Från krukväxter och trädgårdar till åkrar och skogar, grönt är den färg vi mest förknippar med ytliv på jorden, där förhållandena gynnade utvecklingen av organismer som utför syreproducerande fotosyntes med det gröna pigmentet klorofyll a.
Men en jordliknande planet som kretsar kring en annan stjärna kan se väldigt annorlunda ut, potentiellt täckt av bakterier som får lite eller inget synligt ljus eller syre, som i vissa miljöer på jorden, och istället använda osynlig infraröd strålning för att driva fotosyntesen.
Istället för grönt innehåller många sådana bakterier på jorden lila pigment, och lila världar där de är dominerande skulle producera ett distinkt "ljusfingeravtryck" som kan upptäckas av nästa generations mark- och rymdbaserade teleskop, rapporterar Cornell-forskare i ny forskning.
"Lila bakterier kan frodas under ett brett spektrum av förhållanden, vilket gör den till en av de främsta utmanarna för livet som kan dominera en mängd olika världar", säger Lígia Fonseca Coelho, postdoktor vid Carl Sagan Institute (CSI) och första författare till "Purple is the New Green:Biopigments and Spectra of Earth-like Purple Worlds," publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Vi måste skapa en databas för tecken på liv för att se till att våra teleskop inte missar livet om det inte råkar se ut exakt som det vi möter runt omkring oss varje dag", tillade medförfattaren Lisa Kaltenegger, CSI-direktör och docent. av astronomi vid College of Arts and Sciences.
Astronomer har hittills bekräftat mer än 5 500 exoplaneter, inklusive mer än 30 potentiellt jordliknande planeter. Planerade observatorier som Extremely Large Telescope och Habitable Worlds Observatory kommer att utforska den kemiska sammansättningen av dessa världar i deras stjärnors beboeliga zoner – där förhållanden gynnar förekomsten av flytande vatten på ytan – och analyser av deras sammansättning.
Genom att använda livet på jorden som vägledning, CSI:s tvärvetenskapliga team av forskare – inklusive William Philpot, professor emeritus vid School of Civil and Environmental Engineering i Cornell Engineering, och Stephen Zinder, professor emeritus i mikrobiologi vid College of Agriculture and Life Sciences – katalogiserar de färger och kemiska signaturer som en mångfald av organismer och mineraler skulle presentera i en exoplanets reflekterade ljus.
Coelho samlade in och odlade prover av mer än 20 lila svavel- och lila icke-svavelbakterier som kan finnas i en mängd olika miljöer, från grunda vatten, kuster och myrar till hydrotermiska öppningar i djuphavet.
Zinder och Coelho tog några prover från en damm på Cornells campus, medan andra hämtades från vattnet utanför Cape Cod av Coelho under sommarkursen Microbial Diversity 2023 vid Marine Biological Laboratory i Woods Hole och från labbkulturer som upprätthålls av medarbetare från University of Minnesotas institution för växt- och mikrobiologisk biologi, docent Trinity Hamilton och doktoranden Taylor Price.
Det som kollektivt kallas lila bakterier har faktiskt en rad färger, inklusive gul, orange, brun och röd, på grund av pigment relaterade till de som gör tomater röda och morötter orange. De trivs med rött eller infrarött ljus med låg energi genom att använda enklare fotosyntessystem som använder former av klorofyll som absorberar infrarött och inte bildar syre.
De kommer sannolikt att ha varit vanliga på den tidiga jorden före tillkomsten av fotosyntes av växttyp, sa forskarna och kan vara särskilt väl lämpade för planeter som kretsar kring kallare röda dvärgstjärnor – den vanligaste typen i vår galax.
"De trivs redan här i vissa nischer," sa Coelho. "Föreställ dig bara om de inte konkurrerade med gröna växter, alger och bakterier:En röd sol skulle kunna ge dem de mest gynnsamma förutsättningarna för fotosyntes."
Efter att ha mätt de lila bakteriernas biopigment och ljusa fingeravtryck skapade forskarna modeller av jordliknande planeter med varierande förhållanden och molntäcke. I en rad simulerade miljöer, sa Coelho, producerade både våta och torra lila bakterier intensivt färgade biosignaturer.
"Om lila bakterier frodas på ytan av en frusen jord, en havsvärld, en snöbollsjord eller en modern jord som kretsar kring en svalare stjärna," sa Coelho, "har vi nu verktygen att söka efter dem."
Att upptäcka en "bleklila prick" i ett annat solsystem skulle utlösa intensiva observationer av planeten för att försöka utesluta andra färgkällor, såsom färgglada mineraler, som CSI också katalogiserar.
Kaltenegger, författare till den kommande boken "Alien Earths:The New Science of Planet Hunting in the Cosmos", sa att det är så svårt att upptäcka liv med nuvarande teknologi att om till och med encelliga organismer finns på ett ställe, skulle det antyda att liv måste vara utbredd i kosmos. Det skulle revolutionera vårt tänkande om den urgamla frågan:Är vi ensamma i universum?
"Vi öppnar bara våra ögon för dessa fascinerande världar omkring oss," sa Kaltenegger. "Lila bakterier kan överleva och frodas under så många olika förhållanden att det är lätt att föreställa sig att i många olika världar kan lila bara vara det nya gröna."
Mer information: Lígia Fonseca Coelho et al, Purple är det nya gröna:biopigment och spektra av jordliknande lila världar, Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae601
Journalinformation: Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av Cornell University
