Откриће у пећини у Новом Мексику може да прошири потрагу за животом ван Земље

Када је биоспелеолошкиња Хејзел Бартон крочила у потпуну таму пећине, последње што је очекивала да ће пронаћи били су организми који користе енергију из светлости.

Схватила је да ово ново разумевање фотосинтезе у мраку значи да би живот могао да постоји на неким местима у свемиру за која то не бисмо очекивали.

„Зид је био јарко зелен.

„То је била најсјајнија зелена са преливима коју можете да замислите, а ипак су микроорганизми живели у потпуном мраку", каже Бартон, професорка геолошких наука на Универзитету Алабаме, у Сједињеним Америчким Државама (САД).

Испод дубоких стеновитих кањона пустиње Чиваве у јужном делу државе Новог Мексика налази се систем од 119 пећина.

Пећине, које су део Националног парка Карлсбадске пец́ине, настале су пре између четири и 11 милиона година услед растварања кречњачких стена сумпорном киселином.

Главна атракција парка је пећина која је отворена за посетиоце, Карлсбадска пец́ина.

У њој блистави сталактити висе са плафона Велике дворане, огромне подземне просторије дуге скоро 1.220 метара и широке 191 метар.

„Карлсбадска пец́ина је веома лако доступна.

„То је велика кречњачка пећина коју туристи могу да посете, има степенице и мердевине и свако може да сиђе", каже Ларс Берент, микробиолог на Универзитету Упсале у Шведској.

Поједини делови система пећина, додаје, доступни чак и људима у инвалидским колицима.

Пећину Карлсбад годишње посети скоро 350.000 људи, али већина не зна да је она место једног од најзагонетнијих научних открића у последњој деценији.

У наизглед потпуном мраку микроорганизми успевају да користе светлост за енергију - исту врсту светлости какву емитују црвени патуљци, најчешћа врста звезда у нашој галаксији.

Бартон каже да то значи да можемо да трагамо за животом изван Земље на много више места него што се раније мислило.

Када је 2018. године завршио докторат, Барент је освојио и академску награду која му је обезбедила средства за истраживање.

Контактирао је Бартон и питао је да ли би му се придружила у експедицији.

Срећом, пристала је.

„Прво што урадите у пећини Карлсбаду је да се спустите туристичком стазом, а затим скренете иза једног угла", каже Бартон.

„Не знам колико сам пута прошла том стазом, вероватно око 40 пута.

„Када скренете иза угла, иза вас је мала ниша и потпуни мрак".

Бартон више од 20 година проучава микроскопски живот дубоко под земљом.

Па ипак, оно што је пронашла изненадило је чак и њу.

Берент је уперио батеријску лампу у зид.

Иако је ниша била потпуно мрачна, светлост је открила слој зелених микроба који су прекривали зид.

Касније анализе су показале да је реч о цијанобактеријама, једноћелијским организмима сродним бактеријама.

За разлику од већине бактерија, цијанобактерије, познате и као модрозелене бактерије или алге, користе сунчеву светлост за производњу хране.

„Почели смо да залазимо све дубље у пећину", каже Бартон.

„На крају смо дошли до тачке где нисмо могли да видимо без батеријске лампе.

„Морали смо да користимо лампу на кацигама да бисмо видели сопствену руку испред лица, а зелени пигмент на зиду се ипак видео."

Биљке су зелене захваљујући пигменту званом хлорофил, који апсорбује светлосну енергију.

У фотосинтези се та енергија користи за претварање угљен-диоксида и воде у глукозу и кисеоник.

Процес је веома сличан и код цијанобактерија.

Али овде, у пећини, није било сунчеве светлости.

Шта се, онда, дешавало?

Испоставило се да цијанобактерије у пећини имају посебну верзију хлорофила која може да хвата блиску инфрацрвену светлост.

Та светлост има дужу таласну дужину од видљиве светлости и налази се непосредно пре инфрацрвеног дела електромагнетног спектра.

Људско око не може да је региструје.

