태양계를 넘어 잠재적으로 거주 가능한 행성을 찾는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 확인 된 태양계 행성의 수는 최근 수십 년 동안 (3791 및 카운트!) 도약과 경계에 의해 증가했지만, 대다수는 간접적 인 방법을 사용하여 감지되었습니다. 이것은이 행성들의 대기와 표면 상태를 특징 짓는 것이 추정과 교육 된 추측의 문제라는 것을 의미합니다.
마찬가지로 과학자들은 지구가 생명을 지탱하는 유일한 행성이기 때문에 지구에 존재하는 것과 비슷한 조건을 찾습니다. 그러나 많은 과학자들이 지적했듯이, 지구의 상태는 시간이 지남에 따라 극적으로 변했습니다. 최근 연구에서 한 쌍의 연구자들은 더 단순한 형태의 광합성 생물 형태가 엽록소에 의존하는 것보다 우선 할 수 있다고 주장하며, 이는 거주 가능한 외계 행성을 찾는 데 엄청난 영향을 미칠 수 있다고 주장한다.
그들이 최근 연구에서 언급 한 바와 같이 국제 천문학 저널생명의 기원이 아직 완전히 이해되지는 않았지만, 일반적으로 생명이 37 억 년에서 41 억 년 전에 (하데스 후기 나 아 케온 초기에) 생겨났다는 데 일반적으로 동의한다. 이때 분위기는 오늘날 우리가 알고 의존하는 분위기와 근본적으로 달랐습니다.
지구의 초기 대기는 이산화탄소와 메탄의 조합으로 주로 질소와 산소 (각각 78 %와 21 %, 미량 가스가 나머지를 구성 함)로 구성되는 것이 아닙니다. 그리고 대략 29 억에서 30 억년 전에 광합성 박테리아가 나타나 산소 가스로 대기를 풍성하게하기 시작했습니다.
이 요인과 다른 요인으로 인해 지구는 약 23 억 년 전에“위대한 산화 사건”을 경험했으며 지구의 대기를 영구적으로 변경했습니다. 이러한 일반적인 합의에도 불구하고, 엽록소를 사용하여 유기체가 햇빛을 화학 에너지로 변환하도록 진화 한 과정과 타임 라인은 여전히 많은 추측의 대상입니다.
그러나 Shiladitya DasSarma와 메릴랜드 대학교 분자 생물학 교수 및 UC 리버 사이드의 우주 생물학자인 Edward Schwieterman 박사가 수행 한 연구에 따르면 엽록소 이전에 다른 유형의 광합성이있을 수 있습니다. "퍼플 어스 (Purple Earth)"로 알려진 그들의 이론은 망막 (보라색 색소)을 사용하여 광합성을하는 유기체가 엽록소를 사용하는 유기체보다 먼저 지구상에 나타났다는 것입니다.
이 형태의 광합성은 오늘날에도 지구에 널리 퍼져 있으며 염분 농도가 특히 높은 곳인 초 염분 환경에서 지배적 인 경향이 있습니다. 또한, 망막 의존성 광합성은 훨씬 간단하고 덜 효율적인 과정입니다. 이러한 이유로 DasSarma와 Schwieterman은 망막 기반 광합성이 더 빨리 진화했을 가능성을 고려했습니다.
DasSarma 교수가 Space Magazine에 이메일을 통해 다음과 같이 말했습니다.
“망막은 엽록소에 비해 비교적 간단한 화학 물질입니다. 그것은 동위 원소 구조를 가지고 있으며, 25 ~ 37 억년 전에 초기 지구상에 이들 화합물이 존재한다는 증거가있다. 망막의 흡수는 많은 태양 에너지가 발견되는 가시 광선 스펙트럼의 황록색 부분에서 발생하며, 스펙트럼의 청색 및 적색 영역에서 엽록소의 흡수에 상보 적입니다. 망막 기반 광 영양은 엽록소 의존성 광합성보다 훨씬 단순하며, 빛 에너지를 화학 에너지 (ATP)로 변환하기 위해 망막 단백질, 막 소포 및 ATP 합성 효소 만 필요합니다. 더 단순한 망막 의존성 광합성이 더 복잡한 엽록소 의존성 광합성보다 먼저 진화 한 것이 합리적이라고 생각합니다.”
그들은 또한 세포 생명체의 발달 직후에 세포 생물의 출현이 세포 에너지를 생산하는 초기 수단으로 올 것이라고 가설을 세웠다. 엽록소 광합성의 진화는 이전 세대와 나란히 진화하여 특정 틈새를 채우는 후속 개발로 볼 수 있습니다.
DasSarma는“망막 의존성 광 영양은 광구 동 양성자 펌핑에 사용되며 막 횡단 양성자 운동 구배를 초래한다”고 말했다. “양자 동기 구배는 ATP 합성에 화학적으로 결합 될 수 있습니다. 그러나 식물이나 시아 노 박테리아처럼 광합성 단계에서 엽록소 색소를 사용하는 식물과 시아 노 박테리아와 같은 현존하는 유기체에서 C- 고정 또는 산소 생성과 관련이없는 것으로 밝혀졌습니다.”
