Bilim İnsanları Ötegezegenlerde Yaşamın Kanıtını Bulmak İçin “Mor Dünyaları” Aramalı
Güneş Sistemimizin ötesinde potansiyel olarak yaşanabilir gezegenler bulmak kolay bir iş değil. Onaylanmış güneş dışı gezegenlerin sayısı son yıllarda büyük bir hızla artarken ( 3791 ve sayma !), büyük çoğunluğu dolaylı yöntemler kullanılarak tespit edilmiştir. Bu, bu gezegenlerin atmosferlerini ve yüzey koşullarını karakterize etmenin bir tahmin ve eğitimli tahminler meselesi olduğu anlamına gelir.
Benzer şekilde, bilim adamları, Dünya'nın yaşamı desteklediğini bildiğimiz tek gezegen olduğu için, burada Dünya'da var olana benzer koşullar ararlar. Ancak birçok bilim adamının belirttiği gibi, Dünya'nın koşulları zaman içinde çarpıcı bir şekilde değişti. ve bir son çalışma , bir çift araştırmacı, daha basit bir fotosentetik yaşam formunun, klorofile dayananlardan önce gelebileceğini - bunun yaşanabilir ötegezegen avında ciddi etkileri olabileceğini savunuyorlar.
Son zamanlarda ortaya çıkan çalışmalarında belirttikleri gibi Uluslararası Astronomi Dergisi , yaşamın kökenleri hala tam olarak anlaşılmamış olsa da, yaşamın 3,7 ila 4,1 milyar yıl önce (Hadean'ın sonları veya Archean Eon'un başlarında) ortaya çıktığı genel olarak kabul edilir. O sıralarda atmosfer, bugün bildiğimiz ve bağımlı olduğumuzdan kökten farklıydı.
Sanatçının Dünya üzerindeki Archean Eon izlenimi. Kredi bilgileri: Smithsonian/Peter Sawyer
Öncelikli olarak nitrojen ve oksijenden (sırasıyla ~%78 ve %21, kalanını eser gazlar oluşturur) oluşmak yerine, Dünya'nın ilk atmosferi karbondioksit ve metan karışımıydı. Ve sonra, kabaca 2,9 ila 3 milyar yıl önce, atmosferi oksijen gazıyla zenginleştirmeye başlayan fotosentez yapan bakteriler ortaya çıktı.
Bu ve diğer faktörlerden dolayı, Dünya “olarak bilinen şeyi yaşadı. Büyük Oksidasyon Olayı ” yaklaşık 2,3 milyar yıl önce, gezegenimizin atmosferini kalıcı olarak değiştirdi. Bu genel fikir birliğine rağmen, organizmaların klorofil kullanarak güneş ışığını kimyasal enerjiye dönüştürmek için evrimleştiği süreç ve zaman çizelgesi, birçok tahmine konu olmaya devam ediyor.
Bununla birlikte, sırasıyla Maryland Üniversitesi'nde moleküler biyoloji profesörü ve UC Riverside'da bir astrobiyolog olan Shiladitya DasSarma ve Dr Edward Schwieterman tarafından yürütülen araştırmaya göre, farklı bir fotosentez türü klorofilden önce gelebilir. “Mor Dünya” olarak bilinen teorileri, retinal (mor bir pigment) kullanarak fotosentez yapan organizmaların, klorofil kullananlardan önce Dünya'da ortaya çıkmış olmalarıdır.
Bu fotosentez biçimi, bugün Dünya'da hala yaygındır ve aşırı tuzlu ortamlarda, yani tuz konsantrasyonlarının özellikle yüksek olduğu yerlerde baskın olma eğilimindedir. Ek olarak, retinaya bağlı fotosentez çok daha basit ve daha az verimli bir süreçtir. DasSarma ve Schwieterman, bu nedenlerden dolayı retina tabanlı fotosentezin daha erken evrimleşmiş olabileceği olasılığını düşündüler.
