Potentsiaalselt elavate planeetide leidmine väljaspool meie päikesesüsteemi pole lihtne ülesanne. Kui kinnitust leidnud päikesepoolsete planeetide arv on viimastel aastakümnetel hüppeliselt kasvanud (3791 ja arvestage veel!), On valdav enamus tuvastatud kaudsete meetoditega. See tähendab, et nende planeetide atmosfääri ja pinnatingimuste iseloomustamine on olnud hinnangute ja haritud oletamiste küsimus.
Samuti otsivad teadlased tingimusi, mis on sarnased siin Maal eksisteerivaga, kuna Maa on ainus planeet, mida me teame ja mis toetab elu. Kuid nagu paljud teadlased on märkinud, on Maa tingimused aja jooksul dramaatiliselt muutunud. Ja hiljutises uuringus väidavad paar teadlast, et fotosünteetiliste eluvormide lihtsam vorm võib eelneda klorofüllil põhinevatele eluvormidele - millel võib olla elamisväärsete eksoplaneetide jahipidamisel drastiline mõju.
Nagu nad väidavad oma uuringus, mis ilmus hiljuti Rahvusvaheline astronoomiaajakiri, kuigi elu päritolu pole endiselt täielikult mõistetav, on üldiselt kokku lepitud, et elu tekkis vahemikus 3,7–4,1 miljardit aastat tagasi (hilise Hadeani või varase Arheani ajal). Sel ajal oli atmosfäär kardinaalselt erinev sellest, mida me teame, ja sõltub sellest tänapäeval.
Selle asemel, et koosneda peamiselt lämmastikust ja hapnikust (vastavalt ~ 78% ja 21%, millest ülejäänu moodustavad jäljendusgaasid), oli Maa varases atmosfääris süsinikdioksiidi ja metaani segu. Ja siis, umbes 2,9–3 miljardit aastat tagasi, ilmusid fotosünteesivad bakterid, mis hakkasid atmosfääri hapnikuga rikastama.
Selle ja muude tegurite tõttu koges Maa umbes 2,3 miljardit aastat tagasi nn suurt oksüdatsiooniüritust, mis muutis meie planeedi atmosfääri püsivalt. Vaatamata sellele üldisele üksmeelele, on protsesside ja ajakava, mille käigus organismid arenesid, et muuta päikesevalgus klorofülli abil keemiliseks energiaks, endiselt palju arvata.
Shiladitya DasSarma ja dr Edward Schwietermani - vastavalt Marylandi ülikooli molekulaarbioloogia professori ja UC Riverside'i astrobioloogi - tehtud uuringu kohaselt võib klorofülli eeldada teist tüüpi fotosüntees. Nende teooria, mida nimetatakse lillaks maaks, on, et võrkkesta (lilla pigment) abil fotosünteesi läbi viivad organismid tekkisid Maal enne klorofülli kasutavaid organisme.
See fotosünteesi vorm on Maal endiselt levinud ja kipub domineerima hüpersaliinsetes keskkondades - st kohtades, kus soolade kontsentratsioon on eriti kõrge. Lisaks on võrkkestast sõltuv fotosüntees palju lihtsam ja vähem tõhus protsess. Neil põhjustel kaalusid DasSarma ja Schwieterman võimalust, et võrkkestapõhine fotosüntees võib olla arenenud varem.
Nagu professor DasSarma ütles ajakirjale Space Magazine:
“Võrkkest on võrreldes klorofülliga suhteliselt lihtne kemikaal. Sellel on isoprenoidne struktuur ja on tõendeid nende ühendite olemasolu kohta varakult Maal, juba 2,5-3,7 miljardit aastat tagasi. Võrkkesta neeldumine toimub nähtava spektri kollakasrohelises osas, kus leidub palju päikeseenergiat, ja see täiendab klorofülli neeldumist spektri külgnevas sinises ja punases piirkonnas. Võrkkestapõhine fototroofia on palju lihtsam kui klorofüllist sõltuv fotosüntees, selleks et valgusenergia keemiliseks energiaks (ATP) muundada oleks vaja ainult võrkkesta valke, membraanvesiikulit ja ATP süntaasi. Näib mõistlik, et lihtsam võrkkestast sõltuv fotosüntees arenes välja varem kui keerukam klorofüllist sõltuv fotosüntees. ”
Lisaks püstitasid nad hüpoteesi, et nende organismide teke on varane vahend raku energia tootmiseks juba varsti pärast rakuelu arengut. Seetõttu võiks klorofülli fotosünteesi arengut pidada järgnevaks arenguks, mis arenes välja koos oma eelkäijaga, täites mõlemad teatud nišše.
"Valgusjuhitava prootoni pumpamiseks kasutatakse võrkkestast sõltuvat fototroofiat, mille tulemuseks on transmembraanne prootoni-motiivi gradient," ütles DasSarma. „Prooton-motiivgradient võib olla ATP sünteesiga seotud kemio-sümiootiliselt. Siiski ei ole leitud, et see oleks seotud C-fikseerimise või hapniku tootmisega olemasolevates (kaasaegsetes) organismides, nagu näiteks taimedes ja sinivetikates, kus kasutatakse fotosünteesi etappides klorofülli pigmente mõlemas protsessis. ”
"Teine suur erinevus on klorofüllide ja (võrkkestapõhiste) rodopsiinide neeldumise valgusspekter," lisas Schwieterman. "Kui klorofüllid absorbeerivad kõige tugevamalt visuaalspektri sinises ja punases osas, siis bakteriaalnehodopsiin imendub kõige tugevamalt rohekas-kollases."
