Η εύρεση δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα δεν είναι εύκολη υπόθεση. Ενώ ο αριθμός των επιβεβαιωμένων πλανητών εκτός ηλιακής ενέργειας έχει αυξηθεί κατά τις τελευταίες δεκαετίες (3791 και μετράει!), Η συντριπτική πλειονότητα έχει εντοπιστεί χρησιμοποιώντας έμμεσες μεθόδους. Αυτό σημαίνει ότι ο χαρακτηρισμός της ατμόσφαιρας και των επιφανειακών συνθηκών αυτών των πλανητών υπήρξε ζήτημα εκτιμήσεων και μορφωμένων εικασιών.
Ομοίως, οι επιστήμονες αναζητούν συνθήκες παρόμοιες με αυτές που υπάρχουν εδώ στη Γη, καθώς η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε και υποστηρίζει τη ζωή. Αλλά όπως έχουν δείξει πολλοί επιστήμονες, οι συνθήκες της Γης έχουν αλλάξει δραματικά με την πάροδο του χρόνου. Και σε μια πρόσφατη μελέτη, ένα ζευγάρι ερευνητών υποστηρίζει ότι μια απλούστερη μορφή φωτοσυνθετικών μορφών ζωής μπορεί να προηγηθεί εκείνων που βασίζονται στη χλωροφύλλη - η οποία θα μπορούσε να έχει δραστικές επιπτώσεις στο κυνήγι κατοικήσιμων εξωπλανητών.
Όπως δηλώνουν στη μελέτη τους, η οποία εμφανίστηκε πρόσφατα στο Διεθνές περιοδικό Αστρονομίας, ενώ η προέλευση της ζωής δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή, είναι γενικά αποδεκτό ότι η ζωή προέκυψε μεταξύ 3,7 και 4,1 δισεκατομμυρίων ετών πριν (κατά τα τέλη του Hadean ή στις αρχές του Αρχαίου Eon). Αυτή τη στιγμή, η ατμόσφαιρα ήταν ριζικά διαφορετική από αυτήν που γνωρίζουμε και εξαρτάται από σήμερα.
Αντί να αποτελείται κυρίως από άζωτο και οξυγόνο (~ 78% και 21% αντίστοιχα, με ίχνη αερίων που αποτελούν το υπόλοιπο), η πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης ήταν ένας συνδυασμός διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου. Και τότε, περίπου 2,9 έως 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, εμφανίστηκαν βακτήρια φωτοσύνθεσης που άρχισαν να εμπλουτίζουν την ατμόσφαιρα με αέριο οξυγόνο.
Λόγω αυτού και άλλων παραγόντων, η Γη γνώρισε αυτό που είναι γνωστό ως «Μεγάλο Οξείδωση Εκδήλωση» πριν από 2,3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το οποίο άλλαξε μόνιμα την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Παρά αυτήν τη γενική συναίνεση, η διαδικασία και το χρονοδιάγραμμα στο οποίο οι οργανισμοί εξελίχθηκαν για να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε χημική ενέργεια χρησιμοποιώντας χλωροφύλλη παραμένει το αντικείμενο πολλών εικαστικών.
Ωστόσο, σύμφωνα με τη μελέτη που διενήργησε ο Shiladitya DasSarma και ο Δρ Edward Schwieterman - καθηγητής μοριακής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ και αστροβιολόγος στο UC Riverside, αντίστοιχα - ένας διαφορετικός τύπος φωτοσύνθεσης μπορεί να προηγηθεί της χλωροφύλλης. Η θεωρία τους, γνωστή ως «Μωβ Γη», είναι ότι οι οργανισμοί που κάνουν φωτοσύνθεση χρησιμοποιώντας αμφιβληστροειδή (μια μωβ χρωστική) εμφανίστηκαν στη Γη πριν από εκείνους που χρησιμοποιούν χλωροφύλλη.
Αυτή η μορφή φωτοσύνθεσης εξακολουθεί να είναι διαδεδομένη στη Γη σήμερα και τείνει να κυριαρχεί σε υπεραλίνα περιβάλλοντα - δηλαδή σε μέρη όπου οι συγκεντρώσεις αλατιού είναι ιδιαίτερα υψηλές. Επιπλέον, η φωτοσύνθεση που εξαρτάται από τον αμφιβληστροειδή είναι μια πολύ πιο απλή και λιγότερο αποτελεσματική διαδικασία. Για αυτούς τους λόγους ο DasSarma και ο Schwieterman εξέτασαν την πιθανότητα ότι η φωτοσύνθεση με βάση τον αμφιβληστροειδή μπορεί να έχει εξελιχθεί νωρίτερα.
