Stellen Sie sich die Erde als einen violetten Planeten vor. Keine Metapher: violett im physikalischen Sinne des Wortes. Magentafarbene Ozeane, die rotes und blaues Licht unter einem bewölkten, sauerstofffreien Himmel reflektieren. Dies ist die Hypothese von Shiladitya DasSarma dell 'Universität von MarylandVor dem Chlorophyll basierte die Photosynthese auf Retinal, einem einfacheren Pigment, das grünes Licht absorbiert und Organismen, die es verwenden, violett färbt.
Die Archaeen genannt Halobakterien Sie tun dies auch heute noch und färben die Salzseen, die sie bewohnen, violett. Doch vor drei Milliarden Jahren beherrschten sie den Planeten und hinterließen den zukünftigen grünen Pflanzen nur die Krümel des Sonnenspektrums.
Lila Erde: Als Retinal die Ozeane beherrschte
Die Purpur-Erde-Hypothese, erstmals 2007 von DasSarma vorgeschlagen, datiert diese Phase zwischen 3,5 und 2,4 Milliarden Jahren vor heute, während des Archaikums. Eine Ära vor der Großes Sauerstoffereignis, als die Atmosphäre noch von Methan und Kohlendioxid geprägt war. Retinal ist im Gegensatz zum späteren Chlorophyll ein strukturell einfacheres Molekül. Es benötigt keine komplexen Porphyrinstrukturen, um zu funktionieren.
Es absorbiert einen einzelnen Peak des Lichtspektrums: den grün-gelben Teil, den energiereichsten. Der Rest (Rot und Blau) wird reflektiert, wodurch die charakteristische Magentafarbe entsteht. Es ist das genaue Gegenteil von Chlorophyll, das Rot und Blau absorbiert, aber Grün reflektiert. Es stellt sich die Frage: Warum reflektieren Pflanzen den energiereichsten Teil des Sonnenspektrums?
Die Evolutionsfalle des Grüns
Die Antwort ist einfacher als es scheint: Jemand anderes hatte sich dieses Stück bereits gesichert. Als Chlorophyll auf der Bildfläche erschien, besetzten Mikroorganismen auf Basis von Purpurretinal bereits die vorteilhafteste ökologische Nische. Sie verschlangen gelbgrünes Licht, das am häufigsten im Sonnenspektrum vorkommt. Chlorophyllhaltige Organismen mussten sich an das anpassen, was übrig blieb: rote und blaue Wellenlängen.
Das Zusammenleben violetter und grüner Organismen ist noch heute sichtbar in mikrobielle Teppiche, geschichtete Kolonien, in denen verschiedene Mikroben komplementäre Teile des Lichtspektrums nutzen. Es ist möglich, dass auf der frühen Erde violette Archaeen die oberen Schichten der Ozeane dominierten und Bakterien, die „im Schatten“ lebten, dazu zwangen, sich unter Nutzung der verbleibenden Wellenlängen zu entwickeln.
Und dann schuf Chlorophyll eine EvolutionsfalleSeine chemische Struktur, die auf Porphyrinen (komplexen Ringen, die ein Magnesiumatom koordinieren) basiert, ist so auf die Absorption von Rot und Blau spezialisiert, dass es nicht mehr so modifiziert werden kann, dass es grünes Licht einfängt. Chlorophyllhaltige Organismen waren in dieser biochemischen Wahl gefangen, die für immer Grün reflektiert, selbst als dieser Teil des Spektrums nach dem Massensterben der violetten Mikroben wieder verfügbar wurde.
Das große Sauerstoffereignis
Die purpurne Herrschaft endete mit dem Aufkommen der Cyanobakterien, auf Chlorophyll basierende photosynthetische Organismen mit einer tödlichen Eigenschaft: Sie produzierten Sauerstoff als StoffwechselabfallproduktVor etwa 2,4 Milliarden Jahren begann sich Sauerstoff anzureichern, zunächst in den Ozeanen, dann in der Atmosphäre. Für die anaeroben Organismen, die bis dahin gedeihen konnten, war er giftig.
