Mahdollisesti asuttavien planeettojen löytäminen aurinkokunnan ulkopuolelle ei ole helppo tehtävä. Vaikka vahvistettujen aurinkoisten ulkopuolisten planeettojen lukumäärä on kasvanut harppauksin viime vuosikymmeninä (3791 ja lasketaan!), Suurin osa on havaittu epäsuorilla menetelmillä. Tämä tarkoittaa, että näiden planeettojen ilmakehän ja pintaolosuhteiden karakterisointi on ollut arvioiden ja koulutettujen arvausten asia.
Samoin tutkijat etsivät olosuhteita, jotka ovat samanlaisia kuin mitä täällä maan päällä on, koska Maa on ainoa tiedämme planeetta, joka tukee elämää. Mutta kuten monet tutkijat ovat todenneet, maan olosuhteet ovat muuttuneet dramaattisesti ajan myötä. Ja äskettäisessä tutkimuksessa pari tutkijaa väittää, että fotosynteettisten elämänmuotojen yksinkertaisempi muoto saattaa edeltää klorofylliin perustuvia muotoja - joilla voi olla rajuja vaikutuksia asutettavien eksoplaneettojen metsästykseen.
Kuten he toteavat tutkimuksessaan, joka ilmestyi äskettäin Kansainvälinen tähtitieteen lehti, vaikka elämän alkuperää ei vieläkään täysin ymmärretä, on yleisesti sovittu, että elämä syntyi 3,7–4,1 miljardia vuotta sitten (myöhään Hadean tai varhaisen arkeanisen kauden aikana). Tuolloin ilmapiiri oli radikaalisti erilainen kuin tunnemme ja riippuu tänään.
Sen sijaan, että se koostuisi pääasiassa typestä ja hapesta (~ 78% ja 21%, ja jälkikaasut muodostavat loput), Maan varhainen ilmapiiri oli yhdistelmä hiilidioksidia ja metaania. Ja sitten, noin 2,9 - 3 miljardia vuotta sitten, ilmaantui fotosyntetisoivia bakteereja, jotka alkoivat rikastaa ilmakehän happea kaasulla.
Tämän ja muiden tekijöiden takia Maa kokenut nk. 2,3 miljardia vuotta sitten kutsutun "suuren hapettumistapahtuman", joka muutti pysyvästi planeettamme ilmapiiriä. Tästä yleisestä yksimielisyydestä huolimatta prosessi ja aikataulu, joissa organismit kehittyivät muuntamaan auringonvalo kemialliseksi energiaksi klorofylliä käyttämällä, ovat edelleen arvaamisen kohteena.
Shiladitya DasSarman ja tohtori Edward Schwietermanin (Marylandin yliopiston molekyylibiologian professori ja UC Riverside astrobiologi) tutkimuksen mukaan erityyppinen fotosynteesi voi kuitenkin edeltä klorofylliä. Heidän teoriansa, joka tunnetaan nimellä "purppura maa", on, että organismit, jotka suorittavat fotosynteesiä verkkokalvon (violetti pigmentti) avulla, ilmestyivät maan päälle ennen niitä, jotka käyttävät klorofylliä.
Tämä fotosynteesin muoto on edelleen vallitseva maan päällä ja pyrkii dominoimaan hypersaliiniympäristöissä - ts. Paikoissa, joissa suolapitoisuudet ovat erityisen korkeat. Lisäksi verkkokalvosta riippuvainen fotosynteesi on paljon yksinkertaisempi ja vähemmän tehokas prosessi. Näistä syistä DasSarma ja Schwieterman katsoivat mahdollisuutta, että verkkokalvoon perustuva fotosynteesi olisi voinut kehittyä nopeammin.