Док биљке и већина цијанобактерија користе хлорофил а за фотосинтезу, цијанобактерије из пећина Карлсбада користе хлорофил д и ф, који могу да производе енергију из блиске инфрацрвене светлости.

Видљива светлост може да продре само неколико стотина метара у пећине, али блиска инфрацрвена светлост путује много даље због рефлектујуће природе кречњачких стена.

„Кречњак од ког је пећина направљена апсорбује готово сву видљиву светлост, али за блиску инфрацрвену светлост пећине су практично дворана огледала", објашњава Бартон.

Заправо, када су истраживачи измерили светлост у задњем, најтамнијем делу пећине, утврдили су да су нивои блиске инфрацрвене светлости били 695 пута већи него на улазу.

Истовремено, иако су цијанобактерије које садрже хлорофил д и ф биле присутне у свим деловима пећине, посебно су биле концентрисане на најтамнијим и најдубљим местима.

Истраживачи су такође посетили и друге пећине у Националном парку Карлсбадске пећине и истражили мање позната и тешко доступна места.

На свим местима су пронашли микроорганизме који обављају фотосинтезу дубоко под земљом.

„Показали смо не само да они тамо живе, већ и да обављају фотосинтезу у потпуно заштићеном окружењу где су вероватно нетакнути 49 милиона година", каже Берент.

Бартон и Берент нису једини научници који су пронашли микроорганизме који су способни да живе у мраку.

Још 1890. године украјинско-руски микробиолог Сергеј Николајевич Виноградски открио је да неки микроорганизми могу да живе искључиво од неорганске материје, користећи процес познат као хемосинтеза.

Ови микроорганизми енергију добијају хемијским реакцијама, користећи супстанце попут метана или водоник-сулфида из околних стена и воде.

Јапански научник Хидеаки Мијашиа открио је 1996. године, током учешћа у постдокторском програму америчке свемирске агенције НАСА-е, морску цијанобактерију названу Ацарyоцхлорис марина, која може да обавља фотосинтезу користећи и видљиву и блиску инфрацрвену светлост.

После овог открића уследиле су деценије истраживања таласних дужина светлости потребних за фотосинтезу.

Затим су 2018. године научници са Империјал колеџа у Лондону пронашли цијанобактерије које обављају фотосинтезу, а живе у сеновитим условима у бактеријским простиркама у Националном парку Јелоустоуну у САД-у, као и унутар појединих приобалних стена у Аустралији.

Успели су чак и да узгајају миркобе који обављају фотосинтезу у мрачном ормарићу опремљеном инфрацрвеним ЛЕД диодама.

У свим овим случајевима цијанобактерије су користиле хлорофил д за фотосинтезу помоћу видљиве светлости, а затим прелазиле на хлорофил ф за фотосинтезу помоћу блиске инфрацрвене светлости, коју не може да види људско око.

Ова открића су важна за теорије о томе како би живот могао да изгледа на другим планетама.

Погледајте видео: Персеиди - празник за љубитеље звезда

Када се траже настањиве егзопланете, оне које круже око неких других звезда које нису Сунце, важно је узети у обзир тип звезде око које орбитирају.

Астрономи су покушали да групишу звезде према боји светлости коју емитују, и сврстали су их у седам класа (О, Б, А, Ф, Г, К и М) по температури од најтоплије ка хладнијим.

Звезде типа О и Б су најтоплије, најмасивније и најсјајније у свемиру.

Одликује их плавичасто-бела боја.

„Оне производе много УВ зрачења, па су отровне за живот", каже Хејзел Бартон.

Звезде типа Г, међу које спада и наше Сунце, имају жуту боју и емитују много светлости у видљивом спектру.

Такве звезде би теоретски биле добра места у потрази за настањивим световима, али звезде типа Г чине свега око осам одсто од милијарду билиона звезда колико се процењује да их има у свемиру.

Међутим, најзаступљенији тип звезда које могу да се виде у нашој галаксији су црвени патуљци, односно звезде типа М.

