В поисках инопланетной жизни фиолетовый может стать новым «цветом жизни»

Автор: Public domain

От комнатных растений и садов до полей и лесов, зеленый — это цвет, который мы больше всего ассоциируем с жизнью на поверхности Земли, где условия благоприятствовали эволюции организмов, которые осуществляют фотосинтез, производящий кислород, с использованием зеленого пигмента хлорофилла а.

Но планета, подобная Земле, вращающаяся вокруг другой звезды, может выглядеть совсем иначе, потенциально покрытая бактериями, которые получают мало или вообще не получают видимого света или кислорода, как в некоторых средах на Земле, и вместо этого используют невидимое инфракрасное излучение для питания фотосинтеза.

Вместо зеленого цвета многие такие бактерии на Земле содержат фиолетовые пигменты, и фиолетовые миры, в которых они доминируют, будут давать характерный «световой отпечаток», который можно будет обнаружить с помощью наземных и космических телескопов следующего поколения, сообщают ученые Корнелла в новом исследовании.

«Фиолетовые бактерии могут процветать в самых разных условиях, что делает их одним из основных претендентов на жизнь, которая может доминировать в различных мирах», — сказала Лигия Фонсека Коэльо, научный сотрудник Института Карла Сагана (CSI) и первый автор исследования. «Фиолетовый — это новый зеленый: биопигменты и спектры фиолетовых миров, похожих на Землю», опубликовано в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества».

«Нам необходимо создать базу данных признаков жизни, чтобы быть уверенными, что наши телескопы не упустят жизнь, если она не будет выглядеть точно так же, как то, с чем мы сталкиваемся вокруг нас каждый день», — добавила соавтор Лиза Калтенеггер, директор CSI и доцент астрономии в Колледже искусств и наук.

На сегодняшний день астрономы подтвердили существование более 5500 экзопланет, в том числе более 30 планет, потенциально похожих на Землю. Планируемые обсерватории, такие как Чрезвычайно Большой Телескоп (Extremely Large Telescope) и Обсерватория Обитаемых Миров (Habitable Worlds Observatory), будут исследовать химический состав этих миров в обитаемых зонах их звезд, где условия способствуют существованию жидкой воды на поверхности, и анализировать их состав.

Используя жизнь на Земле в качестве руководства, многопрофильная группа ученых CSI, в которую также входят Уильям Филпот, почетный профессор Школы гражданского и экологического строительства Корнеллского машиностроения, и Стивен Зиндер, почетный профессор микробиологии в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни, - каталогизируют цвета и химические характеристики, которые разнообразные организмы и минералы будут представлять в отраженном свете экзопланеты.

Коэльо собрал и вырастил образцы более 20 пурпурных серных и пурпурных несерных бактерий, которые можно встретить в самых разных средах: от мелководья, побережья и болот до глубоководных гидротермальных источников.

Зиндер и Коэльо взяли некоторые образцы из пруда на территории кампуса Корнелла, а другие были извлечены Коэльо из вод у Кейп-Кода во время летнего курса по микробному разнообразию 2023 года в Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, а также из лабораторных культур, поддерживаемых сотрудниками Университета Департамент биологии растений и микробов Миннесоты, доцент Тринити Гамильтон и докторант Тейлор Прайс.

То, что в совокупности называют пурпурными бактериями, на самом деле имеет ряд цветов, включая желтый, оранжевый, коричневый и красный, благодаря пигментам, родственным тем, которые делают помидоры красными, а морковь — оранжевой. Они процветают при низкоэнергетическом красном или инфракрасном свете, используя более простые системы фотосинтеза, использующие формы хлорофилла, которые поглощают инфракрасное излучение и не выделяют кислород.

По словам исследователей, они, вероятно, были распространены на ранней Земле до появления фотосинтеза растительного типа и могут быть особенно хорошо подходят для планет, которые вращаются вокруг более холодных красных карликов — наиболее распространенного типа в нашей галактике.

«Они уже процветают здесь в определенных нишах», — сказал Коэльо. «Только представьте, если бы они не конкурировали с зелеными растениями, водорослями и бактериями: красное солнце могло бы создать им наиболее благоприятные условия для фотосинтеза».

Измерив биопигменты и световые отпечатки пурпурных бактерий, исследователи создали модели планет земного типа с различными условиями и облачным покровом. По словам Коэльо, в различных смоделированных средах как влажные, так и сухие пурпурные бактерии производили ярко окрашенные биосигнатуры.

«Если фиолетовые бактерии процветают на поверхности замерзшей Земли, океанского мира, снежной Земли или современной Земли, вращающейся вокруг более холодной звезды», — сказал Коэльо, — «то теперь у нас есть инструменты для их поиска».

Обнаружение «бледно-фиолетовой точки» в другой солнечной системе повлечет за собой интенсивные наблюдения за планетой, чтобы попытаться исключить другие источники цвета, такие как цветные минералы, которые CSI также каталогизирует.

Калтенеггер, автор готовящейся к выходу книги «Чужие Земли: новая наука об охоте за планетами в космосе», сказал, что обнаружение жизни с помощью современных технологий настолько сложно, что если даже одноклеточные организмы будут обнаружены в одном месте, это позволит предположить, что жизнь должно быть широко распространена в космосе. Это произвело бы революцию в нашем понимании извечного вопроса: одни ли мы во Вселенной?

«Мы просто открываем глаза на эти захватывающие миры вокруг нас», — сказал Калтенеггер. «Фиолетовые бактерии могут выживать и процветать в таких разнообразных условиях, что легко представить, что во многих разных мирах фиолетовый может быть просто новым зеленым».

Больше информации: Lígia Fonseca Coelho et al, Purple is the new green: biopigments and spectra of Earth-like purple worlds, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae601

Источник: Cornell University