Güneş Sistemimizin ötesinde potansiyel olarak yaşanabilir gezegenler bulmak kolay bir iş değildir. Onaylanmış ekstra güneş enerjili gezegenlerin sayısı son on yıllarda (3791 ve sayım!) Artmış olsa da, büyük çoğunluk dolaylı yöntemler kullanılarak tespit edilmiştir. Bu, bu gezegenlerin atmosferlerini ve yüzey koşullarını karakterize etmenin tahminler ve eğitimli tahminler meselesi olduğu anlamına gelir.
Benzer şekilde, bilim adamları burada Dünya'da var olanlara benzer koşullar arar, çünkü Dünya yaşamı destekleyen bildiğimiz tek gezegendir. Ancak birçok bilim insanının belirttiği gibi, Dünya'nın koşulları zaman içinde önemli ölçüde değişti. Ve son zamanlarda yapılan bir çalışmada, bir çift araştırmacı, daha basit bir fotosentetik yaşam formunun, klorofil kullananlardan - yaşanabilir dış gezegenler avında önemli etkileri olabilecekleri daha önce olabileceğini savunuyor.
Çalışmalarında belirttikleri gibi, son zamanlarda Uluslararası Astronomi Dergisi, yaşamın kökenleri hala tam olarak anlaşılamamasına rağmen, genel olarak yaşamın 3.7 ve 4.1 milyar yıl önce (geç Hadean ya da erken Archean Eon sırasında) ortaya çıktığı kabul edilmektedir. O zaman, atmosfer bugün bildiğimiz ve bağlı olduğumuzdan çok farklıydı.
Öncelikle azot ve oksijenden oluşmak yerine (sırasıyla% 78 ve% 21, geri kalan gazları eser gazlar oluşturur), Dünya'nın erken atmosferi karbondioksit ve metanın bir kombinasyonuydu. Ve yaklaşık 2,9 ila 3 milyar yıl önce, atmosferi oksijen gazı ile zenginleştirmeye başlayan fotosentez yapan bakteriler ortaya çıktı.
Bu ve diğer faktörler nedeniyle Dünya, yaklaşık 2,3 milyar yıl önce gezegenimizin atmosferini kalıcı olarak değiştiren “Büyük Oksidasyon Olayı” olarak bilinen şeyi yaşadı. Bu genel fikir birliğine rağmen, organizmaların güneş ışığını klorofil kullanarak kimyasal enerjiye dönüştürmek için evrimleştikleri süreç ve zaman çizelgesi, birçok tahminin konusu olmaya devam etmektedir.
Bununla birlikte, Shiladitya DasSarma ve Maryland Üniversitesi'nde moleküler biyoloji profesörü ve UC Riverside'da bir astrobiyolog olan Dr Edward Schwieterman tarafından yapılan araştırmaya göre, farklı bir fotosentez klorofilden önce gelebilir. “Mor Dünya” olarak bilinen teorileri, retinal (mor bir pigment) kullanarak fotosentez yapan organizmaların Dünya'da klorofil kullananlardan önce ortaya çıkmasıdır.
Bu fotosentez formu bugün Dünya'da hala yaygındır ve hipersalin ortamlarda - yani tuz konsantrasyonlarının özellikle yüksek olduğu yerlerde baskın olma eğilimindedir. Ek olarak, retinal bağımlı fotosentez çok daha basit ve daha az verimli bir süreçtir. Bu nedenlerden dolayı DasSarma ve Schwieterman retina bazlı fotosentezin daha erken evrimleşmiş olabileceğini düşündüler.
Profesör DasSarma'nın Space Magazine'e e-posta yoluyla söylediği gibi:
“Retinal, klorofile kıyasla nispeten basit bir kimyasaldır. İzoprenoid bir yapıya sahiptir ve 2.5-3.7 milyar yıl önce bu bileşiklerin Dünya'nın başlarında varlığına dair kanıtlar vardır. Retinal'in emilimi, güneş enerjisinin büyük bir kısmının bulunduğu görünür spektrumun sarı-yeşil kısmında meydana gelir ve spektrumun kuşatıcı mavi ve kırmızı bölgelerindeki klorofil emilimini tamamlayıcıdır. Retina bazlı fototrofi, klorofil bağımlı fotosentezden çok daha basittir ve ışık enerjisini kimyasal enerjiye (ATP) dönüştürmek için sadece retinal proteinler, bir membran vezikülü ve ATP sentaz gerektirir. Daha basit retina bağımlı fotosentezin, daha karmaşık klorofil bağımlı fotosentezden daha erken evrimleştiği makul görünmektedir. ”
Ayrıca, bu organizmaların ortaya çıkmasının, hücresel yaşamın geliştirilmesinden kısa bir süre sonra, hücresel enerji üretmenin erken bir yolu olarak geleceğini varsaydılar. Bu nedenle, klorofil fotosentezinin evrimi, selefinin yanında gelişen ve her ikisi de belirli nişleri dolduran müteakip bir gelişme olarak görülebilir.
DasSarma, “Retinal bağımlı fototrofi, ışıkla çalışan proton pompalama için kullanılır, bu da bir zar-ötesi proton-motivasyon gradyanı ile sonuçlanır” dedi. “Proton güdüsü gradyanı ATP sentezine kemiyomatik olarak birleştirilebilir. Bununla birlikte, fotosentez aşamalarında bu işlemlerin her ikisi için klorofil pigmentleri kullanan bitkiler ve siyanobakterilerde olduğu gibi, mevcut (modern) organizmalarda C fiksasyonu veya oksijen üretimi ile bağlantılı bulunmamıştır. ”
Schwieterman, “Diğer büyük fark, klorofil ve (retinal bazlı) rodopinler tarafından absorbe edilen ışık spektrumudur” diye ekledi. “Klorofiller görsel spektrumun mavi ve kırmızı kısmında en güçlü şekilde emilirken, bakterhodopsin en çok yeşil-sarıda emer.”
