מציאת כוכבי לכת שעלולים להיות ראויים למגורים מעבר למערכת השמש שלנו אינה משימה קלה. בעוד שמספר כוכבי הלכת החוץ-סולאריים שאושרו גדל בקפיצות בעשורים האחרונים (3791 וספירה!), הרוב המכריע התגלה בשיטות עקיפות. המשמעות היא שאפיון האטמוספרות ותנאי השטח של כוכבי הלכת הללו היה עניין של הערכות וניחושים משכילים.
באופן דומה, מדענים מחפשים תנאים הדומים למה שקיים כאן בכדור הארץ, מכיוון שכדור הארץ הוא הכוכב היחיד שאנחנו מכירים התומך בחיים. אך כפי שציינו מדענים רבים, תנאי כדור הארץ השתנו באופן דרמטי עם הזמן. ובמחקר שנערך לאחרונה טוענים זוג חוקרים כי צורה פשוטה יותר של צורות חיים פוטוסינתטיות עשויה להקדים את אלה הנשענים על כלורופיל - דבר שעלול להיות בעל השלכות דרסטיות בחיפוש אחר exoplanets ראויים למגורים.
כפי שהם קובעים במחקרם, שהופיע לאחרונה ב כתב העת הבינלאומי לאסטרונומיהבעוד שמקורות החיים עדיין אינם מובנים במלואם, מוסכם בדרך כלל כי החיים התעוררו לפני 3.7 עד 4.1 מיליארד שנה (במהלך הדאון המנוח או איון הארכי הקדום). בזמן הזה האווירה הייתה שונה בתכלית מזו שאנו מכירים ותלויים בה כיום.
במקום להיות מורכב בעיקר מחנקן וחמצן (~ 78% ו- 21% בהתאמה, עם גזי קורט שמרכיבים את השאר), האווירה הקדומה של כדור הארץ הייתה שילוב של פחמן דו חמצני ומתאן. ואז, לפני בערך 2.9 עד 3 מיליארד שנה, הופיעו חיידקים פוטוסינתטיים שהחלו להעשיר את האווירה בגז חמצן.
בגלל גורמים זה ואחרים, כדור הארץ חווה את מה שמכונה "אירוע החמצון הגדול" לפני כ -2.3 מיליארד שנה, ששינה לצמיתות את האווירה של כוכב הלכת שלנו. למרות הקונצנזוס הכללי הזה, התהליך וציר הזמן בו התפתחו אורגניזמים והפכו את אור השמש לאנרגיה כימית באמצעות כלורופיל נותרו נתוני ניחושים רבים.
עם זאת, על פי המחקר שנערך על ידי שילדיטיה דסארמה, וד"ר אדוארד שוויטרמן - פרופסור לביולוגיה מולקולרית באוניברסיטת מרילנד ואסטרוביולוג ב- UC Riverside, בהתאמה - סוג אחר של פוטוסינתזה עשוי להקדים כלורופיל. התיאוריה שלהם, המכונה "כדור הארץ הסגול", היא כי אורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה באמצעות רשתית (פיגמנט סגול) הופיעו על פני כדור הארץ לפני אלו המשתמשים בכלורופיל.
צורה זו של פוטוסינתזה נפוצה כיום על פני כדור הארץ ונוטה לשלוט בסביבות היפרסליות - כלומר במקומות בהם ריכוז המלח גבוה במיוחד. בנוסף, פוטוסינתזה תלויה רשתית היא תהליך פשוט ופחות יעיל. מסיבות אלה חשבו DasSarma ושוויטרמן את האפשרות כי פוטוסינתזה מבוססת רשתית התפתחה מוקדם יותר.
