همان‌طور که در کاوش منظومه شمسی و مطالعه سیاره‌های فراخورشیدی مهارت‌های بیشتری به دست می‌آورد، چشم‌انداز پیداکردن نوعی حیات ساده از قلمرو داستان‌های علمی‌تخیلی خارج از کشور می‌شود و به برنامه‌ریزی ماموریت‌های فضایی با هدف پیدا کردن حیات بیگانه می‌رود. با نزدیک ترشدن روزی که ممکن است با این کشف دست پیدا شود، زمان خوبی برای پرسیدن این است که حیات فرازمینی چگونه می تواند باشد؟

گروهی از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید، زمین باستانی و برخی از اولین ساکنان آن را بررسی کردند تا بهتر دریابند که حیات ساده در جهان‌های دیگر و اتمسفر آن‌ها چگونه ممکن است باشد. زمین امروزی درمقایسه‌با زمانی که میزبان حیاتی ساده بود، بسیار متفاوت است.

رویداد بزرگی زمین را برای همیشه تغییر داد و آن را در مسیر تبدیل شدن به سیاره‌های قرار داد که امروز وجود دارد. جهانی که ویژگی آن اتمسفری غنی از غنی و حیاتی پیچیده است. قبل از رویداد بزرگی، اتمسفر زمین بسیار متفاوت بود و باعث تغییر آن شد. این تاریخچه مختصر حقیقت مهم را نشان می‌دهد: حیات و محیط در‌هم تنیده‌اند.

طرح اولیه حیات روی زمین در محیط نسبتاً از نظر انرژی و در اتمسفری بافق اندک زندگی می‌کردند. نور خورشید، تنها انرژی موجود بود و مدت‌ها پیش از فتوسنتز، اَشکال حیات به‌طور متفاوتی از نور خورشید می‌کردند. آن‌ها از پرورش دهندگان به نام رودوپسین برای گرفتن نور خورشید بهره می‌بردند و اینها را درمقایسه‌ها با فتوسنتز، راه ساده‌تری برای استفاده از انرژی خورشید بودند.

ادوارد شویترمناخترزیست‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت: «در زمین اولیه، انرژی ممکن است بسیار کمیاب باشد. مجموعه‌ها و آرکئاها یاد کردند که بدون مولکول‌های زیستی پیچیده موردنیاز برای فتوسنتز، از انرژی فراوان خورشید استفاده می‌کنند.» شویترمن از نویسندگان مطالعه تاریخ است که در مجله زیست‌شناسی مولکولی منتشر شده است. این مطالعه به سرپرستی بتول کاچار، اخترزیست‌شناس دانشگاه ویسکانسین انجام شد.

رودوپسین‌ها به‌خاطر نقش مفیدشان همراه با ازبینرفتن اَشکال اولیه حیاتی که از آن‌ها منشأ گرفته بودند، ناپدید نشدند. آن‌ها به فراوانی در موجودات امروزی و ازجمله خود ما پیدا می‌شوند. رودوپسین ها در سلول های استوانه های شبکیه چشم ما وجود دارند و در آن جا مسئول در نور کم هستند. همچنین، آن‌ها در اشکال ساده حیات امروزی در مکان‌هایی مانند حوضچه‌های نمکی یافت می‌شوند.

حضور این هنرمندان در موجودات امروزی ارتباطی را با تاریخچه توسعه‌ی رودوپسین‌ها ارائه می‌کند. پژوهشگران با استفاده از ماشین و توالی‌یابی در حال بررسی این ارتباط هستند. آن‌ها با استفاده از این ابزارها می‌توانند پیشرفت‌ها را در بررسی‌های زمانی زمین‌شناسی دنبال کنند. بررسی حیات و اتمسفر کنونی زمین شاخص خوبی از جستوجوی حیات در جهانهای دیگر نیست. اتمسفر کنونی زمین از غنی است؛ اما سیستم برخی از پژوهش‌ها، اتمسفر زمین بیشتر شبیه اتمسفر سیاره زهره بوده است.

نویسندگان مقاله جدید با ردیابی نحوه توسعه رودوپسین‌ها، درخت خانوادگی این خانواده‌ها را تهیه کردند. آنها را از 2/5 تا 4 میلیارد سال پیش ساختند. بیشتر جست‌وجوی ما برای حیات، روی اتمسفر سیاره‌ها دارد. مولکول‌های خاص موجود در اتمسفر می‌توانند به‌عنوان نشانگر زیستی عمل کنند. اما برای اینکه کدامیک را می‌توان نشانگر حیات ساده و ابتدایی باشد، باید به‌طور‌دقیق بدانیم اتمسفر زمین در زمانی که این سیاره میزبان حیات ساده بود، چگونه بوده است.

