Wetenschap
Op zoek naar buitenaards leven kan paars het nieuwe groen zijn
Van kamerplanten en tuinen tot velden en bossen:groen is de kleur die we het meest associëren met het oppervlakteleven op aarde, waar de omstandigheden de evolutie bevorderden van organismen die zuurstofproducerende fotosynthese uitvoeren met behulp van het groene pigment chlorofyl a.
Maar een aarde-achtige planeet die in een baan om een andere ster draait, kan er heel anders uitzien, mogelijk bedekt door bacteriën die weinig of geen zichtbaar licht of zuurstof ontvangen, zoals in sommige omgevingen op aarde, en in plaats daarvan onzichtbare infraroodstraling gebruiken om de fotosynthese aan te drijven.
In plaats van groen bevatten veel van dergelijke bacteriën op aarde paarse pigmenten, en paarse werelden waarop ze dominant zijn zouden een kenmerkende ‘lichtvingerafdruk’ produceren die detecteerbaar is door de volgende generatie telescopen op de grond en in de ruimte, rapporteren wetenschappers van Cornell in nieuw onderzoek. /P>
"Paarse bacteriën kunnen gedijen onder een breed scala aan omstandigheden, waardoor het een van de belangrijkste kanshebbers voor leven is en een verscheidenheid aan werelden zou kunnen domineren", zegt Lígia Fonseca Coelho, een postdoctoraal medewerker aan het Carl Sagan Instituut (CSI) en eerste auteur van "Purple is the New Green:Biopigments and Spectra of Earth-like Purple Worlds", gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
“We moeten een database opzetten voor tekenen van leven om ervoor te zorgen dat onze telescopen het leven niet missen als het er niet precies zo uitziet als wat we elke dag om ons heen tegenkomen”, aldus co-auteur Lisa Kaltenegger, CSI-directeur en universitair hoofddocent. van astronomie aan het College of Arts and Sciences.
Astronomen hebben tot nu toe meer dan 5.500 exoplaneten bevestigd, waaronder meer dan 30 potentieel aardachtige planeten. Geplande observatoria zoals de Extremely Large Telescope en Habitable Worlds Observatory zullen de chemische samenstelling van deze werelden in de bewoonbare zones van hun sterren onderzoeken – waar de omstandigheden bevorderlijk zijn voor het bestaan van vloeibaar water aan het oppervlak – en hun samenstelling analyseren.
Met het leven op aarde als leidraad heeft het multidisciplinaire team van wetenschappers van CSI – waaronder ook William Philpot, emeritus hoogleraar aan de School of Civil and Environmental Engineering in Cornell Engineering, en Stephen Zinder, emeritus hoogleraar microbiologie aan het College of Agriculture and Life Sciences – catalogiseren de kleuren en chemische kenmerken die een breed scala aan organismen en mineralen zouden vertonen in het gereflecteerde licht van een exoplaneet.
Coelho verzamelde en kweekte monsters van meer dan twintig paarse zwavel- en paarse niet-zwavelbacteriën die in allerlei omgevingen voorkomen, van ondiepe wateren, kusten en moerassen tot diepzeehydrothermale bronnen.
Zinder en Coelho haalden enkele monsters uit een vijver op de campus van Cornell, terwijl andere door Coelho uit de wateren bij Cape Cod werden gehaald tijdens de zomercursus Mbiotic Diversity van 2023 in het Marine Biological Laboratory in Woods Hole en uit laboratoriumculturen die werden onderhouden door medewerkers van de Universiteit van Minnesota's afdeling Planten- en Microbiële Biologie, universitair hoofddocent Trinity Hamilton en promovendus Taylor Price.
Wat gezamenlijk paarse bacteriën wordt genoemd, heeft in feite een reeks kleuren, waaronder geel, oranje, bruin en rood, vanwege pigmenten die verwant zijn aan de pigmenten die tomaten rood en wortels oranje maken. Ze gedijen op energiezuinig rood of infrarood licht met behulp van eenvoudigere fotosynthesesystemen die gebruik maken van vormen van chlorofyl die infrarood absorberen en geen zuurstof maken.
Ze kwamen waarschijnlijk al voor op de vroege aarde vóór de komst van fotosynthese van het plantentype, aldus de onderzoekers, en zouden bijzonder geschikt kunnen zijn voor planeten rond koelere rode dwergsterren – het meest voorkomende type in onze Melkweg.
"Ze gedijen hier al in bepaalde niches", zei Coelho. "Stel je voor dat ze niet zouden concurreren met groene planten, algen en bacteriën:een rode zon zou hen de gunstigste omstandigheden voor fotosynthese kunnen bieden."
Na het meten van de biopigmenten en lichte vingerafdrukken van de paarse bacterie, creëerden de onderzoekers modellen van aardachtige planeten met variërende omstandigheden en bewolking. In een reeks gesimuleerde omgevingen produceerden zowel natte als droge paarse bacteriën intens gekleurde biosignaturen, zei Coelho.
"Als paarse bacteriën gedijen op het oppervlak van een bevroren aarde, een oceaanwereld, een sneeuwbalaarde of een moderne aarde die rond een koelere ster draait", zei Coelho, "hebben we nu de middelen om ernaar te zoeken."
Het detecteren van een "lichtpaarse stip" in een ander zonnestelsel zou aanleiding geven tot intensieve observaties van de planeet om te proberen andere kleurbronnen uit te sluiten, zoals kleurrijke mineralen, die CSI ook catalogiseert.
Kaltenegger, auteur van het binnenkort te verschijnen boek ‘Alien Earths:The New Science of Planet Hunting in the Cosmos’, zei dat het detecteren van leven met de huidige technologie zo moeilijk is dat als er zelfs maar eencellige organismen op één plek worden aangetroffen, dit zou suggereren dat er leven is moet wijdverspreid zijn in de kosmos. Dat zou een revolutie teweegbrengen in ons denken over de eeuwenoude vraag:zijn wij alleen in het universum?
"We openen gewoon onze ogen voor deze fascinerende werelden om ons heen", zei Kaltenegger. "Paarse bacteriën kunnen overleven en gedijen onder zoveel verschillende omstandigheden dat je je gemakkelijk kunt voorstellen dat paars op veel verschillende werelden misschien wel het nieuwe groen is."