כפי שפרופסור DasSarma אמר למגזין החלל באמצעות המייל:
רשתית היא חומר כימי פשוט יחסית לכלורופיל. יש לו מבנה איזופרנואיד ויש עדויות לנוכחותם של תרכובות אלה על כדור הארץ הקדום, כבר לפני 2.5-3.7 מיליארד שנה. ספיגת הרשתית מתרחשת בחלקה הצהוב-ירוק של הספקטרום הנראה לעין בו נמצא הרבה אנרגיה סולארית, והיא משלימה לספיגת הכלורופיל באזורים הכחולים והאדומים המשתרעים של הספקטרום. פוטוטרופיה מבוססת רשתית היא פשוטה בהרבה מפוטוסינתזה תלויה בכלורופיל, ומחייבת רק את חלבוני הרשתית, שלפוחית קרום וסינתזה ATP כדי להמיר אנרגיית אור לאנרגיה כימית (ATP). נראה סביר שהתמונות הפוטוסינתזה הפשוטה יותר תלויה ברשתית התפתחה מוקדם יותר מהפוטוסינתזה התלויית כלורופיל מורכבת יותר. "
עוד העלו השערה כי הופעתם של אורגניזמים אלה הייתה מגיעה זמן קצר לאחר התפתחות חיי התא, כאמצעי מוקדם לייצור אנרגיה תאית. ניתן לראות אפוא בהתפתחות של פוטוסינתזה של כלורופיל כהתפתחות שלאחר מכן שהתפתחה לצד קודמתה, כששניהם מילאו גומחות מסוימות.
"פוטוטרופיה תלויה רשתית משמשת לשאיבת פרוטון מונעת אור, מה שמביא לשיפוע פרוטון-מניע טרנסממברני", אמר DasSarma. "שיפוע הפרוטון-מניע עשוי להיות מחובר כימיו-סמוטי לסינתזה של ATP. עם זאת, הוא לא נמצא קשור לקיבוע C או לייצור חמצן באורגניזמים קיימים (מודרניים), כמו בצמחים ובצינו-בקטריה, המשתמשים בפיגמנטים של כלורופיל לשני התהליכים הללו בשלבי פוטוסינתזה. "
"ההבדל הגדול האחר הוא ספקטרום האור שנספג בכלורופילים ורודופינס (על בסיס רשתית)", הוסיף שוויטרמן. "בעוד הכלורופיליות סופגות בצורה החזקה ביותר בחלק הכחול והאדום של הספקטרום הוויזואלי, הבקטריורודופסין נספג הכי חזק בצבעי ירוק-צהוב."
אז בעוד שאורגניזמים פוטו-סינתטיים מונעי כלורופיל היו סופגים אור אדום וכחול ומשקפים ירוק, אורגניזמים מונעי רשתית היו סופגים אור ירוק וצהוב ומשקפים סגול. למרות ש- DaSarma הציעה קיומם של אורגניזמים כאלה בעבר, המחקר של שוויטרמן בדק את ההשלכות האפשריות שיש ל"ארץ סגולה "בציד אחר כוכבי לכת חוץ-סולאריים למגורים.
בזכות עשרות שנים של תצפית על כדור הארץ, מדענים הבינו שניתן לזהות צמחיה ירוקה מהחלל באמצעות מה שמכונה הקצה האדום הצמחייה (VRE). תופעה זו מתייחסת לאופן בו צמחים ירוקים סופגים אור אדום וצהוב תוך כדי השתקפות אור ירוק, ובו זמנית זוהרים באורכי גל אינפרא אדום.
ניתן לראות בזאת בחלל באמצעות ספקטרוסקופיה רחבת פס, ריכוזים גדולים של צמחיה על סמך חתימתם האינפרא אדום. אותה שיטה הוצעה על ידי מדענים רבים (כולל קרל סגאן) לחקר exoplanets. עם זאת, תחולתו תוגבל לכוכבי לכת אשר התפתחו גם צמחים פוטוסינתטיים מונעי כלורופיל, והם מופצים על חלק ניכר מכוכב הלכת.