نویسندگان در مقاله خود می‌نویسند: «رمزگشایی روابط پیچیده بین حیات و محیط‌هایی که در آن وجود دارد، برای بازسازی عواملی از نیاز است که در بازه‌های زمانی زمین‌شناسی تعیین‌کننده سکونتپذیری سیاره‌ها هستند.» کاچار، سرپرست مطالعه گفت: «زندگی به‌شکلی که می‌شناسیم، به همان اندازه که بیانگر خودِ حیات است، بیانگر شرایط روی سیاره ما است. ما توالی‌های DNA باستانی یک مولکول را بازآفرینی کردیم و این کار را به ما اجازه داد تا آن را با زیست‌شناسی و محیط‌زیست گذشته ارتباط برقرار کنیم.»

پژوهش جدید شبیه آزمایش‌های تبارشناسی ژنتیکی است که دردسترس ما قرار دارد. ما می‌توانیم DNA خود را برای مرکزی ارسال کنیم که در این زمینه کار می‌کند و درباره منشأ خود چیزهای زیادی بدانیم. کار این پژوهشگران بسیار مهم از آزمایش تبارشناسی است. اما این مقایسه به کار آن‌ها کمک می‌کند.

مقالات مرتبط:

شویترمن گفت: «مثل این است که DNA تعداد زیادی از نوادگان یک فرد را جمع آوری کند و DNA او را بسازید. تفاوتی که در این جا وجود دارد، این است که محققان DNA موجودات کوچکی را می‌سازند که افراد سال‌های پیش در سراسر جهان زندگی می‌کردند.» پژوهشگران تفاوت‌هایی را بین رودوپسین‌های باستانی و مدرن در نوری که جذب می‌کردند، کشف کردند. تغییرات ژنتیکی، رودوپسین‌های باستانی، نور آبی و سبز را جذب می‌کردند. محصولات رودوپسینهای مدرن نور آبی، سبز، زرد و نارنجی را جذب می کنند. این موضوع سرخی از تفاوت‌های محیطی بین زمین باستانی و زمین امروزی است.

می‌دانیم که زمین باستانی پیش از رویداد بزرگی که حدود ۲ تا ۲/۴ میلیون سال پیش رخ داد، لایه اوزون نداشت. اگر آزاد در اتمسفر وجود نداشته باشد، لایه اوزون نمی‌شود و بدون لایه اوزون، حیات روی زمین درمقایسه‌با امروز، درمعرض تشعشعات فرابنفش بسیار بیشتر قرار داشت. درحال‌حاضر، لایه اوزون بین ۹۷ تا ۹۹ درصد از اشعه فرابنفش خورشید را جذب می‌کند.

پژوهشگران فکر می‌کنند رودوپسین‌های باستانی را برای جذب نور آبی و سبز و نه نور زرد و نارنجی می‌کنند، به این معنی است که اشکال حیات متکی بر آن‌ها در عمق چندمتری ستون آب زندگی می‌کردند. ستون آب بالای موجودات از آن‌ها دربرابر اشعه UVB در سطح آب محافظت می‌کند. پس از رویداد بزرگی، لایه اوزون محافظتی دربرابر فرابنفش خورشیدی ایجاد کرد و حیات رودوپسین‌های مدرن‌تری را توسعه داد که می‌توانستند نور بیشتری را جذب کنند. بنابراین، رودوپسین‌های مدرن می‌توانند درکنار نور آبی و نور سبز، نور زرد و نارنجی را نیز جذب کنند.

رودوپسین‌های مدرن می‌توانند نوری را جذب کنند که رنگ‌دانه‌های کلروفیل فتوسنتزی نمی‌توانند آن را جذب کنند. رودوپسین‌های مدرن و فتوسنتز با جذب نورهای مختلف همدیگر را کامل می‌کنند. مکانیزم های غیرمرتبط و مستقلی هستند. این رابطه نشان‌دهنده پیچیدگی تکمیلی است. شویترمن گفت:

این امر نشان‌دهنده رشد توأم است که در آن گروه از نوری‌ها استفاده می‌کنند که دیگر جذب نمی‌شوند. ممکن است دلیلش آن باشد که رودوپسین‌ها ابتدا توسعه پیدا کنند و نور سبز را اجرا کنند و کلروفیل‌ها بعدها برای جذب بقیه نورپردازی پیدا کنند یا ممکن است بر عکس آن اتفاق افتاد.

