Menemukan planet yang berpotensi layak huni di luar Tata Surya kita bukanlah tugas yang mudah. Sementara jumlah planet ekstra-matahari yang dikonfirmasi telah tumbuh dengan pesat dalam beberapa dekade terakhir (3791 dan terus bertambah!), Sebagian besar telah terdeteksi menggunakan metode tidak langsung. Ini berarti bahwa mengkarakterisasi atmosfer dan kondisi permukaan planet-planet ini telah menjadi masalah perkiraan dan tebakan terpelajar.
Demikian pula, para ilmuwan mencari kondisi yang mirip dengan apa yang ada di Bumi, karena Bumi adalah satu-satunya planet yang kita kenal yang mendukung kehidupan. Tetapi seperti yang ditunjukkan oleh banyak ilmuwan, kondisi Bumi telah berubah secara dramatis dari waktu ke waktu. Dan dalam sebuah penelitian baru-baru ini, sepasang peneliti berpendapat bahwa bentuk kehidupan fotosintesis yang lebih sederhana mungkin ada sebelum mereka yang bergantung pada klorofil - yang dapat memiliki implikasi drastis dalam perburuan exoplanet yang dapat dihuni.
Seperti yang mereka nyatakan dalam studi mereka, yang baru-baru ini muncul di Internet Jurnal Astronomi Internasional, sementara asal usul kehidupan masih belum sepenuhnya dipahami, secara umum disepakati bahwa kehidupan muncul antara 3,7 dan 4,1 miliar tahun yang lalu (selama akhir Hadean atau awal Archean Eon). Pada saat ini, suasananya sangat berbeda dari yang kita kenal dan bergantung hari ini.
Alih-alih terutama terdiri dari nitrogen dan oksigen (masing-masing ~ 78% dan 21%, dengan gas sisa membentuk sisanya), atmosfer awal Bumi adalah kombinasi karbon dioksida dan metana. Dan kemudian, sekitar 2,9 hingga 3 miliar tahun yang lalu, bakteri fotosintesis muncul yang mulai memperkaya atmosfer dengan gas oksigen.
Karena faktor ini dan lainnya, Bumi mengalami apa yang dikenal sebagai "Peristiwa Oksidasi Hebat" sekitar 2,3 miliar tahun yang lalu, yang secara permanen mengubah atmosfer planet kita. Terlepas dari konsensus umum ini, proses dan garis waktu di mana organisme berevolusi untuk mengubah sinar matahari menjadi energi kimia menggunakan klorofil tetap menjadi subyek banyak dugaan.
Namun, menurut penelitian yang dilakukan oleh Shiladitya DasSarma, dan Dr Edward Schwieterman - seorang profesor biologi molekuler di University of Maryland dan masing-masing astrobiolog di UC Riverside, masing-masing - jenis fotosintesis yang berbeda mungkin mendahului klorofil. Teori mereka, yang dikenal sebagai "Bumi Ungu", adalah bahwa organisme yang melakukan fotosintesis menggunakan retina (pigmen ungu) muncul di Bumi sebelum mereka yang menggunakan klorofil.
Bentuk fotosintesis ini masih lazim di Bumi saat ini dan cenderung mendominasi di lingkungan hipersalin - yaitu tempat-tempat di mana konsentrasi garam sangat tinggi. Selain itu, fotosintesis yang tergantung retina adalah proses yang jauh lebih sederhana dan kurang efisien. Karena alasan inilah DasSarma dan Schwieterman mempertimbangkan kemungkinan bahwa fotosintesis berbasis retina mungkin berevolusi lebih cepat.
Seperti yang Profesor DasSarma katakan kepada Space Magazine melalui email:
“Retina adalah bahan kimia yang relatif sederhana dibandingkan dengan klorofil. Ia memiliki struktur isoprenoid dan ada bukti keberadaan senyawa-senyawa ini di Bumi purba, paling awal 2,5-3,7 miliar tahun lalu. Penyerapan retina terjadi di bagian kuning-hijau dari spektrum yang terlihat di mana banyak energi matahari ditemukan, dan itu melengkapi penyerapan klorofil di daerah spektrum biru dan merah yang mengapit. Fototropi berbasis retina jauh lebih sederhana daripada fotosintesis yang bergantung pada klorofil, hanya membutuhkan protein retina, vesikel membran, dan ATP sintase untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia (ATP). Tampaknya masuk akal bahwa fotosintesis ketergantungan retina yang lebih sederhana berkembang lebih awal daripada fotosintesis yang bergantung pada klorofil yang lebih kompleks. ”
Mereka lebih jauh berhipotesis bahwa kemunculan organisme ini akan muncul segera setelah perkembangan kehidupan sel, sebagai cara awal untuk menghasilkan energi seluler. Evolusi fotosintesis klorofil karena itu dapat dilihat sebagai perkembangan selanjutnya yang berevolusi bersama pendahulunya, dengan keduanya mengisi ceruk tertentu.
“Fototropi yang bergantung pada retina digunakan untuk pemompaan proton yang digerakkan oleh cahaya, yang menghasilkan gradien motif-proton transmembran,” kata DasSarma. “Gradien motif-proton dapat secara kimio-logis digabungkan dengan sintesis ATP. Namun, belum ditemukan terkait dengan fiksasi C atau produksi oksigen dalam organisme (modern) yang masih ada, seperti pada tanaman dan cyanobacteria, yang menggunakan pigmen klorofil untuk kedua proses ini selama tahap fotosintesis. "
"Perbedaan besar lainnya adalah spektrum cahaya yang diserap oleh klorofil dan rhodopsin (berbasis retina)," tambah Schwieterman. "Sementara klorofil menyerap paling kuat di bagian biru dan merah dari spektrum visual, bacteriorhodopsin menyerap paling kuat di hijau-kuning."
