Η πιθανότητα ανακάλυψης εξωγήινης ζωής δεν είναι πια αντικείμενο της επιστημονικής φαντασίας ή των κυνηγών UFO. Αντί να περιμένουμε οι εξωγήινοι να έρθουν σε μας, ψάχνουμε εμείς γι' αυτούς. Ισως δε βρούμε τεχνολογικά προηγμένους πολιτισμούς, αλλά μπορούμε να αναζητήσουμε τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά σημάδια θεμελιωδών διαδικασιών της ζωής: Τις λεγόμενες βιοϋπογραφές.

Πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει περισσότερους από διακόσιους κόσμους που περιφέρονται γύρω από μακρινά αστέρια, διακόσιους εξωηλιακούς πλανήτες. Είναι θέμα χρόνου να διακρίνουμε αν οι πλανήτες αυτοί έχουν ζωή. Τον περασμένο Ιούλη οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν την ύπαρξη νερού σε έναν εξωηλιακό πλανήτη, αναλύοντας το φως του αστεριού του καθώς περνούσε μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Οι μεγαλύτερες διαστημικές υπηρεσίες ετοιμάζουν τώρα τηλεσκόπια που θα ψάξουν για ενδείξεις ζωής σε πλανήτες με μέγεθος ανάλογο με τη Γη, ελέγχοντας το φάσμα του φωτός που ανακλούν.

Από τις λειτουργίες των ζωντανών οργανισμών ειδικά η φωτοσύνθεση παράγει ευδιάκριτες βιοϋπογραφές. Πόσο πιθανό είναι να αναπτυχθεί φωτοσυνθετική ικανότητα σε έναν εξωπλανήτη; Πολύ πιθανό. Στη Γη, η διαδικασία αυτή έχει τέτοια επιτυχία, που είναι το θεμέλιο για όλη την υπάρχουσα (στην τρέχουσα γεωλογική περίοδο) ζωή. Αν και υπάρχουν μικροοργανισμοί που ζουν τρεφόμενοι από τη ζέστη και το μεθάνιο των ωκεάνιων υδροθερμικών πηγών, όλα τα πλούσια οικοσυστήματα στην επιφάνεια του πλανήτη εξαρτώνται από το φως του ήλιου.

Οι φωτοσυνθετικές βιοϋπογραφές μπορεί να είναι δύο ειδών: Αέρια της ατμόσφαιρας με βιολογική προέλευση (οξυγόνο, όζον, μεθάνιο αυξομειούμενης συγκέντρωσης σε συνδυασμό με οξυγόνο, μεθυλοχλωρίδιο που παράγεται από την καύση, υποξείδιο του αζώτου από την αποσύνθεση), ή επιφανειακοί χρωματισμοί που υποδείχνουν την ύπαρξη εξειδικευμένων χρωστικών, όπως η πράσινη χλωροφύλλη. Η ιδέα για αναζήτηση τέτοιων χρωστικών έχει μεγάλη ιστορία. Πριν από έναν αιώνα οι αστρονόμοι απέδιδαν την εποχιακή αλλαγή χρωματισμού του Αρη στην ανάπτυξη βλάστησης και γι' αυτό μελέτησαν το φάσμα του φωτός που ανακλά ο «κόκκινος πλανήτης» για ενδείξεις πράσινων φυτών. Μια δυσκολία που εμπεριείχε αυτή η θεωρία έγινε προφανής από το σενάριο που διατύπωσε ο Γουέλς στον «Πόλεμο των κόσμων», σύμφωνα με την οποία το φυτικό βασίλειο του Αρη είχε ως κυρίαρχο χρώμα όχι το πράσινο, αλλά το κόκκινο. Αν και τώρα γνωρίζουμε ότι ο Αρης δεν έχει βλάστηση (η αλλαγή χρωματισμού οφείλεται σε εποχιακές ανεμοθύελλες), ο Γουέλς είχε εικάσει σωστά ότι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί σε έναν άλλο πλανήτη μπορεί να μην είναι πράσινοι.

Ακόμα και στη Γη υπάρχει ποικιλία φωτοσυνθετικών οργανισμών πέρα από τα πράσινα φυτά. Ορισμένα φυτά έχουν κόκκινα φύλλα και οι θαλάσσιες άλγες και τα φωτοσυνθετικά βακτήρια έχουν όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Μοβ βακτήρια απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία καθώς και ορατό φως. Ποιο θα είναι, λοιπόν, το κυρίαρχο χρώμα της βλάστησης σε έναν άλλο πλανήτη; Και πώς θα το αναγνωρίσουμε όταν το δούμε; Οι απαντήσεις εξαρτώνται από τις λεπτομέρειες της προσαρμογής που θα έχει η εξωγήινη φωτοσύνθεση στο φως του άστρου που φωτίζει τον εξωηλιακό πλανήτη, άστρο που μπορεί να είναι διαφορετικού τύπου (και χρωματισμού) από τον Ηλιο και το φως του να φιλτράρεται μέσα από μια ατμόσφαιρα με σύνθεση διαφορετική από της Γης.