Kuten professori DasSarma kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Verkkokalto on suhteellisen yksinkertainen kemikaali verrattuna klorofylliin. Sillä on isoprenoidinen rakenne ja on olemassa todisteita näiden yhdisteiden esiintymisestä varhaisessa maapallossa jo 2,5-3,7 miljardia vuotta sitten. Verkkokalvon absorptio tapahtuu näkyvän spektrin kelta-vihreässä osassa, josta löytyy paljon aurinkoenergiaa, ja se täydentää klorofyllin absorptiota spektrin viereisillä sinisillä ja punaisilla alueilla. Verkkokalvoon perustuva fototrofia on paljon yksinkertaisempaa kuin klorofyylistä riippuvainen fotosynteesi, ja se vaatii vain verkkokalvon proteiineja, kalvovesikkelin ja ATP-syntaasin valon energian muuntamiseksi kemialliseksi energiaksi (ATP). Vaikuttaa kohtuulliselta, että yksinkertaisempi verkkokalvosta riippuvainen fotosynteesi kehittyi aikaisemmin kuin monimutkaisempi klorofyyliriippuvainen fotosynteesi. "
Lisäksi he tekivät hypoteesin siitä, että näiden organismien esiintyminen olisi tullut pian solun elämän kehittymisen jälkeen varhaisena keinona tuottaa solun energiaa. Klorofyllifotosynteesin evoluutio voidaan näin ollen nähdä myöhempänä kehityksenä, joka kehittyi edeltäjänsä rinnalla, molemmat täyttämällä tietyt kapeat.
"Verkkokalteista riippuvaa fototrofiaa käytetään valonlähteessä olevaan protonipumppuun, mikä johtaa membraanin läpäisevään protoni-motiivigradientiin", sanoi DasSarma. ”Protoni-motiivigradientti voidaan kytkeä kemosmosoottisesti ATP-synteesiin. Sitä ei kuitenkaan ole havaittu liittyvän C-kiinnittymiseen tai hapen tuotantoon olemassa olevissa (nykyaikaisissa) organismeissa, kuten kasveissa ja syanobakteereissa, jotka käyttävät klorofyllipigmenttejä molemmissa näissä prosesseissa fotosynteesin vaiheissa. "
"Toinen suuri ero on klorofyllien ja (verkkokalvoon perustuvien) rodopsiinien absorboima valospektri", lisäsi Schwieterman. "Vaikka klorofyllit absorboivat voimakkaimmin visuaalisen spektrin sinisessä ja punaisessa osassa, bakteerimodopsiini imeytyy voimakkaimmin vihreänkeltaisessa."
Joten kun klorofyyliohjatut fotosynteettiset organismit absorboivat punaista ja sinistä valoa ja heijastavat vihreää, verkkokalvon ohjaamat organismit absorboivat vihreää ja keltaista valoa ja heijastavat purppuraa. Vaikka DaSarma on ehdottanut tällaisten organismien olemassaoloa aiemmin, hänen ja Schwietermanin tutkimuksessa tarkasteltiin mahdollisia vaikutuksia, jotka "purppuralla maalla" voisi olla asuttavien aurinkoisten ulkopuolisten planeettojen metsästyksessä.
Vuosikymmenien mittaisen maapallon havainnoinnin ansiosta tutkijat ovat ymmärtäneet, että vihreä kasvillisuus voidaan tunnistaa avaruudesta käyttämällä niin kutsuttua Vegetation Red Edge (VRE). Tämä ilmiö viittaa siihen, kuinka vihreät kasvit absorboivat punaista ja keltaista valoa heijastaen vihreää valoa, samalla kun hehkuvat kirkkaasti infrapuna-aallonpituuksilla.
Avaruudesta katsottuna laajakaista-spektroskopiaa käytettäessä suuret kasvillisuuden pitoisuudet ovat siten tunnistettavissa infrapunasignaalin perusteella. Monet tutkijat (mukaan lukien Carl Sagan) ovat ehdottaneet samaa menetelmää eksoplaneettojen tutkimiseksi. Sen sovellettavuus rajoittuisi kuitenkin planeetoihin, joissa on myös kehittynyt klorofyyliohjattuja fotosynteettisiä kasveja ja jotka jakautuvat merkittävän osan planeetasta.