Dolayısıyla klorofil güdümlü fotosentetik organizmalar kırmızı ve mavi ışığı emer ve yeşili yansıtırken, retinal güdümlü organizmalar yeşil ve sarı ışığı emer ve moru yansıtır. DaSarma geçmişte bu tür organizmaların varlığını önermiş olsa da, o ve Schwieterman’ın çalışması, bir “Mor Dünya” nın yaşanabilir ekstra güneş gezegenleri avında olabilecek olası etkilerini araştırdı.
Onlarca yıl süren Dünya gözlemi sayesinde, bilim adamları yeşil bitki örtüsünün uzaydan Bitki Örtüsü Kırmızı Kenarı (VRE) kullanılarak tanımlanabileceğini anladılar. Bu fenomen, yeşil bitkilerin yeşil ışığı yansıtırken kırmızı ve sarı ışığı nasıl emdiğini, aynı zamanda kızılötesi dalga boylarında parlak bir şekilde parladığını ifade eder.
Geniş bant spektroskopisi kullanılarak uzaydan bakıldığında, geniş bitki örtüsü konsantrasyonları kızılötesi imzalarına göre tanımlanabilir. Aynı yöntem, ötegezegenlerin incelenmesi için birçok bilim adamı (Carl Sagan dahil) tarafından önerildi. Bununla birlikte, uygulanabilirliği, klorofil güdümlü fotosentetik bitkileri de geliştiren ve gezegenin önemli bir kısmına dağılmış gezegenlerle sınırlı olacaktır.
Ayrıca, fotosentetik organizmalar sadece Dünya'nın nispeten yakın tarihinde evrimleşti. Dünya yaklaşık 4,6 milyar yıldır var olmasına rağmen, yeşil vasküler bitkiler sadece 470 milyon yıl önce ortaya çıkmaya başladı. Sonuç olarak, yeşil bitki örtüsünü araştıran dış gezegen araştırmaları, yalnızca evrimlerinde çok uzakta yaşanabilir gezegenler bulabilecektir. Schwieterman'ın açıkladığı gibi:
“Çalışmalarımız, yaşanabilir olabilecek ve spektral imzaları bir gün yaşam belirtileri açısından analiz edilebilecek dış gezegenlerin alt kümesiyle ilgilidir. Bir biyo-imza olarak VRE, sadece bir tür organizma tarafından bildirilir - bitkiler ve algler gibi oksijen üreten fotosentezleyiciler. Bu tür yaşam bugün gezegenimizde baskındır, ancak her zaman böyle değildi ve tüm dış gezegenlerde böyle olmayabilir. Başka yerlerdeki yaşamın bazı evrensel özelliklere sahip olmasını beklesek de, başka yerlerdeki organizmaların sahip olabileceği farklı özellikleri göz önünde bulundurarak yaşam arayışındaki başarı şansımızı en üst düzeye çıkarıyoruz. ”
Bu bağlamda, DeSharma ve Schwieterman’ın çalışması, Dr. Ramirez (2018) ve Ramirez ve Lisa Kaltenegger (2017) ve diğer araştırmacıların son çalışmalarından farklı değildir. Bu ve diğer benzer çalışmalarda, bilim adamları, “yaşanabilir bölge” kavramının, Dünya atmosferinin bir zamanlar bugün olduğundan çok farklı olduğunu düşünerek genişletilebileceğini önerdiler.
Bu nedenle, araştırmalar oksijen ve azot gazı ve su belirtileri aramak yerine, dünyadaki erken koşullar için önemli olan hidrojen ve metanın yanı sıra volkanik aktivite (Dünya'nın geçmişinde çok daha yaygın olan) belirtileri arayabilir. Aynı şekilde, Schwieterman'a göre, dünyadaki bitki örtüsünü izlemek için kullanılana benzer yöntemler kullanarak mor organizmaları arayabilirler:
“Makalemizde tartıştığımız retina hafif hasat, VRE'den farklı bir imza üretecektir. Bitki örtüsünün, kırmızı ışığın güçlü bir şekilde emilmesi ve kızılötesi ışığın yansımasından kaynaklanan ayırt edici bir “kırmızı kenar” olmasına rağmen, mor membran bakterhodopsinler yeşil ışığı en güçlü şekilde emerek “yeşil kenar” üretir. Bu imzanın özellikleri, tıpkı sıradan fotosentezleyicilerde olduğu gibi suda veya karada asılı organizmalar arasında farklılık gösterecektir. Retina bazlı fototroflar, bir dış gezegende yeterince yüksek miktarda mevcut olsaydı, bu imza o gezegenin yansıyan ışık spektrumuna gömülür ve potansiyel olarak gelecekteki gelişmiş uzay teleskopları tarafından da görülebilirdi (VRE, oksijen, metan ve diğer potansiyel biyo-imzalar da). ”
Önümüzdeki yıllarda, James Webb Uzay Teleskopu (JWST), Son Derece Büyük Teleskop (ELT), Otuz Metre Teleskop ve Dev Macellan Teleskobu (Dev Macellan Teleskopu) gibi yeni nesil teleskoplar sayesinde dış gezegenleri karakterize etme becerimiz önemli ölçüde gelişecek. GMT). Bu ek yetenekler ve neyin aranacağı konusunda daha geniş bir yelpazeyle, “potansiyel olarak yaşanabilir” ifadesi yeni bir anlam kazanabilir!