Προσπαθώντας να προβλέψουμε πώς θα λειτουργεί η φωτοσύνθεση σε άλλους πλανήτες, το πρώτο βήμα είναι να καταλάβουμε πώς λειτουργεί στη Γη. Το ενεργειακό φάσμα του ηλιακού φωτός στην επιφάνεια της Γης κορυφώνεται στην περιοχή του γαλαζοπράσινου. Ετσι, για πολύ καιρό οι επιστήμονες αναρωτιούνταν γιατί τα φυτά ανακλούν το πράσινο χρώμα, αγνοώντας εκείνο που φαίνεται να είναι το καλύτερο διαθέσιμο φως. Η απάντηση είναι ότι η φωτοσύνθεση δεν εξαρτάται από το συνολικό ποσό της φωτεινής ενέργειας, αλλά από την ενέργεια ανά φωτόνιο και την αναλογία των φωτονίων διαφόρων χρωμάτων που συνθέτουν το φως.

Τα μπλε φωτόνια μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια από τα κόκκινα, αλλά ο Ηλιος εκπέμπει περισσότερα κόκκινα φωτόνια. Τα φυτά χρησιμοποιούν τα μπλε φωτόνια για την υψηλή τους ενέργεια και τα κόκκινα φωτόνια επειδή υπάρχει πληθώρα απ' αυτά. Τα πράσινα φωτόνια δεν έχουν ούτε την ενέργεια, ούτε το αριθμητικό πλεονέκτημα κι έτσι τα φυτά έχουν εξελιχτεί ώστε να απορροφούν αναλογικά λιγότερα.

Για τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς τα κόκκινα φωτόνια δεν είναι σε αφθονία. Οι αναλογίες φωτονίων αλλάζουν καθώς προχωρούμε σε μεγαλύτερα βάθη, επειδή το φως φιλτράρεται από τα ανώτερα στρώματα του νερού, από τις διαλυμένες σε αυτό ουσίες, αλλά και από τους ζωντανούς οργανισμούς που ζουν ψηλότερα. Το αποτέλεσμα είναι μια ξεκάθαρη διαστρωμάτωση των μορφών ζωής, ανάλογα με το μείγμα φωτοσυνθετικών χρωστικών που περιέχουν. Οι οργανισμοί που ζουν στα βάθη, απορροφούν τα χρώματα του φωτός που καταφέρνουν να φτάσουν ως εκεί. Ετσι οι άλγες και τα κυανοβακτήρια έχουν χρωστικές που ονομάζονται φυκομπιλίνες και απορροφούν τα πράσινα και κίτρινα φωτόνια. Τα βακτήρια που δεν παράγουν οξυγόνο έχουν βακτηριοχλωροφύλλες που απορροφούν το ακρότατο ερυθρό και το υπέρυθρο φως, το μόνο που φτάνει ως τα σκοτεινά βάθη.

Τα άστρα που φωτίζουν για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να αναπτυχθεί ζωή ανήκουν (αρχίζοντας από τα θερμότερα και πηγαίνοντας προς τα ψυχρότερα) στις κατηγορίες F, G (όπως ο Ηλιος), K και M. Τα άστρα F είναι γαλάζια και πιο θερμά από τον Ηλιο και καταναλώνουν τα καύσιμά τους σε 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα K και M είναι μικρότερα, πιο κόκκινα, λιγότερο θερμά και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Ανάλογα με την ηλικία και τον τύπο του άστρου, οι επιστήμονες πρέπει να εξετάσουν διαφορετικά σενάρια ανάπτυξης ζωής, άρα και βιοϋπογραφών για τον εντοπισμό της: Αναερόβια θαλάσσια ζωή (το άστρο μπορεί να είναι οποιουδήποτε τύπου), όπου οι οργανισμοί δεν παράγουν οξυγόνο και η ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από μεθάνιο. Αερόβια θαλάσσια ζωή (το άστρο είναι ηλικιωμένο αστέρι οποιουδήποτε τύπου), όπου το πέρασμα του χρόνου έχει επιτρέψει την ανάπτυξη φωτοσύνθεσης που παράγει οξυγόνο. Αερόβια ζωή στην ξηρά (το άστρο είναι ώριμο οποιουδήποτε τύπου), όπως η ζωή στη Γη. Αναερόβια ζωή στην ξηρά (άστρο τύπου M και ελάχιστη υπεριώδη ακτινοβολία), όπου τα φυτά μπορούν να εξαπλωθούν στην ξηρά, χωρίς να παράγουν οξυγόνο και χωρίς να υπάρχει προστατευτικό στρώμα όζοντος.

Τα δύο πρώτα σενάρια δεν αναμένεται να δώσουν ισχυρές βιοϋπογραφές με τη μορφή χρωματισμού παρά μόνο με τη μορφή αερίων στην ατμόσφαιρα. Στους πλανήτες που φωτίζονται από αστέρια τύπου M (καφέ νάνοι), τα φυτά ίσως να έχουν πολλές χρωστικές για να απορροφούν μεγαλύτερο μέρος από το λιγοστό και φτωχότερο ενεργειακά φως. Γι' αυτό, η βλάστηση αυτή θα φαινόταν μαύρη στα ανθρώπινα μάτια.