در جست و جوی سیاره‌ بنفش

فرادید | برای پیدا کردن شواهدی از حیات در سیارات خارج از منظومه‌ی شمسی، دانشمندان باید به دنبال سیاره‌ی بنفش باشند. پیدا کردن سیاره‌ای دارای حیات در خارج از منظومه‌ی شمسی ما کار ساده‌ای نیست؛ بنابراین تعیین اتمسفر و نوع سطح این سیارات، می‌تواند به ما کمک کند تا سیارات مناسب را حدس بزنیم.

دانشمندان به دنبال سیاره‌ای هستند که شرایط آن شبیه به زمین باشد. اما بسیاری از محققان تغییر شرایط زمین را در طول زمان تایید می‌کنند که باید مورد توجه قرار گیرد. در مطالعه‌ای که اخیرا انجام شده، تعدادی از دانشمندان بیان کرده اند که فرم‌های ساده‌ای از زندگی فوتوسنتزی می‌تواند نشان دهنده‌ی امکان وجود حیات در دیگر سیارات باشد.

حدود ۴ میلیارد سال پیش که حیات بر روی زمین آغاز شده، اتمسفر آن کاملا متفاوت از چیزی که ما امروز مشاهده می‌کنیم بوده است. اتمسفر زمین ترکیبی از کربن دی اکسید و متان بوده است. حدود ۳ میلیارد سال پیش که باکتری‌های فوتوسنتزی افزایش یافتند، اتمسفر زمین دارای اکسیژن شده است. به همین علت امروزه زمین چیزی را تجربه می‌کند که به آن پدید‌های اکسیژنی بزرگ می‌گویند.

به گزارش فرادید؛ حدود ۳.۲ میلیارد سال پیش زمین اتمسفر امروزی خود را پیدا کرد. با این حال، زمان شروع فرآیندی که در آن ارگانیسم‌ها تبدیل نور خورشید به انرژی شیمیایی توسط کلروفیل را آغاز کردند، مشخص نیست.

بر اساس مطالعه‌ای که توسط شیلادیتیا (Shiladitya) در دانشگاه مریلند (Maryland) انجام شده است، نوع دیگری از فوتوسنتز قبل از وجود کلروفیل نیز وجود داشته است. ایدهی آن‌ها که به عنوان سیاره‌ی بنفش شناخته می‌شود، این است که ارگانیسم‌ها فوتوسنتز را به وسیله‌ی رتینال (یک رنگدانه‌ی بنفش) انجام میداده اند.

البته فوتوسنتزی که با استفاده از رتینال انجام میشود بسیار ساده‌تر است، اما فرآیند آن بهینه نیست، به همین علت دانشمندان معتقدند که این فرآیند زودتر اتفاق می‌افتاده است.

دانشمندان معتقدند که این فرآیند زودتر اتفاق می‌افتاده است. تفاوت عمده در این دو روش فوتوسنتز، مربوط به طیف نوری است که رتینال و کلروفیل جذب می‌کنند. کلروفیل رنگ‌های قرمز و آبی را از طیف نوری قابل رویت به شدت جذب می‌کند و در نهایت رنگ سبز را ساطع می‌نماید، در حالی که رتینال رنگ‌های سبز و زرد را جذب می‌کند و رنگ بنفش را بازتاب می‌دهد.

با توجه به اینکه در گذشته، ارگانیسم‌هایی در زمین وجود داشته اند که با رتینال فوتوسنتز می‌کردند، امکان وجود حیات در سیارات خارج از منظومه‌ی شمسی که به عنوان سیاره‌ی بنفش شناخته می‌شوند، در آینده وجود دارد.

به علت مشاهدات و تصاویری که در دهه‌های اخیر با استفاده از ماهواره‌ها از زمین داشته ایم، محققان فهمیده اند رشد گیاهان سبز رنگ در زمین می‌تواند از فضا مشخص باشد که به این اتفاق لبه‌ی قرمز گیاهی با (VRE (Vegetation Red Edge می‌گویند.

این پدیده به علت جذب نور‌های آبی و قرمز و بازتاب نور سبز می‌افتد؛ بنابراین امکان تشخیص اینکه در سیاره‌ای گیاهان بنفش در حال رشد و نمو هستند وجود دارد که به این سیارات مستعد وجود حیات، سیارات بنفش می‌گویند.

