การค้นหาดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่นอกระบบสุริยะของเรานั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ในขณะที่จำนวนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ยืนยันแล้วเพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดดในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา (3791 และกำลังเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ !) ส่วนใหญ่ถูกตรวจพบโดยใช้วิธีทางอ้อม ซึ่งหมายความว่าการจำแนกลักษณะบรรยากาศและสภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นเรื่องของการประมาณการและการคาดเดาที่มีการศึกษา
นักวิทยาศาสตร์มองหาเงื่อนไขที่คล้ายกับสิ่งที่มีอยู่บนโลกนี้เนื่องจากโลกเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่เรารู้ว่าเป็นสิ่งมีชีวิต แต่ดังที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนระบุไว้สภาพของโลกเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป และในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยคู่หนึ่งยืนยันว่ารูปแบบที่เรียบง่ายของรูปแบบการสังเคราะห์แสงอาจมีการลงวันที่ก่อนหน้านั้นที่ต้องอาศัยคลอโรฟิลล์ - ซึ่งอาจมีผลกระทบรุนแรงในการตามล่าดาวเคราะห์นอกระบบ
ตามที่ระบุในการศึกษาซึ่งเพิ่งปรากฏใน วารสารดาราศาสตร์สากลในขณะที่ต้นกำเนิดของชีวิตยังไม่เข้าใจมันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าชีวิตที่เกิดขึ้นระหว่าง 3.7 และ 4.1 พันล้านปีก่อน (ในช่วงปลาย Hadean หรือต้น Archean Eon) ในเวลานี้บรรยากาศแตกต่างอย่างมากจากที่เรารู้จักและขึ้นอยู่กับวันนี้
แทนที่จะเป็นส่วนประกอบของไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นหลัก (ประมาณ 78% และ 21% ตามลำดับโดยมีก๊าซติดตามประกอบไปด้วยส่วนที่เหลือ) บรรยากาศเริ่มแรกของโลกคือการรวมกันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธน และจากนั้นประมาณ 2.9 ถึง 3 พันล้านปีก่อนแบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงปรากฏว่าเริ่มเพิ่มบรรยากาศด้วยก๊าซออกซิเจน
ด้วยเหตุนี้และปัจจัยอื่น ๆ Earth จึงได้สัมผัสกับสิ่งที่เรียกว่า "เหตุการณ์มหาออกซิเดชั่นอันยิ่งใหญ่" เมื่อประมาณ 2.3 พันล้านปีก่อนซึ่งเปลี่ยนแปลงบรรยากาศของดาวเคราะห์ของเราอย่างถาวร แม้จะมีฉันทามติทั่วไปนี้กระบวนการและระยะเวลาที่สิ่งมีชีวิตวิวัฒนาการเพื่อแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีโดยใช้คลอโรฟิลล์ยังคงเป็นเรื่องที่คาดเดาได้มากมาย
อย่างไรก็ตามตามการศึกษาที่จัดทำโดย Shiladitya DasSarma และ Dr Edward Schwieterman - ศาสตราจารย์ด้านอณูชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์และนักโหราศาสตร์ที่ UC Riverside ตามลำดับการสังเคราะห์ด้วยแสงที่แตกต่างกันอาจมีคลอโรฟิลล์ก่อน ทฤษฎีของพวกเขาที่รู้จักกันในนาม "โลกดินสีม่วง" คือสิ่งมีชีวิตที่ดำเนินการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยใช้ม่านตา (เม็ดสีม่วง) ปรากฏขึ้นบนโลกก่อนที่พวกเขาจะใช้คลอโรฟิลล์
รูปแบบของการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ยังคงแพร่หลายบนโลกในปัจจุบันและมีแนวโน้มที่จะครองในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนสูง - สถานที่ที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงเป็นพิเศษ นอกจากนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงที่จอประสาทตาเป็นกระบวนการที่ง่ายและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ด้วยเหตุผลเหล่านี้ที่ DasSarma และ Schwieterman พิจารณาความเป็นไปได้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงที่จอประสาทตาอาจมีการพัฒนาในไม่ช้า
