Var livet på den tidlige jord lilla?

Tidlige livsformer på Jorden kan have været i stand til at generere metabolisk energi fra sollys ved hjælp af et lilla-pigmenteret molekyle kaldet retinal, der muligvis går forud for udviklingen af ​​klorofyl og fotosyntese. Hvis nethinden har udviklet sig på andre verdener, det kunne skabe en karakteristisk biosignatur, da det absorberer grønt lys på samme måde, som vegetationen på Jorden absorberer rødt og blåt lys.

Jordens atmosfære har ikke altid indeholdt betydelige mængder ilt. I de første to milliarder år af vores planets historie, atmosfæren var rig på kuldioxid og metan, men for omkring 2,4 milliarder år siden ændrede noget sig:den store iltningsbegivenhed, der så mængden af ​​fri ilt i vores atmosfære stige dramatisk. Årsagen til dette menes at være cyanobakterier, som er i stand til at udføre fotosyntese - omdannelsen af ​​sollys og kuldioxid til metabolisk energi for at producere sukkerarter, der giver næring til livets processer, og oxygen som et 'affaldsprodukt' – ved hjælp af et grønt pigment kaldet klorofyl.

Fotosyntetiske livsformer vides at have eksisteret før Great Oxygenation Event (GOE), så langt tilbage som for 3,5 milliarder år siden, men forskellige konkurrerende – og ikke helt forståede – processer udsatte GOE, herunder geologiske mekanismer, der var i stand til at fjerne ilt fra atmosfæren. Imidlertid, oprindelsen og udviklingen af ​​fotosyntese via klorofyl forbliver uklar. Nu, Shiladitya DasSarma, som er professor i molekylærbiologi ved University of Maryland, og Dr. Edward Schwieterman, en astrobiolog ved University of California, Riverside, har fremsat ideen om, at nethinden var forud for klorofyl, og at de to udviklede sig i takt, absorberer sollys ved komplementære bølgelængder.

"Nethindebaserede fototrofiske metabolisme er stadig udbredt over hele verden, især i havene, og repræsenterer en af ​​de vigtigste bioenergetiske processer på Jorden, " fortæller DasSarma Magasinet Astrobiologi .

Absorberende lys

Klorofyl absorberer lys, der topper ved bølgelængder på 465nm og 665nm. Dette er grunden til, at blade ser grønne ud, fordi de reflekterer grønt lys i stedet for at absorbere det. Imidlertid, Solens spektrum topper ved ~550nm, som omfatter gult og grønt lys.

En række proteiner, der absorberer sollys, indeholder et molekyle af retinal, inklusive et protein kaldet bacteriorhodopsin, der absorberer lys, der topper ved 568 nm, tæt på den bølgelængde, hvor solens lys topper, og mest bemærkelsesværdigt i det område, som klorofyl ikke absorberes i. "Det er præcis det, der fik os til at tænke på, at de to pigmenter - retinal og klorofyl - kan have udviklet sig sammen, " siger DasSarma, der hævder, at fordi retinal er det simplere molekyle, det ville være kommet først, med klorofyl (som er mere effektivt til at omdanne sollys til metabolisk energi), der udvikler sig bagefter, hver udfylder forskellige nicher med hensyn til det lys, de absorberer.

Eksperimenter har vist, at kombination af bacteriorhodopsin med en membranvesikel for at danne ækvivalenten til en biologisk protocelle effektivt kan resultere i indfangning og lagring af sollys i en celle. "Det giver mening, at dette var en meget tidlig evolutionær opfindelse, der faldt sammen med udviklingen af ​​de første celler, " siger DasSarma." Ved at bruge cellemembranens energifangende evne, membranpotentialet [forskellen i elektrisk potentiale mellem inde og ude i cellen, at tillade cellen at levere energi] kan repræsentere en af ​​de vigtigste grunde til, at celler er den grundlæggende enhed i livet."

Den grønne kant

Fordi vegetation på Jorden absorberer rødt lys, men reflekterer infrarødt lys, at se vegetation ved hjælp af et spektroskop afslører et dramatisk fald i reflekteret lys ved røde bølgelængder, et pludseligt fald, der kaldes 'den røde kant'. Det er blevet foreslået, at når man undersøger spektret af lys, der reflekteres fra potentielt beboelige exoplaneter, videnskabsmænd kunne søge efter en rød kant i planetens lys, som ville være en biosignatur, der indikerer vegetation ved hjælp af klorofyl, eller dets udenjordiske ækvivalent.

Spændende nok, da retinale pigmenter absorberer grønt og gult lys, og reflektere eller transmittere rødt og blåt lys, så ville nethindebaseret liv fremstå lilla i farven. DasSarma og Schwieterm beskriver en sådan fase i Jordens historie som en 'lilla jord'. Fordi retinal er et enklere molekyle end klorofyl, så kunne det være mere almindeligt at finde i livet i universet, og derfor kunne en 'grøn kant' i en planets spektrum potentielt være en biosignatur for nethindebaseret liv.

"Dette er endnu et referencepunkt i et bibliotek af potentielle biosignaturer, som vi kan søge efter andre steder, " siger Schwieterman.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.