Trovare pianeti potenzialmente abitabili oltre il nostro Sistema Solare non è un compito facile. Mentre il numero di pianeti extra-solari confermati è cresciuto a passi da gigante negli ultimi decenni (3791 e oltre!), La stragrande maggioranza è stata rilevata usando metodi indiretti. Ciò significa che caratterizzare le atmosfere e le condizioni superficiali di questi pianeti è stata una questione di stime e ipotesi ponderate.
Allo stesso modo, gli scienziati cercano condizioni simili a ciò che esiste qui sulla Terra, poiché la Terra è l'unico pianeta che conosciamo che supporta la vita. Ma come molti scienziati hanno indicato, le condizioni della Terra sono cambiate radicalmente nel tempo. E in uno studio recente, una coppia di ricercatori sostiene che una forma più semplice di forme di vita fotosintetiche potrebbe essere precedente a quelle che si basano sulla clorofilla, che potrebbe avere implicazioni drastiche nella caccia agli esopianeti abitabili.
Come affermano nel loro studio, che è apparso di recente nel Rivista internazionale di astronomia, sebbene le origini della vita non siano ancora del tutto comprese, si concorda generalmente che la vita nacque tra 3,7 e 4,1 miliardi di anni fa (durante il tardo Hadean o il primo Eone Archean). A quel tempo, l'atmosfera era radicalmente diversa da quella che conosciamo e da cui dipendiamo oggi.
Invece di essere composta principalmente da azoto e ossigeno (~ 78% e 21% rispettivamente, con gas in tracce che compongono il resto), la prima atmosfera della Terra era una combinazione di anidride carbonica e metano. E poi, all'incirca da 2,9 a 3 miliardi di anni fa, sono comparsi batteri fotosintetizzanti che hanno iniziato ad arricchire l'atmosfera con ossigeno gassoso.
A causa di questo e altri fattori, la Terra ha sperimentato quello che è noto come il "Grande evento di ossidazione" circa 2,3 miliardi di anni fa, che ha alterato permanentemente l'atmosfera del nostro pianeta. Nonostante questo consenso generale, il processo e la sequenza temporale in cui gli organismi si sono evoluti per convertire la luce solare in energia chimica usando la clorofilla rimangono soggetti a molte congetture.
Tuttavia, secondo lo studio condotto da Shiladitya DasSarma e il dottor Edward Schwieterman - un professore di biologia molecolare all'Università del Maryland e un astrobiologo presso la UC Riverside, rispettivamente - un diverso tipo di fotosintesi può precedere la clorofilla. La loro teoria, nota come "Terra viola", è che gli organismi che conducono la fotosintesi usando la retina (un pigmento viola) sono emersi sulla Terra prima di quelli che usano la clorofilla.
Questa forma di fotosintesi è ancora oggi prevalente sulla Terra e tende a dominare negli ambienti di ipersalina, cioè in luoghi in cui le concentrazioni di sale sono particolarmente elevate. Inoltre, la fotosintesi dipendente dalla retina è un processo molto più semplice e meno efficiente. È per questi motivi che DasSarma e Schwieterman hanno considerato la possibilità che la fotosintesi a base retinica possa essersi evoluta prima.
Come il professor DasSarma ha detto a Space Magazine via e-mail:
“La retina è una sostanza chimica relativamente semplice rispetto alla clorofilla. Ha una struttura isoprenoide e ci sono prove della presenza di questi composti sulla Terra, già 2,5-3,7 miliardi di anni fa. L'assorbimento della retina si verifica nella parte giallo-verde dello spettro visibile dove si trova molta energia solare ed è complementare all'assorbimento della clorofilla nelle fiancheggianti aree blu e rosse dello spettro. La fototrofia basata sulla retina è molto più semplice della fotosintesi dipendente dalla clorofilla, che richiede solo le proteine retiniche, una vescicola di membrana e la sintasi ATP per convertire l'energia della luce in energia chimica (ATP). Sembra ragionevole che la fotosintesi dipendente dalla retina più semplice si sia evoluta prima della fotosintesi dipendente dalla clorofilla più complessa. "
Hanno inoltre ipotizzato che l'emergere di questi organismi sarebbe arrivato subito dopo lo sviluppo della vita cellulare, come uno dei primi mezzi per produrre energia cellulare. L'evoluzione della fotosintesi della clorofilla potrebbe quindi essere vista come uno sviluppo successivo che si è evoluto insieme al suo predecessore, con entrambe le nicchie che riempiono entrambe.
"La fototrofia dipendente dalla retina viene utilizzata per il pompaggio di protoni guidato dalla luce, che si traduce in un gradiente transmembrana-motone protonico", ha detto DasSarma. “Il gradiente del motone protonico può essere accoppiato chimicamente alla sintesi di ATP. Tuttavia, non è stato trovato collegato alla fissazione C o alla produzione di ossigeno in organismi (moderni) esistenti, come nelle piante e nei cianobatteri, che usano pigmenti di clorofilla per entrambi questi processi durante le fasi della fotosintesi. "
"L'altra grande differenza è lo spettro di luce assorbito dalle clorofille e dalle rodopsine (a base retinica)", ha aggiunto Schwieterman. "Mentre le clorofille assorbono più fortemente nella parte blu e rossa dello spettro visivo, la batteriorodopsina assorbe più fortemente nel verde-giallo."