لبه قرمز به منطقه تغییر سریع بازتاب پوشش گیاهی در محدوده نزدیک مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی اشاره دارد. کلروفیل موجود در پوشش گیاهی بیشتر نور قسمت قابل مشاهده طیف را جذب می‌کند، اما در طول موج‌های بیش از ۷۰۰ نانومتر تقریباً شفاف می‌شود.

سپس ساختار سلولی پوشش گیاهی باعث انعکاس این نور مادون قرمز می‌شود، زیرا هر سلول چیزی شبیه بازتابنده گوشه‌ای اولیه است. این تغییر می‌تواند از ۵ ٪ به ۵۰ ٪ بازتاب از ۶۸۰ nm به ۷۳۰ nm باشد. این مزیت گیاهان در جلوگیری از گرم شدن بیش از حد در هنگام فتوسنتز است.

این پدیده برای روشنایی شاخ و برگ در عکس مادون قرمز حساب می‌شود و به طور گسترده‌ای به شکل شاخص‌های به اصطلاح پوشش گیاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد (به عنوان مثال شاخص پوشش گیاهی اختلاف عادی). این در سنجش از دور برای نظارت بر فعالیت گیاهان استفاده می‌شود، و پیشنهاد شده است که می‌تواند برای شناسایی موجودات جمع کننده نور در سیارات دوردست مفید باشد.

فرضیه زمینِ بنفش یا Purple Earth Hypothesis یک فرضیه نجومی است که اشکال حیات فتوسنتز اولیه زمین بیش از آنکه مبتنی بر کلروفیل باشد، مبتنی بر شبکیه است و باعث می‌شود زمین بنفش به جای سبز بنظر برسد.

نمونه‌ای از ارگانیسم‌های مبتنی بر شبکیه که امروزه وجود دارد، میکروب‌های فتوسنتزی است که در مجموع Haloarchaea نامیده می‌شوند. زمان آن حدود ۲.۴ تا ۳.۵ میلیارد سال پیش، قبل از رویداد اکسیژن رسانی بزرگ بود.

بسیاری از هالوکار‌ها در غشای بنفش خود حاوی پروتئین شبکیه، باکتریورودوپسین هستند که عمل پمپاژ پروتون را با نور انجام می‌دهد، یک شیب محرک پروتون در غشای سلول ایجاد می‌کند و سنتز ATP را هدایت می‌کند. غشای بنفش هالوکارئال یکی از ساده‌ترین سیستم‌های انرژی زیستی شناخته شده برای برداشت انرژی نور را تشکیل می‌دهد.

غشای بنفش حاوی شبکیه یک اوج جذب نور منفرد را در منطقه غنی از انرژی زرد سبز از طیف خورشیدی نشان می‌دهد، اما انتقال نور قرمز و آبی را امکان پذیر می‌کند، و در نتیجه رنگ بنفش عمیق ایجاد می‌شود.

در مقابل، رنگدانه‌های کلروفیل نور قرمز و آبی را جذب می‌کنند، اما نور سبز کم یا کم است، که منجر به رنگ سبز مشخص گیاهان، سیانوباکتری‌ها و غشای فتوسنتز می‌شود. میکروارگانیسم‌ها با رنگدانه‌های بنفش و سبز اغلب در جوامع طبقه بندی شده وجود دارند که ممکن است از مناطق مکمل طیف خورشیدی استفاده کنند.

سادگی رنگدانه‌های شبکیه هالارکئال در مقایسه با غشای فتوسنتزی مبتنی بر کلروفیل پیچیده تر، ارتباط آن‌ها با لیپید‌های ایزوپرانوئید در غشای سلول و همچنین کشف اجزای غشای باستانی در رسوبات باستانی در اوایل زمین با ظاهری زودهنگام سازگار است.

شکل‌های زندگی با غشای بنفش قبل از فتوسنتز سبز - سایپرز، باشگاه دانش همزیستی رنگدانه‌های بنفش و سبز حاوی میکروارگانیسم‌ها در بسیاری از محیط ها، پیشرفت همزمان آن‌ها را نشان می‌دهد. متخصصان نجوم گفته اند که رنگدانه‌های شبکیه ممکن است به عنوان بیوگرافی از راه دور در تحقیقات خارج سیاره عمل کنند.