بسیاری از سرنخ‌های مرتبط با ماهیت حیات اولیه زمین در زمین‌شناسی وجود دارد. دانش صخره‌های باستانی را مطالعه می‌کنند تا چگونه بقا و طرح حیات را درک کنند. همچنین، آنها رفتار خورشید و این مسئله را بررسی کنند که با تغییر زمین چه مقدار از نور خورشید به زمین می‌شود. اما اکنون آن‌ها ابزارهای دیگری هستند. نویسندگان در مقاله توضیح می‌دهند:

در شرایطی که استنتاج می‌شود و ستاره‌ها نمی‌توانند به این پرسش‌ها پاسخ دهند، اطلاعاتی که ممکن است برای خود وجود داشته باشد، بینش‌های موجود در این‌باره ارائه می‌دهند که چگونه سیاره ما قابلیت سکونت خود را حفظ کند.

در حیات باستان، رودوپسین‌ها مانند پمپ پروتون عمل می‌کردند. پمپ پروتون در موجودات زنده شیب انرژی ایجاد می‌کند و با فتوسنتز فرق می‌کند که انرژی شیمیایی موردنیاز برای بقای موجود زنده را تولید می‌کند. پمپ پروتون و انرژی انرژی باعث ایجاد تفاوت در پتانسیل الکتروشیمیایی غشای سلول می‌شوند. پمپ پروتون مانند عمل می‌کند؛ زیرا انرژی را می‌کند که در آینده می‌شود.

به‌عنوان که از نظر علمی کنجکاو هستیم، نباید عملکرد دقیق آن‌ها را بدانیم. ما می‌توانیم درک کنیم که آن‌ها چگونه می‌توانند به ما کمک کنند تا اتمسفر سیاره‌های فراخورشیدی شبیه اتمسفر اولیه و حیات‌های ساده را شناسایی کنیم که در آنجا شکوفا شد.

پژوهشگران می‌گویند که می‌توانند از اطلاعات رمزگذاری شده در مولکول‌های زیستی برای درک زیستگاه‌هایی استفاده کنند که در آن حیات باستانی بقا پیدا می‌کنند. آنها می‌گویند به‌دلیل‌های مختلف عملکردی و تنظیم‌های این خانواده‌های پرورش‌دهنده‌ها، رودوپسین‌ها بیمارستان‌های عالی برای شناسایی شناسایی‌های زیستی تشخیص‌پذیر از راه دور موجود روی سیاره‌های فراخورشیدی هستند.

گفتنی است بررسی‌های پژوهشگران هنوز تمام نشده است. آن‌ها قصد دارند از تکنیک‌های زیست‌شناسی مصنوعی برای درک رودوپسین‌های باستانی و تأثیر آن‌ها بر شکل‌گیری اتمسفر باستانی استفاده کنند و چگونه می‌توان آن‌ها را به کار برد. کاچار گفت: «ما DNA باستانی را درون ژنوم‌های مدرن قرار می‌دهیم و میکروب‌ها را دوباره برنامه‌ریزی می‌کنیم تا رفتاری را از خود ارائه دهند که معتقدیم میلیون‌ها سال پیش هستند. رودوپسین کاندیدای خوبی برای مطالعه آزمایشگاهی سفر در زمان است.»

برخی از شواهد حیات اولیه و اتمسفر اولیه زمین از چشم ما پنهان است. اما هدف این گروه پژوهشی غلبه بر برخی از مشکلات پیش روی جستوجوی آن شواهد است. کاچار گفت: «مطالعه ما برای اولین بار نشان می‌دهد که نشانگرهای زیستی مرسوم را نشان می‌دهد، تاریخچه رفتاری از آنزیم‌ها را می‌توان از نظر تغییر کرد.»

هرچه بیشتر درباره زمین اولیه بیاموزیم، بیشتر می توانم درباره جهان های دیگر یاد بگیریم. اگر سیاره از حیات حمایت کنند، احتمالاً هریک مسیر متفاوتی را برای میزبانی از حیات طی کرده است. بااین‌حال، شباهت‌هایی در شیمی و فیزیک پشت‌صحنه آن‌ها وجود خواهد داشت و روی زمین، بین حیات و محیط تاریخ جهان‌های دیگر را شکل می‌دهد. نویسندگان در مقاله خود می‌نویسند:

محیط زیست و حیات در اوایل تاریخ زمین به‌عنوان مدلی برای پیش‌بینی علائم زیستی تشخیص پذیرنده عمل جهانی می‌کند که ممکن است در سیاره دیگری نیز تولید شود که از منظومه‌ای زیر سلطه میکروبها قرار گیرد.

شویترمن گفت:

زمین درمقایسه‌با دنیای امروز ما محیطی بیگانه است. این موضوع را درک کنید که چگونه روی زمین با گذشت زمان و در محیط های متفاوت تغییر کرده است، دانش ارزشمندی درباره نحوه جست و جو و شناسایی حیات فرازمینی دراختیارمان قرار می دهد.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!