Όπως είπε ο καθηγητής DasSarma στο Space Magazine μέσω email:
«Ο αμφιβληστροειδής είναι μια σχετικά απλή χημική ουσία σε σύγκριση με τη χλωροφύλλη. Έχει δομή ισοπρενοειδούς και υπάρχουν στοιχεία για την παρουσία αυτών των ενώσεων στην πρώιμη Γη, ήδη από 2,5-3,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Η απορρόφηση του αμφιβληστροειδούς συμβαίνει στο κιτρινοπράσινο τμήμα του ορατού φάσματος όπου βρίσκεται πολλή ηλιακή ενέργεια και είναι συμπληρωματική της απορρόφησης της χλωροφύλλης στις πλευρικές μπλε και κόκκινες περιοχές του φάσματος. Η φωτοτροφία με βάση τον αμφιβληστροειδή είναι πολύ απλούστερη από τη φωτοσύνθεση που εξαρτάται από τη χλωροφύλλη, που απαιτεί μόνο τις πρωτεΐνες του αμφιβληστροειδούς, ένα κυστίδιο μεμβράνης και μια συνθάση ATP για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια (ATP). Φαίνεται λογικό ότι η απλούστερη φωτοσύνθεση που εξαρτάται από τον αμφιβληστροειδή εξελίχθηκε νωρίτερα από την πιο περίπλοκη φωτοσύνθεση που εξαρτάται από τη χλωροφύλλη. "
Υποθέτουν επίσης ότι η εμφάνιση αυτών των οργανισμών θα είχε έρθει αμέσως μετά την ανάπτυξη της κυτταρικής ζωής, ως πρώιμο μέσο παραγωγής κυτταρικής ενέργειας. Η εξέλιξη της φωτοσύνθεσης της χλωροφύλλης θα μπορούσε επομένως να θεωρηθεί ως επακόλουθη εξέλιξη που εξελίχθηκε παράλληλα με τον προκάτοχό της, και με τα δύο να γεμίζουν ορισμένες θέσεις.
«Η φωτοτροφία που εξαρτάται από τον αμφιβληστροειδή χρησιμοποιείται για την άντληση πρωτονίων που οδηγείται από το φως, η οποία οδηγεί σε μια διαμεμβρανική κλίση κίνησης πρωτονίων», δήλωσε ο DasSarma. «Η κλίση κίνησης πρωτονίων μπορεί να συζευχθεί χημειοκινητικά με τη σύνθεση ATP. Ωστόσο, δεν έχει βρεθεί ότι συνδέεται με τη σταθεροποίηση C ή την παραγωγή οξυγόνου σε υπάρχοντες (σύγχρονους) οργανισμούς, όπως σε φυτά και κυανοβακτήρια, τα οποία χρησιμοποιούν χρωστικές χλωροφύλλης και για τις δύο αυτές διαδικασίες κατά τη διάρκεια των σταδίων της φωτοσύνθεσης. "
«Η άλλη μεγάλη διαφορά είναι το φάσμα φωτός που απορροφάται από τις χλωροφύλλης και τις ροδοψίνες (με βάση τον αμφιβληστροειδή)», πρόσθεσε ο Schwieterman. «Ενώ οι χλωροφύλλης απορροφούν πιο έντονα στο μπλε και κόκκινο μέρος του οπτικού φάσματος, η βακτηριοροδοψίνη απορροφάται πιο έντονα στο πράσινο-κίτρινο.»
Έτσι, ενώ οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί που βασίζονται σε χλωροφύλλη απορροφούν το κόκκινο και το μπλε φως και αντανακλούν το πράσινο, οι οργανισμοί που οδηγούνται από τον αμφιβληστροειδή απορροφούν το πράσινο και το κίτρινο φως και αντανακλούν το μωβ. Ενώ η DaSarma έχει προτείνει την ύπαρξη τέτοιων οργανισμών στο παρελθόν, αυτή και η μελέτη του Schwieterman εξέτασαν τις πιθανές επιπτώσεις που θα μπορούσε να έχει μια «Μωβ Γη» στο κυνήγι κατοικήσιμων εξωηλιακών πλανητών.
Χάρη στις δεκαετίες παρατήρησης της Γης, οι επιστήμονες έχουν καταλάβει ότι η πράσινη βλάστηση μπορεί να αναγνωριστεί από το διάστημα χρησιμοποιώντας αυτό που ονομάζεται Vegetation Red Edge (VRE). Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο τα πράσινα φυτά απορροφούν κόκκινο και κίτρινο φως ενώ αντανακλούν το πράσινο φως, ενώ ταυτόχρονα λάμπει έντονα σε υπέρυθρα μήκη κύματος.
Βλέποντας από το διάστημα χρησιμοποιώντας ευρυζωνική φασματοσκοπία, μεγάλες συγκεντρώσεις βλάστησης είναι επομένως αναγνωρίσιμες βάσει της υπέρυθρης υπογραφής τους. Η ίδια μέθοδος έχει προταθεί από πολλούς επιστήμονες (συμπεριλαμβάνεται ο Carl Sagan) για τη μελέτη των εξωπλανητών. Ωστόσο, η εφαρμοσιμότητά του θα περιοριζόταν σε πλανήτες που έχουν επίσης αναπτύξει φωτοσυνθετικά φυτά που βασίζονται σε χλωροφύλλη, και οι οποίοι κατανέμονται σε ένα σημαντικό κλάσμα του πλανήτη.