Lisäksi fotosynteettiset organismit kehittyivät vasta Maan suhteellisen viimeaikaisessa historiassa. Maa on ollut noin 4,6 miljardia vuotta, mutta vihreät verisuonikasvit alkoivat ilmestyä vasta 470 miljoonaa vuotta sitten. Seurauksena vihreää kasvillisuutta etsivillä eksoplaneettatutkimuksilla voitaisiin löytää vain asumiskelpoisia planeettoja, jotka ovat kaukana kehityksestään. Kuten Schwieterman selitti:
”Työssämme on kyse eksoplaneettojen osajoukosta, joka voi olla asuttava ja jonka spektrisiä allekirjoituksia voitaisiin jonain päivänä analysoida elämän merkkien varalta. VRE-merkinnästä biosignatuurina ilmoittaa vain yksi organismityyppi - happea tuottavat fotosyntetisaattorit, kuten kasvit ja levät. Tämän tyyppinen elämä on hallitseva nykyään planeetallamme, mutta se ei aina ollut niin eikä välttämättä ole niin kaikilla eksoplaneetoilla. Vaikka odotammekin, että muualla elämässä on joitain yleismaailmallisia piirteitä, maksimoimme mahdollisuudet menestyä elämän etsinnässä ottamalla huomioon muualla mahdollisesti olevat organismit. "
Tässä suhteessa DeSharman ja Schwietermanin tutkimus ei ole toisin kuin Dr. Ramirezin (2018) sekä Ramirezin ja Lisa Kalteneggerin (2017) ja muiden tutkijoiden äskettäiset työt. Näissä ja muissa vastaavissa tutkimuksissa tutkijat ovat ehdottaneet, että ”asuttavan alueen” käsitettä voitaisiin laajentaa ottamalla huomioon, että maan ilmapiiri oli aikoinaan hyvin erilainen kuin nykyään.
Joten hapen ja typpikaasun ja veden merkintöjen etsimisen sijaan tutkimuksissa voitaisiin etsiä merkkejä tulivuoren toiminnasta (joka oli paljon enemmän vallinnut maapallon menneisyydessä) sekä vedystä ja metaanista - jotka olivat tärkeitä varhaisissa olosuhteissa maapallolla. Schwietermanin mukaan he voisivat suunnilleen samalla tavalla etsiä purppuraisia organismeja menetelmillä, jotka ovat samanlaisia kuin mitä käytetään maan kasvillisuuden seuraamiseen:
”Verkkokalvon valonkorjuu, josta puhumme paperissamme, tuottaisi allekirjoituksen, joka eroaa VRE: stä. Vaikka kasvillisuudella on erottuva ”punainen reuna”, joka johtuu punaisen valon voimakkaasta absorptiosta ja infrapunavalon heijastuksesta, purppuramembraaniset bakteerimodopsiinit absorboivat voimakkaimmin vihreää valoa tuottaen ”vihreän reunan”. Tämän allekirjoituksen ominaispiirteet eroaisivat veteen tai maahan suspendoituneiden organismien välillä, kuten tavallisten fotosyntetisaattoreidenkin kanssa. Jos verkkokalvoon perustuvia fototrofeja esiintyisi riittävän suurella määrällä eksoplaneettaa, tämä allekirjoitus upotettaisiin kyseisen planeetan heijastuvaan valonspektriin, ja sen voisi mahdollisesti nähdä tulevissa edistyneissä avaruusteleskoopeissa (jotka etsisivät myös VRE: tä, happea, metaania ja myös muut mahdolliset biosignatuurit). ”
Lähivuosina kykymme luonnehtia eksoplaneetteja paranee dramaattisesti seuraavan sukupolven teleskooppien, kuten James Webbin avaruusteleskoopin (JWST), Erittäin suuren teleskoopin (ELT), Kolmenkymmenen metrin teleskoopin ja jättiläisen Magellanin teleskoopin ( GMT). Näillä lisäominaisuuksilla ja suuremmalla valikoimalla mitä tulee olla etsimässä, nimitys ”mahdollisesti asuttava” voi saada uuden merkityksen!