Већина стеновитих егзопланета које су до сада откривене пронађене су у орбити управо око овог типа звезда.

Пошто су црвени патуљци звезде мале масе, њихове планете обично орбитирају близу, због чега их је лакше уочити.

Још један разлог због којег су научници открили толико звезда типа М у потрази за егзопланетама јесте њихова бројност.

Међутим, тренутно се сматра да црвени патуљци имају веома уску настањиву зону, подручје најближе звезди где услови нису ни превише топли ни превише хладни, што је услов за постојање течне воде на површини планете.

Како је постојање течне воде неопходно за живот на Земљи, тај појас, познат као циркумстеларна настањива зона или екосфера, представља оно на шта су астробиолози усредсређени у потрази за животом изван Земље.

До сада су пронашли десетине кандидата.

Међутим, све те планете не би могле да подрже живот, а усмеравање телескопа, попут свемирског телескопа Џејмса Веба захтева време и значајна средства.

Још један важан чинилац који одређује да ли живот може да постоји јесте могућност обављања фотосинтезе.

На Земљи, фотосинтеза чини основу већине ланаца исхране и обезбеђује кисеоник који удишемо.

Због тога има смисла да се потрага ограничи на планете које могу да подрже фотосинтезу, што би могло значајно да сузи појас око звезде где би живот био могућ.

Раније су астробиолози поставили границу за обављање фотосинтезе на таласну дужину од 700 нм у светлосном спектру, што одговара таласној дужини црвене боје светлости.

То је тачка на којој опада ефикасност фотосинтезе помоћу хлорофила а.

Међутим, цијанобактерије откривене у систему пећина Карлсбада могу да користе светлост до таласне дужине од 780 нм користећи хлорофил ф.

„Велика већина звезда у нашој галаксији су управо звезде типа М и К", каже Бартон.

„То значи да већина звезда у нашој галаксији емитује блиску инфрацрвену светлост, а ми готово ништа не знамо о томе како би фотосинтеза и живот могли да опстану у условима светлости коју производе такве звезде".

Бартон планира да о томе нешто сазна.

Она и Ларс Берент су поднели предлог НАСА-и за одређивање границе у којима организми који обављају фотосинтезу могу да преживе.

Истраживање би подразумевало улажење дубоко у најтамније пећине да би се прецизно измерило колико је светлости потребно за опстанак цијанобактерија.

Те информације би затим могле да помогну да се сузи потрага за настањивим световима.

На пример, помоћу свемирског телескопа Џејмса Веба научници могу да мере количину и врсту светлости коју примају егзопланете.

„Ми покушавамо да утврдимо која је најдужа таласна дужина светлости и најнижи ниво светлости при којем је могућа фотосинтеза", каже Бартон.

„Затим бисмо могли да одаберемо 100 милијарди потенцијалних звезда на које можемо да усмеримо свемирски телескоп Џејмс Веб и да смањимо тај број на, рецимо, 50 звезда око којих би живот био могућ."

Другим речима, астробиолози би могли да прошире врсте светова за које верују да могу да подрже живот.

Тада би преостало само да се свемирски телескоп Џејмс Веб усмери ка одабраној звезди и да се потраже планете које пролазе око ње.

Док светлост звезде пролази кроз атмосферу планете, одређене фреквенције светлости се апсорбују у зависности од присутних елемената.

Тако астрономи могу да утврде да ли су у атмосфери неке егзопланете присутни елементи који могу да укажу на присуство живота, попут кисеоника, тражећи „недостајуће" линије на апсорпционом спектру.

„Постоји веома, веома мало начина на који кисеоник може да се произведе у атмосфери без живота", каже Бартон.

„Дакле, ако пронађете кисеоник у атмосфери неке од тих егзопланета, то је веома снажан показатељ могућег присуства живота."

ББЦ на српском је од сада и на Јутјубу, пратите нас ОВДЕ.

Пратите нас на Фејсбуку, Твитеру, Instagramу, Јутјубу и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на bbcnasrpskom@bbc.co.uk