Der Prozess dauerte fast eine Milliarde Jahre. Aber als die Atmosphäre dauerhaft oxidiert wurde (die Großes Sauerstoffereignis), Es war eines der größten Massenaussterben in der ErdgeschichteAnaerobe Archaeen waren gezwungen, in sauerstofffreie Umgebungen zu flüchten: tiefe Gewässer, Sedimente und Gebiete mit minimalem Sauerstoffgehalt. Oder sie mussten sich an ein Leben in Symbiose mit aeroben Organismen anpassen und so den Weg für die Endosymbiose ebnen, die zur Entstehung der Eukaryoten führte.
Dieses Ereignis fiel auch zusammen mit der Huronische Vereisung, eine Eiszeit, die 300 Millionen Jahre dauerte. Sauerstoff hatte atmosphärisches Methan (ein starkes Treibhausgas) zerstört und den Planeten abgekühlt. Photosynthese hatte die Erde gerade unwiderruflich verändert.
Die lila Überlebenden
Die Netzhaut ist nicht verschwunden. Die Haloarchaea (salzliebende Archaeen) sind auch heute noch in extremen Umgebungen weit verbreitet: vom Toten Meer über den Großen Salzsee in Utah bis hin zu den Salzseen der Anden. Wenn sie massenhaft blühen, färben sie das Wasser tiefviolett. Das Schlüsselprotein ist Bakteriorhodopsin, ein Derivat von Retinal, das als lichtbetriebene Protonenpumpe fungiert.
Diese Organismen bilden eines der einfachsten bekannten bioenergetischen Systeme zur Erfassung von LichtenergieSie fixieren weder Kohlenstoff noch produzieren sie Sauerstoff. Sie pumpen Protonen durch die Zellmembran und erzeugen so einen Gradienten, der die ATP-Synthese antreibt. Dies ist die anoxygene Photosynthese, eine primitive, aber funktionale Form der Solarenergiegewinnung.
Auf der Suche nach violetten Planeten
Die Hypothese der lila Erde hat tiefgreifende astrobiologische Implikationen. Wenn Retinal einfacher als Chlorophyll ist und möglicherweise zuerst auf der Erde auftrat, könnte dasselbe auch anderswo passieren. Astrobiologen suchen traditionell nach Biosignaturen Chlorophyll-verwandt: Planeten, die grün-gelbes Licht reflektieren. Wenn die Evolution von Retinal jedoch genauso wahrscheinlich (oder vielleicht sogar wahrscheinlicher) ist wie die von Chlorophyll-haltigen Systemen, sollten wir unsere Forschung ausweiten.
Planeten, die rotes und blaues Licht reflektieren, könnten Biosphären auf Retinalbasis beherbergen. Violette Welten, biochemisch einfacher, aber genauso lebendig. Wie er sagte: Edward Schwietermann, Co-Autor der Studie:
„Wenn die Hypothese der violetten Erde zutrifft und auf der frühen Erde violette Organismen vorherrschten, könnten wir einen anderen Planeten in einem früheren Evolutionsstadium finden.“.
Die Erde hat in ihren 4,54 Milliarden Jahren ihre Kleidung oft gewechselt. Warum sollte sie nicht lila sein? Was wäre, wenn es da draußen, auf einem fernen Exoplaneten, noch immer magentafarbene Ozeane gäbe, bevölkert von Archaeen, die nie Sauerstoff gekannt haben?
Die Entdeckung archäischer Lipide in urzeitlichen Sedimenten stützt diese Hypothese. Diese Moleküle werden mit primitivem Retinal und nicht mit Chlorophyll in Verbindung gebracht. Sie legen nahe, dass die terrestrische Biosphäre vor der Einführung der chlorophyllbasierten Photosynthese von Retinal angetrieben wurde.
Vor Grün gab es Lila. Und Lila kehrt vielleicht jedes Mal zurück, wenn das Leben von neuem beginnt.
