在寻找外星生命时紫色可能是新的绿色

从室内植物和花园到田野和森林，绿色是我们与地球表面生命最相关的颜色，那里的条件有利于利用绿色色素叶绿素a进行产氧光合作用的生物体的进化。

但围绕另一颗恒星运行的类地行星可能看起来非常不同，可能被细菌覆盖，这些细菌很少或根本不接收可见光或氧气，就像地球上的某些环境一样，而是使用不可见的红外辐射来驱动光合作用。

康奈尔大学的科学家在新的研究中报告说，地球上的许多此类细菌含有紫色色素，而不是绿色，它们占主导地位的紫色世界将产生独特的“光指纹”，可由下一代地面和太空望远镜检测到。

卡尔·萨根研究所(CSI)博士后研究员、《紫色细菌》的第一作者LígiaFonsecaCoelho表示：“紫色细菌可以在多种条件下繁衍生息，使其成为主宰多种世界的生命的主要竞争者之一。”“紫色是新绿色：类地紫色世界的生物色素和光谱”，发表在《皇家天文学会月刊》上。

共同作者、CSI主任兼副教授LisaKaltenegger补充道：“我们需要创建一个生命迹象数据库，以确保我们的望远镜不会错过生命，如果生命与我们每天周围遇到的情况不完全一样的话。”艺术与科学学院天文学系。

迄今为止，天文学家已确认了超过5,500颗系外行星，其中包括30多颗潜在的类地行星。计划中的天文台，如极大望远镜和宜居世界天文台，将探索这些世界在其恒星宜居带的化学组成——那里的条件有利于液态水在表面的存在——并分析它们的成分。

以地球上的生命为指导，CSI的多学科科学家团队——还包括康奈尔工程学院土木与环境工程学院名誉教授WilliamPhilpot和农业与生命科学学院微生物学名誉教授StephenZinder——正在对系外行星反射光中各种生物和矿物质呈现的颜色和化学特征进行编目。

Coelho收集并培养了20多种紫色硫细菌和紫色非硫细菌的样本，这些细菌可能存在于各种环境中，从浅水区、海岸、沼泽到深海热液喷口。

Zinder和Coelho从康奈尔大学校园的一个池塘中采集了一些样本，而其他样本则由Coelho在伍兹霍尔海洋生物实验室举办的2023年微生物多样性夏季课程期间从科德角附近的水域以及由康奈尔大学合作者维护的实验室培养物中采集。明尼苏达州植物和微生物生物学系副教授TrinityHamilton和博士生TaylorPrice。

统称为紫色细菌的细菌实际上具有一系列颜色，包括黄色、橙色、棕色和红色，这是由于与使西红柿呈红色和胡萝卜呈橙色的色素有关。它们依靠低能量的红光或红外光生长，使用更简单的光合作用系统，利用吸收红外线但不产生氧气的叶绿素形式。

研究人员表示，在植物型光合作用出现之前，它们很可能在早期地球上很普遍，并且可能特别适合围绕较冷的红矮星(我们银河系中最常见的类型)运行的行星。

“他们已经在某些领域蓬勃发展，”科埃略说。“想象一下，如果它们不与绿色植物、藻类和细菌竞争：红色的太阳可以为它们提供最有利的光合作用条件。”

在测量了紫色细菌的生物色素和光指纹后，研究人员创建了具有不同条件和云层的类地行星模型。科埃略说，在一系列模拟环境中，湿紫色细菌和干紫色细菌都产生了色彩鲜艳的生物特征。

科埃略说：“如果紫色细菌在冰冻地球、海洋世界、雪球地球或绕较冷恒星运行的现代地球表面繁衍生息，我们现在就有工具来寻找它们。”

在另一个太阳系中探测到一个“淡紫色点”将引发对这颗行星的密集观测，以试图排除其他颜色来源，例如彩色矿物，CSI也在对这些矿物进行编目。

即将出版的新书《外星地球：宇宙中寻找行星的新科学》一书的作者卡尔特内格表示，利用现有技术探测生命非常困难，即使在一个地方发现了单细胞生物，也表明存在生命。一定是在宇宙中广泛存在的。这将彻底改变我们对这个古老问题的思考：我们在宇宙中是孤独的吗?

“我们只是睁开眼睛看看我们周围这些迷人的世界，”卡尔滕内格说。“紫色细菌可以在如此多样的条件下生存和繁衍，因此很容易想象在许多不同的世界上，紫色可能只是新的绿色。”

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