATP syntázy na premenu svetelnej energie na chemickú energiu (ATP). Zdá sa byť rozumné, že jednoduchšia fotosyntéza závislá od sietnice sa vyvinula skôr ako komplexnejšia fotosyntéza závislá od chlorofylu. “
Ďalej predpokladali, že výskyt týchto organizmov by nastal krátko po vývoji bunkového života, čo je skorý prostriedok na výrobu bunkovej energie. Vývoj fotosyntézy chlorofylu sa preto mohol považovať za ďalší vývoj, ktorý sa vyvinul spolu s jeho predchodcom, pričom obe vyplnili určité medzery.
„Retrofia závislá fototropia sa používa na protónové pumpovanie poháňané svetlom, čo vedie k transmembránovému gradientu protónov,“ uviedol DasSarma. „Protónový motívový gradient môže byť chemiosmoticky spojený s syntézou ATP. Nebolo však zistené, že by súvisel s fixáciou C alebo produkciou kyslíka v existujúcich (moderných) organizmoch, napríklad v rastlinách a cyanobaktériách, ktoré používajú chlorofylové pigmenty pre oba tieto procesy počas etáp fotosyntézy. “
„Ďalším veľkým rozdielom je svetelné spektrum absorbované chlorofylami a rodopsínmi (na báze sietnice),“ dodáva Schwieterman. "Zatiaľ čo chlorofyly absorbujú najsilnejšie v modrej a červenej časti vizuálneho spektra, bakteriorodopsín absorbuje najsilnejšie v zeleno-žltej."
Takže zatiaľ čo fotosyntetické organizmy riadené chlorofylom absorbujú červené a modré svetlo a odrážajú zelené, organizmy poháňané sietnicou absorbujú zelené a žlté svetlo a odrážajú fialovú farbu. Zatiaľ čo spoločnosť DaSarma v minulosti navrhovala existenciu takýchto organizmov, ona a Schwietermanova štúdia skúmali možné dôsledky, ktoré by mohla mať „Purple Earth“ pri hľadaní obývateľných extra solárnych planét.
Vďaka desaťročiam pozorovania Zeme vedci pochopili, že zelenú vegetáciu je možné identifikovať z vesmíru pomocou tzv. Vegetácie Red Edge (VRE). Tento jav sa týka toho, ako zelené rastliny absorbujú červené a žlté svetlo, zatiaľ čo odrážajú zelené svetlo, a zároveň jasne žiaria na infračervených vlnových dĺžkach.
Pri pohľade z vesmíru pomocou širokopásmovej spektroskopie sú preto veľké koncentrácie vegetácie identifikovateľné na základe ich infračerveného podpisu. Rovnakú metódu navrhli mnohí vedci (vrátane Carla Sagana) na štúdium exoplanet. Jeho použiteľnosť by sa však obmedzila na planéty, ktoré tiež vyvinuli fotosyntetické rastliny poháňané chlorofylom a ktoré sú distribuované na významnej časti planéty.
Fotosyntetické organizmy sa okrem toho vyvinuli iba v relatívne nedávnej histórii Zeme. Zatiaľ čo Zem existuje zhruba 4,6 miliardy rokov, zelené vaskulárne rastliny sa začali objavovať až pred 470 miliónmi rokov. Výsledkom by bolo, že prieskumy exoplanet, ktoré hľadajú zelenú vegetáciu, dokážu nájsť iba obývateľné planéty, ktoré sú ďaleko vo svojom vývoji. Ako vysvetlil Schwieterman:
„Naša práca sa týka podskupiny exoplanet, ktoré môžu byť obývateľné a ktorých spektrálne podpisy by sa jedného dňa mohli analyzovať na známky života. VRE ako biologický podpis je informovaný iba jedným typom organizmu - fotosyntetizátormi produkujúcimi kyslík, ako sú rastliny a riasy. Tento typ života je dnes na našej planéte dominantný, ale nebol to vždy tak a nemusí byť prípadom všetkých exoplanet. Aj keď očakávame, že život niekde inde bude mať niektoré univerzálne vlastnosti, maximalizujeme naše šance na úspech pri hľadaní života tým, že zvážime rôzne vlastnosti, ktoré môžu mať organizmy inde. “
V tomto ohľade štúdia DeSharma a Schwietermana nie je na rozdiel od nedávnej práce Dr. Ramireza (2018) a Ramireza a Lisy Kalteneggerovej (2017) a ďalších výskumníkov. V týchto a iných podobných štúdiách vedci navrhli, aby sa koncept „obývateľnej zóny“ mohol rozšíriť tým, že sa vezme do úvahy, že zemská atmosféra bola kedysi veľmi odlišná od dnes.
Namiesto hľadania príznakov kyslíka a dusíka, plynu a vody, prieskumy mohli hľadať príznaky sopečnej aktivity (ktorá bola v dejinách Zeme oveľa rozšírenejšia), ako aj vodík a metán - ktoré boli dôležité pre včasné podmienky na Zemi. Podobne by podľa Schwietermana mohli hľadať purpurové organizmy pomocou metód, ktoré sú podobné tým, ktoré sa používajú na monitorovanie vegetácie tu na Zemi:
„Zber sietnice svetla, o ktorom diskutujeme v našom dokumente, by vytvoril podpis odlišný od VRE. Zatiaľ čo vegetácia má výrazný „červený okraj“, ktorý je spôsobený silnou absorpciou červeného svetla a odrazom infračerveného svetla, bakteriofodopíny purpurovej membrány absorbujú najsilnejšie zelené svetlo a vytvárajú „zelený okraj“. Charakteristiky tohto podpisu sa líšia medzi organizmami suspendovanými vo vode alebo na súši, rovnako ako v prípade bežných fotosyntetizátorov. Keby na exoplanete existovali fototrofy na báze sietnice v dostatočnom množstve, tento podpis by bol zabudovaný do odrazeného svetelného spektra tejto planéty a mohol by byť videný budúcimi vyspelými vesmírnymi teleskopmi (ktoré by tiež hľadali VRE, kyslík, metán a ďalšie potenciálne biologické podpisy). ““
V nadchádzajúcich rokoch sa naša schopnosť charakterizovať exoplanety dramaticky zlepší vďaka ďalekohľadom novej generácie, ako je James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope a Giant Magellan Telescope ( GMT). S týmito pridanými schopnosťami a väčším rozsahom toho, čo treba hľadať, by označenie „potenciálne obývateľný“ mohlo nadobudnúť nový význam!