Bitki hücrelerinin kloroplastlarının içindeki makineler, güneş ışığını enerjiye dönüştürerek süreçte floresan yayar. Bilim adamları, uydu verilerindeki floresan parmak izini tespit edebilir. Kredi: NASA Goddard'ın Kavramsal Görüntü Laboratuvarı/T. kovalamak
Profesör DasSarma'nın Universe Today'e e-posta yoluyla söylediği gibi:
'Retina, klorofil ile karşılaştırıldığında nispeten basit bir kimyasaldır. Bir izoprenoid yapıya sahiptir ve bu bileşiklerin 2.5-3.7 milyar yıl kadar erken bir tarihte Dünya'nın başlarında varlığına dair kanıtlar vardır. Retina absorpsiyonu, güneş enerjisinin çoğunun bulunduğu görünür spektrumun sarı-yeşil kısmında meydana gelir ve spektrumun yan mavi ve kırmızı bölgelerinde klorofil absorpsiyonunun tamamlayıcısıdır. Retina bazlı fototrofi, klorofil bağımlı fotosentezden çok daha basittir ve ışık enerjisini kimyasal enerjiye (ATP) dönüştürmek için sadece retina proteinleri, bir zar vezikül ve ATP sentaz gerektirir. Daha basit retina bağımlı fotosentezin, daha karmaşık klorofil bağımlı fotosentezden daha erken evrimleşmesi mantıklı görünüyor.”
Ayrıca, bu organizmaların ortaya çıkışının, hücresel enerji üretmenin erken bir yolu olarak, hücresel yaşamın gelişmesinden kısa bir süre sonra ortaya çıkacağını varsaydılar. Klorofil fotosentezinin evrimi, bu nedenle, her ikisi de belirli nişleri doldurarak, selefi ile birlikte gelişen sonraki bir gelişme olarak görülebilir.
DasSarma, 'Retinaya bağlı fototrofi, ışıkla çalışan proton pompalama için kullanılır, bu da bir transmembran proton-hareket gradyanı ile sonuçlanır' dedi. 'Proton-hareket gradyanı, ATP sentezine kimyasal olarak bağlı olabilir. Bununla birlikte, fotosentez aşamaları sırasında bu işlemlerin her ikisi için klorofil pigmentlerini kullanan bitkiler ve siyanobakterilerde olduğu gibi mevcut (modern) organizmalarda C-fiksasyonu veya oksijen üretimi ile bağlantılı bulunmamıştır.
Schwieterman, 'Diğer büyük fark, klorofiller ve (retina bazlı) rodopsinler tarafından emilen ışık spektrumudur' diye ekledi. 'Klorofiller görsel spektrumun mavi ve kırmızı kısmında en güçlü şekilde emerken, bakteriorhodopsin en güçlü şekilde yeşil-sarıda emer.'
Klorofil güdümlü fotosentetik organizmalar kırmızı ve mavi ışığı emip yeşili yansıtırken, retinal güdümlü organizmalar yeşil ve sarı ışığı emecek ve moru yansıtacaktır. DaSarma bu tür organizmaların varlığını öne sürerken geçmişte , o ve Schwieterman'ın çalışması, bir 'Mor Dünya'nın yaşanabilir ekstra güneş gezegenleri avında sahip olabileceği olası sonuçlara baktı.
Onlarca yıllık Dünya gözlemleri sayesinde, bilim adamları yeşil bitki örtüsünün, Bitki Örtüsü Kırmızı Kenarı (VRE) olarak adlandırılan şeyi kullanarak uzaydan tanımlanabileceğini anladılar. Bu fenomen, yeşil bitkilerin yeşil ışığı yansıtırken kırmızı ve sarı ışığı nasıl emdiğini ve aynı zamanda kızılötesi dalga boylarında parlak bir şekilde parladığını ifade eder.
Geniş bant spektroskopisi kullanılarak uzaydan bakıldığında, büyük bitki konsantrasyonları bu nedenle kızılötesi imzalarına göre tanımlanabilir. Aynı yöntem, birçok bilim insanı (Carl Sagan dahil) tarafından ötegezegenlerin incelenmesi için önerilmiştir. Bununla birlikte, uygulanabilirliği, aynı zamanda klorofil güdümlü fotosentetik bitkiler geliştiren ve gezegenin önemli bir kısmına dağılmış olan gezegenlerle sınırlı olacaktır.