Quindi, mentre gli organismi fotosintetici guidati dalla clorofilla assorbono la luce rossa e blu e riflettono il verde, gli organismi guidati dalla retina assorbono la luce verde e gialla e riflettono il viola. Mentre DaSarma ha suggerito l'esistenza di tali organismi in passato, lo studio di lei e Schwieterman ha esaminato le possibili implicazioni che una "Terra viola" potrebbe avere nella caccia a pianeti extra-solari abitabili.
Grazie a decenni di osservazione della Terra, gli scienziati hanno capito che la vegetazione verde può essere identificata dallo spazio usando quello che viene chiamato Vegetation Red Edge (VRE). Questo fenomeno si riferisce al modo in cui le piante verdi assorbono la luce rossa e gialla mentre riflettono la luce verde, mentre allo stesso tempo brillano intensamente alle lunghezze d'onda dell'infrarosso.
Visti dallo spazio usando la spettroscopia a banda larga, grandi concentrazioni di vegetazione sono quindi identificabili in base alla loro firma a infrarossi. Lo stesso metodo è stato proposto da molti scienziati (tra cui Carl Sagan) per lo studio degli esopianeti. Tuttavia, la sua applicabilità sarebbe limitata ai pianeti che hanno anche evoluto piante fotosintetiche guidate dalla clorofilla e che sono distribuite su una frazione significativa del pianeta.
Inoltre, gli organismi fotosintetici si sono evoluti solo nella storia relativamente recente della Terra. Mentre la Terra esiste da circa 4,6 miliardi di anni, le piante vascolari verdi hanno iniziato ad apparire solo 470 milioni di anni fa. Di conseguenza, i sondaggi sugli esopianeti che cercano la vegetazione verde sarebbero solo in grado di trovare pianeti abitabili che sono molto lontani nella loro evoluzione. Come ha spiegato Schwieterman:
“Il nostro lavoro riguarda il sottoinsieme di esopianeti che possono essere abitabili e le cui firme spettrali potrebbero un giorno essere analizzate per segni di vita. Il VRE come biosignatura è informato da un solo tipo di organismo: i fotosintetizzatori che producono ossigeno come piante e alghe. Questo tipo di vita è dominante sul nostro pianeta oggi, ma non è sempre stato così e potrebbe non essere il caso di tutti gli esopianeti. Mentre ci aspettiamo che la vita altrove abbia alcune caratteristiche universali, massimizziamo le nostre possibilità di successo nella ricerca della vita considerando le diverse caratteristiche che gli organismi altrove potrebbero avere. "
A questo proposito, lo studio di DeSharma e Schwieterman non è diverso dal recente lavoro del Dr. Ramirez (2018) e Ramirez e Lisa Kaltenegger (2017) e altri ricercatori. In questi e altri studi simili, gli scienziati hanno proposto che il concetto di "zona abitabile" potrebbe essere esteso considerando che l'atmosfera terrestre una volta era molto diversa da come è oggi.
Quindi, piuttosto che cercare segni di ossigeno e azoto gassoso e acqua, i sondaggi potrebbero cercare segni di attività vulcanica (che era molto più diffusa nel passato della Terra), nonché idrogeno e metano - che erano importanti per le prime condizioni sulla Terra. Allo stesso modo, secondo Schwieterman, potrebbero cercare organismi viola usando metodi simili a quelli usati per monitorare la vegetazione qui sulla Terra:
“La raccolta leggera della retina di cui discutiamo nel nostro documento produrrebbe una firma distinta dal VRE. Mentre la vegetazione ha un caratteristico "bordo rosso", causato dal forte assorbimento della luce rossa e dal riflesso della luce infrarossa, le batteriorodopsine a membrana viola assorbono la luce verde più fortemente, producendo un "bordo verde". Le caratteristiche di questa firma differirebbero tra gli organismi sospesi nell'acqua o sulla terra, proprio come con i normali fotosintetizzatori. Se i fototrofi basati sulla retina esistessero in abbondanza abbastanza elevata su un esopianeta, questa firma sarebbe incorporata nello spettro di luce riflessa di quel pianeta e potrebbe essere potenzialmente vista dai futuri telescopi spaziali avanzati (che sarebbero anche alla ricerca di VRE, ossigeno, metano e anche altre potenziali biosignature). "
Nei prossimi anni, la nostra capacità di caratterizzare gli esopianeti migliorerà notevolmente grazie ai telescopi di prossima generazione come il James Webb Space Telescope (JWST), l'Extremely Large Telescope (ELT), il Thirty Meter Telescope e il Giant Magellan Telescope ( GMT). Con queste funzionalità aggiuntive e una gamma più ampia di cosa cercare, la designazione "potenzialmente abitabile" potrebbe assumere un nuovo significato!