Schwieterman은“또 다른 큰 차이점은 엽록소와 (망막 기반) 로돕신에 의해 흡수되는 광 스펙트럼입니다. "엽록소가 시각적 스펙트럼의 파란색과 빨간색 부분에서 가장 강하게 흡수되는 반면, 박테리오로돕신은 녹색-노란색에서 가장 강하게 흡수됩니다."
엽록소 구동 광합성 유기체는 적색과 청색 빛을 흡수하고 녹색을 반사하는 반면 망막 구동 유기체는 녹색과 노란색 빛을 흡수하고 자주색을 반사합니다. DaSarma는 과거에 그러한 유기체의 존재를 제안했지만, 그녀와 Schwieterman의 연구는“보라색 지구”가 거주 할 수있는 태양계 행성을 찾는 데 미칠 수있는 영향을 조사했습니다.
수십 년 동안의 지구 관측 덕분에 과학자들은 VRE (Vetgetation Red Edge)를 사용하여 우주에서 녹색 초목을 식별 할 수 있음을 이해했습니다. 이 현상은 녹색 식물이 녹색 빛을 반사하면서 동시에 빨간색과 노란색 빛을 흡수하는 동시에 적외선 파장에서 밝게 빛나는 방식을 말합니다.
광대역 분광법을 사용하여 우주에서 볼 때, 적외선 신호에 기초하여 다량의 초목을 식별 할 수 있습니다. 외계 행성 연구를 위해 많은 과학자들 (Carl Sagan 포함)이 동일한 방법을 제안했습니다. 그러나, 그것의 적용 성은 엽록소 구동 광합성 식물을 진화시키고 행성의 상당 부분에 분포되어있는 행성으로 제한 될 것이다.
또한 광합성 유기체는 지구의 비교적 최근 역사에서만 진화했습니다. 지구는 약 46 억 년 동안 존재했지만, 녹색 혈관 식물은 4 억 6 천만 년 전에 나타나기 시작했습니다. 그 결과, 녹색 초목을 찾는 외계 행성 측량은 진화 과정에서 멀리 떨어져있는 거주 가능한 행성 만 찾을 수있을 것입니다. Schwieterman은 다음과 같이 설명했다.
“우리의 연구는 거주 가능할 수 있고 언젠가 생명 징후에 대한 스펙트럼 시그너처를 분석 할 수있는 외계 행성 서브 세트에 관한 것입니다. 생체 서명으로서의 VRE는 식물 및 조류와 같은 산소를 생산하는 광합성 기 한 종류의 유기체에 의해서만 알려집니다. 이 유형의 삶은 오늘날 우리 행성에서 지배적이지만 항상 그런 것은 아니며 모든 외계 행성에서는 그렇지 않을 수도 있습니다. 우리는 다른 곳의 삶에 보편적 인 특성이있을 것으로 기대하지만, 다른 곳에있는 다양한 특성 유기체를 고려하여 삶을 찾는 데 성공할 수있는 기회를 극대화합니다.”
이와 관련하여 DeSharma와 Schwieterman의 연구는 Ramirez 박사 (2018)와 Ramirez와 Lisa Kaltenegger (2017)와 다른 연구자들의 최근 연구와는 다릅니다. 이 연구와 다른 유사한 연구에서 과학자들은 지구 대기가 오늘날과 매우 다르다는 점을 고려하여“거주 가능한 구역”개념을 확장 할 수 있다고 제안했습니다.
따라서 설문 조사에서는 산소와 질소 가스 및 물의 징후를 찾는 대신 지구의 초기 조건에 중요한 수소와 메탄뿐만 아니라 화산 활동의 징후 (지구의 과거에 훨씬 널리 퍼진 징후)를 찾을 수있었습니다. Schwieterman에 따르면 거의 같은 방식으로 지구의 식물을 모니터링하는 데 사용되는 것과 유사한 방법을 사용하여 자주색 유기체를 검색 할 수 있습니다.
“우리 논문에서 논의한 망막 광 수확은 VRE와는 다른 시그니처를 생성 할 것입니다. 식생에는 적광의 강한 흡수와 적외선의 반사로 인해 독특한 "적색 가장자리"가 있지만, 자주색 막 박테리오로돕신은 가장 강력하게 녹색 빛을 흡수하여 "녹색 가장자리"를 생성합니다. 이 시그니처의 특징은 일반 광합성 기와 마찬가지로 물이나 육지에 현탁 된 유기체마다 다릅니다. 망막 기반 광 영양이 외계 행성에 충분히 풍부하게 존재하는 경우,이 서명은 그 행성의 반사 된 빛 스펙트럼에 포함되어 있으며 미래의 고급 우주 망원경 (VRE, 산소, 메탄 및 다른 잠재적 인 생체 특성도 마찬가지입니다.”
향후 몇 년 동안, 우리의 외계 행성을 특성화하는 능력은 제임스 웹 우주 망원경 (JWST), 매우 큰 망원경 (ELT), 30 미터 망원경 및 자이언트 마젤란 망원경과 같은 차세대 망원경 덕분에 극적으로 향상 될 것입니다. GMT). 이러한 기능이 추가되고 경계에 추가 될 내용이 다양 해짐에 따라 "잠재적으로 거주 가능"이라는 명칭이 새로운 의미를 가질 수 있습니다!