Sanatçının, Kuğu takımyıldızında Dünya'dan yaklaşık 2.700 ışıkyılı uzaklıkta bulunan, güneşimiz gibi bir yıldızın yaşanabilir bölgesinde yer alan süper Dünya boyutunda bir gezegen olan Kepler-69c konsepti. Kredi bilgileri: NASA
Ek olarak, fotosentetik organizmalar yalnızca Dünya'nın nispeten yakın tarihinde evrimleşmiştir. Dünya kabaca 4,6 milyar yıldır varken, yeşil damarlı bitkiler sadece 470 milyon yıl önce ortaya çıkmaya başladı. Sonuç olarak, yeşil bitki örtüsü arayan ötegezegen araştırmaları, yalnızca evrimlerinde çok ileride olan yaşanabilir gezegenleri bulabilecektir. Schwieterman'ın açıkladığı gibi:
“Çalışmamız, yaşanabilir olabilecek ve tayfsal imzaları bir gün yaşam belirtileri için analiz edilebilecek olan ötegezegenlerin alt kümesiyle ilgilidir. Bir biyo-imza olarak VRE, yalnızca bir tür organizma tarafından bilgilendirilir: bitkiler ve algler gibi oksijen üreten fotosentezleyiciler. Bu tür yaşam bugün gezegenimizde baskındır, ancak her zaman böyle değildi ve tüm dış gezegenlerde durum böyle olmayabilir. Başka bir yerde yaşamın bazı evrensel özelliklere sahip olmasını beklerken, başka yerlerdeki organizmaların sahip olabileceği çeşitli özellikleri göz önünde bulundurarak yaşam arayışında başarı şansımızı en üst düzeye çıkarıyoruz.”
Bu açıdan, DeSharma ve Schwieterman'ın çalışması, Dr. Ramirez'in son çalışmasından farklı değildir ( 2018 ) ve Ramirez ve Lisa Kaltenegger ( 2017 ) ve diğer araştırmacılar. Bu ve benzeri çalışmalarda bilim adamları, Dünya atmosferinin bir zamanlar bugünkünden çok farklı olduğu düşünülerek “yaşanabilir bölge” kavramının genişletilebileceğini öne sürmüşlerdir.
Bu nedenle, araştırmalar oksijen ve nitrojen gazı ve su belirtileri aramak yerine, (Dünya'nın geçmişinde çok daha yaygın olan) volkanik aktivitenin yanı sıra, Dünya'daki erken koşullar için önemli olan hidrojen ve metan belirtilerini arayabilir. Schwieterman'a göre, aynı şekilde, Dünya'daki bitki örtüsünü izlemek için kullanılana benzer yöntemler kullanarak mor organizmaları arayabilirler:
'Makalemizde tartıştığımız retinal ışık hasadı, VRE'den farklı bir imza üretecektir. Bitki örtüsü, kırmızı ışığın güçlü absorpsiyonunun ve kızılötesi ışığın yansımasının neden olduğu belirgin bir 'kırmızı kenara' sahipken, mor zar bakteriorhodopsinleri yeşil ışığı en güçlü şekilde emerek bir 'yeşil kenar' oluşturur. Bu imzanın özellikleri, tıpkı sıradan fotosentezleyicilerde olduğu gibi, suda veya karada asılı kalan organizmalar arasında farklılık gösterecektir. Retina bazlı fototroflar bir ötegezegen üzerinde yeterince yüksek bir bollukta mevcut olsaydı, bu imza o gezegenin yansıyan ışık tayfına gömülecek ve potansiyel olarak gelecekteki gelişmiş uzay teleskopları tarafından görülebilecekti (bu aynı zamanda VRE, oksijen, metan ve diğer potansiyel biyolojik imzalar da).
Önümüzdeki yıllarda, ötegezegenleri karakterize etme yeteneğimiz, yeni nesil teleskoplar sayesinde çarpıcı biçimde gelişecek. James Webb Uzay Teleskobu (JWST), Son derece Büyük Teleskop (ELT), Otuz Metre Teleskop , ve Dev Macellan Teleskobu (GMT). Bu ek yetenekler ve aranacak daha geniş bir yelpazeyle, “potansiyel olarak yaşanabilir” tanımı yeni bir anlam kazanabilir!