Επιπλέον, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί εξελίχθηκαν μόνο στη σχετικά πρόσφατη ιστορία της Γης. Ενώ η Γη υπάρχει για περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, τα πράσινα αγγειακά φυτά άρχισαν να εμφανίζονται μόλις 470 εκατομμύρια πριν από το χρόνο. Ως αποτέλεσμα, έρευνες εξωπλανήτη που αναζητούν πράσινη βλάστηση θα μπορούσαν μόνο να βρουν κατοικήσιμους πλανήτες που βρίσκονται πολύ μακριά στην εξέλιξή τους. Όπως εξήγησε ο Schwieterman:
«Η δουλειά μας ασχολείται με το υποσύνολο των εξωπλανητών που μπορεί να είναι κατοικήσιμο και των οποίων οι φασματικές υπογραφές θα μπορούσαν κάποια μέρα να αναλυθούν για σημάδια ζωής. Το VRE ως βιολογική υπογραφή ενημερώνεται από έναν μόνο τύπο οργανισμού - φωτοσυνθέτες που παράγουν οξυγόνο, όπως φυτά και φύκια. Αυτός ο τύπος ζωής κυριαρχεί στον πλανήτη μας σήμερα, αλλά δεν ήταν πάντα έτσι και μπορεί να μην ισχύει για όλους τους εξωπλανήτες. Ενώ περιμένουμε ότι η ζωή αλλού θα έχει κάποια καθολικά χαρακτηριστικά, μεγιστοποιούμε τις πιθανότητες επιτυχίας μας στην αναζήτηση ζωής λαμβάνοντας υπόψη τα διαφορετικά χαρακτηριστικά που μπορεί να έχουν οι οργανισμοί αλλού. "
Από αυτή την άποψη, η μελέτη του DeSharma και του Schwieterman δεν είναι σε αντίθεση με την πρόσφατη δουλειά των Dr. Ramirez (2018) και Ramirez και Lisa Kaltenegger (2017) και άλλων ερευνητών. Σε αυτές και σε άλλες παρόμοιες μελέτες, οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι η έννοια μιας «κατοικήσιμης ζώνης» θα μπορούσε να επεκταθεί θεωρώντας ότι η ατμόσφαιρα της Γης ήταν κάποτε πολύ διαφορετική από αυτήν που είναι σήμερα.
Έτσι, αντί να αναζητούν σημάδια οξυγόνου και αερίου αζώτου και νερού, οι έρευνες θα μπορούσαν να αναζητήσουν σημάδια ηφαιστειακής δραστηριότητας (η οποία ήταν πολύ πιο διαδεδομένη στο παρελθόν της Γης) καθώς και υδρογόνο και μεθάνιο - που ήταν σημαντικά για πρώιμες συνθήκες στη Γη. Με τον ίδιο τρόπο, σύμφωνα με τον Schwieterman, θα μπορούσαν να αναζητήσουν μωβ οργανισμούς χρησιμοποιώντας μεθόδους παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της βλάστησης εδώ στη Γη:
«Η συγκομιδή φωτός του αμφιβληστροειδούς που συζητάμε στην εφημερίδα μας θα παράγει μια ξεχωριστή υπογραφή από το VRE. Ενώ η βλάστηση έχει ένα χαρακτηριστικό «ερυθρό άκρο», που προκαλείται από την ισχυρή απορρόφηση του κόκκινου φωτός και την αντανάκλαση του υπέρυθρου φωτός, οι βακτηριωδοψίνες της πορφυρής μεμβράνης απορροφούν το πράσινο φως πιο έντονα, παράγοντας ένα «πράσινο άκρο». Τα χαρακτηριστικά αυτής της υπογραφής θα διαφέρουν μεταξύ των οργανισμών που εναιωρούνται στο νερό ή στην ξηρά, όπως και με τους συνηθισμένους φωτοσυνθετικούς. Εάν τα φωτοτρόπια με βάση τον αμφιβληστροειδή υπήρχαν σε αρκετά υψηλή αφθονία σε έναν εξωπλανήτη, αυτή η υπογραφή θα ενσωματώθηκε στο ανακλώμενο φάσμα φωτός αυτού του πλανήτη και θα μπορούσε ενδεχομένως να φανεί από μελλοντικά προηγμένα διαστημικά τηλεσκόπια (τα οποία θα αναζητούσαν επίσης το VRE, το οξυγόνο, το μεθάνιο και και άλλες πιθανές βιογραφίες). "
Τα επόμενα χρόνια, η ικανότητά μας να χαρακτηρίζουμε εξωπλανήτες πρόκειται να βελτιωθεί δραματικά χάρη στα τηλεσκόπια επόμενης γενιάς όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT), το τηλεσκόπιο Thirty Meter και το τηλεσκόπιο Giant Magellan ( GMT). Με αυτές τις πρόσθετες δυνατότητες και ένα μεγαλύτερο εύρος από αυτό που πρέπει να προσέξετε, ο χαρακτηρισμός «δυνητικά κατοικήσιμος» θα μπορούσε να αποκτήσει νέο νόημα!