בנוסף, אורגניזמים פוטוסינתטיים התפתחו רק בהיסטוריה האחרונה יחסית של כדור הארץ. בעוד שכדור הארץ קיים כבר בערך 4.6 מיליארד שנים, צמחי כלי הדם הירוקים החלו להופיע רק לפני 470 מיליון שנה. כתוצאה מכך, סקרי exoplanet המחפשים צמחייה ירוקה יוכלו למצוא רק כוכבי לכת ראויים למגורים שנמצאים רחוק לאורך ההתפתחות שלהם. כפי שהסביר שוויטרמן:
"העבודה שלנו עוסקת בתת-קבוצה של exoplanets שעשויים להיות ראויים למגורים ואשר ניתן יהיה לנתח יום אחד סימני חיים שלהם עם חתימותיהם הספקטרליות. ה- VRE כבינוגרטורה ביולוגית מעודכן רק על ידי סוג אחד של אורגניזם - פוטוסינתיסייזרים מייצרי חמצן כמו צמחים ואצות. חיים מסוג זה הם הדומיננטיים בכוכב הלכת שלנו בימינו, אך לא תמיד הם היו כאלה ואולי לא היו פני הדברים בכל רחבי השטח. למרות שאנו מצפים כי לחיים במקום אחר יהיו מאפיינים אוניברסליים כלשהם, אנו ממקסמים את סיכויינו להצליח בחיפוש אחר חיים על ידי בחינת המאפיינים המגוונים שיש לאורגניזמים במקומות אחרים. "
מהבחינה הזו, המחקר של דה-שרמה ושוויטרמן אינו שונה מהעבודה האחרונה של ד"ר רמירז (2018) ושל רמירז וליסה קלטנגר (2017) וחוקרים אחרים. במחקרים דומים אחרים ואחרים, מדענים הציעו שניתן יהיה להרחיב את המושג "אזור ראוי למגורים" על ידי התחשבות בכך שהאווירה של כדור הארץ הייתה פעם שונה מאוד מכפי שהיא כיום.
אז במקום לחפש סימנים של חמצן וגז חנקן ומים, סקרים עשויים לחפש סימנים של פעילות וולקנית (שהייתה נפוצה בהרבה בעבר כדור הארץ) וכן מימן ומתאן - שהיו חשובים לתנאים מוקדמים בכדור הארץ. באותה צורה, לטענת שוויטרמן, הם יכולים לחפש אורגניזמים סגולים בשיטות הדומות למה שמשמש לפיקוח על הצמחייה כאן בכדור הארץ:
"קציר האור של הרשתית שאנו דנים במאמרנו יפיק חתימה שונה מה- VRE. בעוד שלצמחייה יש "קצה אדום" מובחן, הנגרם על ידי ספיגה חזקה של אור אדום ומשיקוף של אור אינפרא אדום, החיידקים הבודרודודינסינים הממברניים הסגולים סופגים אור ירוק בצורה החזקה ביותר, ומייצרים "קצה ירוק." המאפיינים של חתימה זו היו שונים בין אורגניזמים המותלים במים או ביבשה, ממש כמו עם פוטוסינתייזרים רגילים. אם פוטוטרופים מבוססי רשתית היו קיימים בשפע מספיק גבוה על גבי Exoplanet, חתימה זו הייתה מוטמעת בספקטרום האור המשתקף של אותו כוכב לכת וניתן לראות בטלסקופי חלל מתקדמים עתידיים (שגם היו מחפשים את ה- VRE, החמצן, המתאן, ו- גם ביו-חתימות פוטנציאליות אחרות). "
בשנים הבאות, יכולתנו לאפיין exoplanets הולכת להשתפר בצורה דרמטית הודות לטלסקופים מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), הטלסקופ הגדול ביותר (ELT), טלסקופ השלושים מטר וטלסקופ הענק מגלן ( שעון גריניץ). עם יכולות נוספות אלה וטווח גדול יותר של מה להיות בתצפית, הכינוי "יכול להיות ראוי למגורים" יכול לקבל משמעות חדשה!