Ehkki klorofülli juhitavad fotosünteetilised organismid neelaksid punast ja sinist valgust ning peegeldaksid rohelist, võrkkesta juhitavad organismid neelaksid rohelist ja kollast valgust ning peegeldaksid lillat värvi. Kuigi DaSarma on varem selliste organismide olemasolu soovitanud, vaadeldi tema ja Schwietermani uurimuses võimalikke tagajärgi, mis "lillasel maal" võivad olla elamiskõlblike päikeseväliste planeetide jahtimisel.
Tänu aastakümnete pikkusele Maa vaatlusele on teadlased mõistnud, et rohelist taimestikku saab kosmosest tuvastada, kasutades nn Vegetation Red Edge (VRE). See nähtus viitab sellele, kuidas rohelised taimed neelavad punast ja kollast valgust, peegeldades samas rohelist valgust, samal ajal helendades eredalt infrapunakiirguse lainepikkustel.
Kosmosest lairiba spektroskoopia abil vaadatuna on suured taimkatte kontsentratsioonid seetõttu infrapuna allkirja järgi tuvastatavad. Sama meetodit on paljud teadlased (sealhulgas Carl Sagan) pakkunud välja eksoplaneetide uurimiseks. Selle rakendatavus piirduks aga planeetidega, millel on arenenud ka klorofüllist juhitavad fotosünteesi taimed ja mis paiknevad olulise osa planeedist.
Lisaks arenesid fotosünteetilised organismid Maa suhteliselt hiljutises ajaloos. Kui Maa on eksisteerinud umbes 4,6 miljardit aastat, siis rohelised soontaimed ilmusid alles 470 miljonit aastat tagasi. Selle tulemusel suudaksid rohelist taimestikku otsivad eksoplaneetide uuringud leida vaid elamiskõlblikke planeete, mis on oma arengus kaugel. Nagu Schwieterman selgitas:
„Meie töö on seotud eksoplaneetide alamhulgaga, mis võivad olla elamiskõlblikud ja mille spektraalseid allkirju võiks ühel päeval elumärkide suhtes analüüsida. VRE kui biosignatuuri teavad vaid ühte tüüpi organismid - hapnikku tootvad fotosüntesaatorid, näiteks taimed ja vetikad. Seda tüüpi elu on meie planeedil tänapäeval domineeriv, kuid see ei olnud alati nii ja see ei pruugi kõigil eksoplaneetide puhul nii olla. Ehkki eeldame, et mujal elul on mingid universaalsed omadused, maksimeerime oma eluvõimaluste otsinguvõimalusi maksimaalselt, võttes arvesse organismide erinevaid omadusi mujal. "
Selles suhtes ei erine DeSharma ja Schwietermani uuring erinevalt dr Ramirezi (2018) ning Ramirezi ja Lisa Kalteneggeri (2017) ja teiste teadlaste hiljutisest tööst. Nendes ja teistes sarnastes uuringutes on teadlased teinud ettepaneku laiendada „elamiskõlbliku tsooni” kontseptsiooni, leides, et Maa atmosfäär oli kunagi väga erinev kui praegu.
Nii et hapniku, lämmastiku ja gaasi ning vee märkide otsimise asemel võiks uuringute abil otsida nii vulkaanilise aktiivsuse (mis oli Maa minevikus palju levinum) kui ka vesiniku ja metaani märke, mis olid olulised Maa varasemate tingimuste korral. Schwietermani sõnul võisid nad lillasid organisme otsida samamoodi, kasutades meetodeid, mis sarnanevad siin Maa peal taimestiku jälgimiseks kasutatavate meetoditega:
“Võrkkesta valguse koristamine, mida oma artiklis arutame, annaks VRE-st erineva allkirja. Kui taimestikul on eristatav punane serv, mis on põhjustatud punase valguse tugevast neeldumisest ja infrapunakiirguse peegeldumisest, siis lilla membraaniga bakteriomodopsiinid neelavad kõige tugevamalt rohelist valgust, tekitades nn rohelise serva. Selle signaali omadused erinevad vees või maismaal suspendeeritud organismide vahel nagu tavaliste fotosüntesaatorite puhul. Kui võrkkestapõhised fototroofid eksisteeriksid eksoplaneedil piisavalt suure arvukusega, kinnistataks see signaal selle planeedi peegeldunud valgusspektrisse ja seda võiksid tulevikus näha edasiarendatud kosmoseteleskoobid (mis otsiksid ka VRE, hapniku, metaani ja ka muud võimalikud biosignatuurid) ”.
Lähiaastatel paraneb meie võime eksoplaneete iseloomustada dramaatiliselt tänu järgmise põlvkonna teleskoopidele nagu James Webbi kosmoseteleskoop (JWST), erakordselt suur teleskoop (ELT), kolmekümnemeetrine teleskoop ja hiiglasliku Magellani teleskoop ( GMT). Nende lisavõimaluste ja suurema valikuga, mida võiksite otsida, võiks nimetus „potentsiaalselt elamiskõlblik” omandada uue tähenduse!