Jadi, sementara organisme fotosintesis yang digerakkan klorofil akan menyerap cahaya merah dan biru dan memantulkan hijau, organisme yang digerakkan oleh retina akan menyerap cahaya hijau dan kuning dan memantulkan warna ungu. Sementara DaSarma telah menyarankan keberadaan organisme seperti itu di masa lalu, dia dan penelitian Schwieterman melihat kemungkinan implikasi yang mungkin dimiliki oleh "Bumi Ungu" dalam perburuan planet-planet ekstra-surya yang layak huni.
Berkat pengamatan Bumi selama beberapa dekade, para ilmuwan telah memahami bahwa vegetasi hijau dapat diidentifikasi dari luar angkasa menggunakan apa yang disebut Vegetation Red Edge (VRE). Fenomena ini mengacu pada bagaimana tanaman hijau menyerap cahaya merah dan kuning sambil memantulkan cahaya hijau, sementara pada saat yang sama bersinar terang pada panjang gelombang inframerah.
Dilihat dari ruang angkasa menggunakan spektroskopi broadband, konsentrasi besar vegetasi dapat diidentifikasi berdasarkan tanda inframerah mereka. Metode yang sama telah diusulkan oleh banyak ilmuwan (termasuk Carl Sagan) untuk mempelajari planet ekstrasurya. Namun, penerapannya akan terbatas pada planet-planet yang juga mengembangkan tanaman fotosintesis yang didorong klorofil, dan yang didistribusikan di sebagian besar planet ini.
Selain itu, organisme fotosintesis hanya berevolusi dalam sejarah Bumi yang relatif baru. Sedangkan Bumi telah ada selama sekitar 4,6 miliar tahun, tanaman vaskular hijau baru mulai muncul 470 juta tahun lalu. Akibatnya, survei planet ekstrasurya yang mencari vegetasi hijau hanya akan dapat menemukan planet layak huni yang jauh di sepanjang evolusi mereka. Seperti yang dijelaskan Schwieterman:
“Pekerjaan kami berkaitan dengan subset dari exoplanet yang mungkin dapat ditinggali dan yang tanda tangan spektralnya suatu hari nanti bisa dianalisis untuk tanda-tanda kehidupan. VRE sebagai biosignature diinformasikan oleh hanya satu jenis organisme — fotosintesis penghasil oksigen seperti tanaman dan ganggang. Jenis kehidupan ini dominan di planet kita saat ini, tetapi tidak selalu demikian dan mungkin tidak terjadi pada semua planet ekstrasurya. Sementara kami berharap kehidupan di tempat lain memiliki beberapa karakteristik universal, kami memaksimalkan peluang kami untuk berhasil dalam mencari kehidupan dengan mempertimbangkan beragam karakteristik organisme di tempat lain. ”
Dalam hal ini, studi DeSharma dan Schwieterman tidak berbeda dengan karya terbaru dari Dr. Ramirez (2018) dan Ramirez dan Lisa Kaltenegger (2017) dan peneliti lainnya. Dalam studi ini dan studi serupa lainnya, para ilmuwan telah mengusulkan bahwa konsep "zona layak huni" dapat diperpanjang dengan mempertimbangkan bahwa atmosfer Bumi dulunya sangat berbeda dari yang ada sekarang.
Jadi daripada mencari tanda-tanda oksigen dan gas nitrogen dan air, survei dapat mencari tanda-tanda aktivitas vulkanik (yang jauh lebih lazim di masa lalu Bumi) serta hidrogen dan metana - yang penting untuk kondisi awal di Bumi. Dengan cara yang hampir sama, menurut Schwieterman, mereka dapat mencari organisme ungu menggunakan metode yang mirip dengan apa yang digunakan untuk memantau vegetasi di Bumi:
“Pemanenan cahaya retina yang kami diskusikan di makalah kami akan menghasilkan tanda tangan yang berbeda dari VRE. Sementara vegetasi memiliki "tepi-merah" yang khas, yang disebabkan oleh penyerapan cahaya merah yang kuat dan pantulan cahaya inframerah, bacteriorhodopsins membran ungu menyerap cahaya hijau paling kuat, menghasilkan "tepi hijau." Karakteristik dari tanda tangan ini akan berbeda antara organisme yang tersuspensi dalam air atau di darat, seperti halnya dengan fotosintesis biasa. Jika fototrof berbasis retina ada pada kelimpahan yang cukup tinggi pada sebuah planet ekstrasurya, tanda tangan ini akan tertanam dalam spektrum cahaya yang dipantulkan planet itu dan berpotensi dilihat oleh teleskop ruang angkasa canggih masa depan (yang juga akan mencari VRE, oksigen, metana, dan biosignature potensial lainnya, juga). "
Di tahun-tahun mendatang, kemampuan kita untuk mengkarakterisasi planet ekstrasurya akan meningkat secara dramatis berkat teleskop generasi mendatang seperti James Webb Space Telescope (JWST), Teleskop Sangat Besar (ELT), Teleskop Tiga Puluh Meter, dan Teleskop Giant Magellan ( WAKTU GREENWICH). Dengan kemampuan yang ditambahkan ini, dan rentang yang lebih besar dari apa yang harus diwaspadai, penunjukan "berpotensi dihuni" dapat mengambil arti baru!