ดังที่ศาสตราจารย์ดาสม่าร์บอกกับนิตยสาร Space ผ่านอีเมล:
“ จอประสาทตาเป็นสารเคมีที่ค่อนข้างง่ายเมื่อเทียบกับคลอโรฟิลล์ มันมีโครงสร้างแบบ isoprenoid และมีหลักฐานว่ามีสารประกอบเหล่านี้ในโลกยุคแรกเร็วเท่าที่ 2.5-3.7 พันล้านปีก่อน การดูดซึมของเรตินเกิดขึ้นในส่วนสีเหลืองสีเขียวของสเปกตรัมที่มองเห็นซึ่งพบพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากและเป็นส่วนเสริมของการดูดซับคลอโรฟิลล์ในพื้นที่สีน้ำเงินและสีแดงของสเปกตรัม phototrophy ที่ยึดจอประสาทตานั้นง่ายกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงคลอโรฟิลล์โดยอาศัยโปรตีนเรติน่าเยื่อเมมเบรนและ ATP synthase เพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี (ATP) ดูเหมือนว่ามีเหตุผลว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงที่จอประสาทตาที่ง่ายขึ้นนั้นวิวัฒนาการมาเร็วกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงคลอโรฟิลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้น”
พวกเขาตั้งสมมติฐานเพิ่มเติมว่าการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะเกิดขึ้นในไม่ช้าหลังจากการพัฒนาของเซลล์ชีวิตซึ่งเป็นวิธีเริ่มต้นของการผลิตพลังงานเซลล์ วิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสงคลอโรฟิลล์จึงถูกมองว่าเป็นการพัฒนาที่ตามมาซึ่งวิวัฒนาการมาพร้อมกับบรรพบุรุษของมันทั้งคู่เติมซอกบางอย่าง
“ phototrophy ที่จอประสาทตาขึ้นอยู่กับการใช้งานสำหรับการสูบโปรตอนที่ขับเคลื่อนด้วยแสงซึ่งส่งผลให้เกิดการไล่ระดับสีของโปรตอนที่มีแรงกระตุ้นโปรตอนเทมเบรน” DasSarma กล่าว “ การไล่ระดับสีของโปรตอน - โมทีฟอาจทำปฏิกิริยาทางเคมีควบคู่กับการสังเคราะห์ ATP อย่างไรก็ตามไม่พบการเชื่อมโยงกับการตรึง C หรือการผลิตออกซิเจนในสิ่งมีชีวิตที่ยังหลงเหลืออยู่เช่นในพืชและไซยาโนแบคทีเรียซึ่งใช้สีคลอโรฟิลล์สำหรับกระบวนการทั้งสองในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสง
“ ความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่อีกอย่างคือสเปกตรัมแสงที่ดูดซับโดยคลอโรฟิลล์และ rhodopsins (ที่จอประสาทตา)” Schwieterman กล่าวเสริม “ ในขณะที่คลอโรฟิลจะดูดซับอย่างรุนแรงที่สุดในส่วนของสีน้ำเงินและสีแดงของสเปกตรัมภาพ แต่ bacteriorhodopsin ดูดซับได้ดีที่สุดในสีเขียว - เหลือง”
ดังนั้นในขณะที่สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงคลอโรฟิลล์จะดูดซับแสงสีแดงและสีน้ำเงินและสะท้อนสีเขียวสิ่งมีชีวิตที่ขับเคลื่อนด้วยเรติน่าจะดูดซับแสงสีเขียวและสีเหลืองและสะท้อนแสงสีม่วง ในขณะที่ DaSarma ได้เสนอแนะการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตในอดีตเธอและการศึกษาของ Schwieterman มองไปที่ความหมายที่เป็นไปได้ว่า "โลกสีม่วง" อาจมีในการตามล่าหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
ด้วยการสังเกตการณ์บนโลกหลายทศวรรษนักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจว่าพืชสีเขียวสามารถระบุได้จากอวกาศโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า Vegetation Red Edge (VRE) ปรากฏการณ์นี้อ้างถึงวิธีที่พืชสีเขียวดูดซับแสงสีแดงและสีเหลืองในขณะที่สะท้อนแสงสีเขียวในขณะเดียวกันก็ส่องแสงที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดในเวลาเดียวกัน
มองเห็นได้จากอวกาศโดยใช้บรอดแบนด์สเปกโทรสโกปีดังนั้นพืชที่มีความเข้มข้นขนาดใหญ่จึงสามารถระบุได้ตามลายเซ็นอินฟราเรด นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้เสนอวิธีการเดียวกันนี้ (รวมถึงคาร์ลเซแกน) สำหรับการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบ อย่างไรก็ตามการบังคับใช้นั้นจะ จำกัด เฉพาะดาวเคราะห์ที่มีพืชสังเคราะห์ด้วยแสงที่สังเคราะห์คลอโรฟิลล์และมีการกระจายไปทั่วส่วนสำคัญของโลก
นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงมีการพัฒนาในประวัติศาสตร์ที่ค่อนข้างล่าสุดของโลก ในขณะที่โลกมีอยู่ประมาณ 4.6 พันล้านปีพืชสีเขียวเริ่มปรากฏเมื่อ 470 ล้านปีก่อนเท่านั้น เป็นผลให้การสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบที่ค้นหาพืชสีเขียวจะสามารถค้นพบดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้ไกลในวิวัฒนาการของพวกเขา ตามที่ Schwieterman อธิบาย:
“ งานของเราเกี่ยวข้องกับกลุ่มดาวเคราะห์นอกระบบที่อาจอาศัยอยู่ได้และมีการวิเคราะห์ลายเซ็นสเปกตรัมในวันหนึ่งเพื่อหาสัญญาณของชีวิต VRE ในฐานะชีวประวัติได้รับการแจ้งจากสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวนั่นคือการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ผลิตออกซิเจนเช่นพืชและสาหร่าย ชีวิตประเภทนี้มีความโดดเด่นบนโลกของเราในทุกวันนี้ แต่มันก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไปและอาจไม่ใช่กรณีของดาวเคราะห์นอกระบบทั้งหมด ในขณะที่เราคาดหวังว่าชีวิตในที่อื่นจะมีลักษณะสากลบางอย่าง แต่เราเพิ่มโอกาสในการประสบความสำเร็จในการค้นหาชีวิตโดยพิจารณาจากสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายที่อื่น ๆ
ในแง่นี้การศึกษาของ DeSharma และ Schwieterman ไม่เหมือนกับงานวิจัยล่าสุดของดร. รามิเรซ (2018) และรามิเรซและลิซ่าคาลเทเนกเกอร์ (2017) และนักวิจัยอื่น ๆ ในการศึกษาเหล่านี้และอื่น ๆ ที่คล้ายกันนักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้แนวคิดของ "โซนที่เอื้ออาศัยได้" อาจขยายออกไปได้โดยพิจารณาว่าบรรยากาศของโลกนั้นแตกต่างจากที่เคยเป็นมาทุกวันนี้
ดังนั้นแทนที่จะค้นหาสัญญาณของออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจนและน้ำการสำรวจสามารถมองหาสัญญาณของกิจกรรมภูเขาไฟ (ซึ่งเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในอดีตของโลก) เช่นเดียวกับไฮโดรเจนและมีเทน - ซึ่งมีความสำคัญสำหรับสภาพเริ่มต้นบนโลก ในทำนองเดียวกันตาม Schwieterman พวกเขาสามารถค้นหาสิ่งมีชีวิตสีม่วงโดยใช้วิธีการที่คล้ายกับสิ่งที่ใช้ตรวจสอบพืชผักที่นี่บนโลก:
“ การเก็บเกี่ยวแสงจอประสาทตาที่เราพูดถึงในกระดาษของเราจะสร้างลายเซ็นที่แตกต่างจาก VRE ในขณะที่พืชพรรณมี "ขอบสีแดง" ที่โดดเด่นซึ่งเกิดจากการดูดกลืนแสงสีแดงและการสะท้อนของแสงอินฟาเรด แต่ bacteriorhodopsins เยื่อหุ้มสีม่วงจะดูดซับแสงสีเขียวอย่างรุนแรงที่สุดจึงสร้าง "ขอบสีเขียว" ลักษณะของลายเซ็นนี้จะแตกต่างกันระหว่างสิ่งมีชีวิตที่แขวนอยู่ในน้ำหรือบนบกเช่นเดียวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงธรรมดา หาก phototrophs ที่จอประสาทตามีอยู่ที่ความสูงเพียงพอบนดาวเคราะห์นอกระบบลายเซ็นนี้จะถูกฝังอยู่ในสเปกตรัมแสงสะท้อนของดาวเคราะห์ดวงนั้นและอาจมองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศขั้นสูงในอนาคต ชีวประวัติอื่น ๆ ที่อาจเกิดขึ้นด้วย)
ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าความสามารถของเราในการจำแนกลักษณะดาวเคราะห์นอกระบบกำลังจะดีขึ้นอย่างมากเนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ยุคหน้าเช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST), กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (ELT), กล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตรและกล้องโทรทรรศน์ยักษ์แมกเจลแลน GMT). ด้วยความสามารถที่เพิ่มเข้ามาเหล่านี้และสิ่งที่ต้องระวังอีกมากการกำหนด“ ศักยภาพที่น่าอยู่” สามารถใช้กับความหมายใหม่!
