Frühe Erde War Purpur, Schlägt Studie Vor

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Der planet könnte einst von mikroben beherrscht worden sein, die ein anderes molekül als chlorophyll verwendeten, um sonnenstrahlen zu nutzen.

Das früheste Leben auf der Erde könnte genauso lila gewesen sein, wie es heute grün ist, behauptet ein Wissenschaftler.

Antike Mikroben hätten möglicherweise ein anderes Molekül als Chlorophyll verwendet, um die Sonnenstrahlen zu nutzen, eines, das den Organismen einen violetten Farbton verlieh.

Chlorophyll, das hauptsächliche photosynthetische Pigment von Pflanzen, absorbiert hauptsächlich blaue und rote Wellenlängen von der Sonne und reflektiert grüne, und dieses reflektierte Licht verleiht den Pflanzen ihre grüne Farbe. Diese Tatsache verwirrt einige Biologen, weil die Sonne den größten Teil ihrer Energie im grünen Teil des sichtbaren Spektrums überträgt.

"Warum sollte Chlorophyll diesen Einbruch in der Gegend haben, die die meiste Energie hat?" sagte Shil DasSarma, ein mikrobieller Genetiker an der University of Maryland.

Schließlich hat die Evolution das menschliche Auge so verändert, dass es für grünes Licht am empfindlichsten ist (weshalb Bilder von Nachtsichtbrillen grün eingefärbt sind). Warum wird also die Photosynthese nicht genau so abgestimmt?

Mögliche Antwort

DasSarma denkt, es liegt daran, dass Chlorophyll aufgetaucht ist, nachdem bereits ein anderes lichtempfindliches Molekül namens Retinal auf der frühen Erde vorhanden war. Retinal, das heute in der pflaumenfarbenen Membran einer photosynthetischen Mikrobe namens Halobacteria gefunden wird, absorbiert grünes Licht und reflektiert rotes und violettes Licht, dessen Kombination violett erscheint.

Primitive Mikroben, die Netzhaut benutzten, um die Sonnenenergie zu nutzen, hätten die frühe Erde beherrscht, sagte DasSarma und färbte damit einige der ersten biologischen Hotspots der Erde in einer charakteristischen violetten Farbe.

Als Spätankömmlinge konnten Mikroben, die Chlorophyll verwendeten, nicht direkt mit denen konkurrieren, die Netzhaut benutzten, aber sie überlebten, indem sie die Fähigkeit entwickelten, genau die Wellenlängen zu absorbieren, die das Netzhautnetzwerk nicht absorbieren konnte, sagte DasSarma.

"Chlorophyll wurde gezwungen, das blaue und rote Licht zu nutzen, da das gesamte grüne Licht von den violetten Membranen enthaltenden Organismen absorbiert wurde", sagte William Sparks, ein Astronom am Space Telescope Science Institute (STScI) in Maryland, der geholfen hat DasSarma entwickelt seine Idee.

Chlorophyll effizienter

Die Forscher spekulieren, dass auf Chlorophyll und Retina basierende Organismen zeitweise koexistierten. "Man kann sich eine Situation vorstellen, in der die Photosynthese direkt unter einer Schicht purpurmembranhaltiger Organismen stattfindet", sagte DasSarma WordsSideKick.com.

Aber nach einer Weile, so die Forscher, tendierte das Gleichgewicht zugunsten von Chlorophyll, weil es effizienter ist als das Retinal.

"Chlorophyll kann zwar nicht den Peak des Sonnenspektrums abtasten, nutzt aber das von ihm absorbierte Licht besser", erklärte Sparks.

DasSarma gibt zu, dass seine Ideen derzeit nicht mehr als Spekulation sind, sagt aber, dass sie zu anderen Dingen passen, die Wissenschaftler über Netzhaut und frühe Erde kennen.

Das Netzhautgewebe hat zum Beispiel eine einfachere Struktur als Chlorophyll und wäre in der sauerstoffarmen Umgebung der frühen Erde leichter herzustellen, so DasSarma.

Das Verfahren zur Herstellung von Netzhaut ist dem einer Fettsäure sehr ähnlich, was nach Ansicht vieler Wissenschaftler einer der Schlüsselkomponenten für die Entwicklung von Zellen ist.

"Fettsäuren waren wahrscheinlich erforderlich, um die Membranen in den frühesten Zellen zu bilden", sagte DasSarma.

Schließlich ist Halobacteria, eine heute lebende Mikrobe, die Netzhaut verwendet, überhaupt kein Bakterium. Es gehört zu einer Gruppe von Organismen, die Archaeen genannt wird, deren Abstammung bis zu einer Zeit zurückreicht, bevor die Erde eine Sauerstoffatmosphäre hatte.

Zusammengenommen deuten diese unterschiedlichen Beweise darauf hin, dass das Retinal früher gebildet wurde als Chlorophyll, sagte DasSarma.

Das Team präsentierte seine so genannte "Purple Earth" -Hypothese Anfang dieses Jahres auf der Jahrestagung der American Astronomical Society (AAS) und wird in der neuesten Ausgabe des Magazins detailliert beschrieben Amerikanischer Wissenschaftler. Das Team plant auch, die Arbeit später in diesem Jahr einem von Wissenschaftlern geprüften wissenschaftlichen Journal vorzulegen.

Vorsicht ist geboten

David Des Marais, Geochemiker am Ames Research Center der NASA in Kalifornien, bezeichnet die violette Erdhypothese als "interessant", warnt jedoch davor, zu viel von einer Beobachtung zu machen.

"Ich bin etwas vorsichtig, wenn ich mir anschaue, wer welche Wellenlänge des Lichts verwendet, und Schlussfolgerungen darüber herstellt, wie die Dinge vor 3 oder 4 Milliarden Jahren waren", sagte Des Marais, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Des Marais sagte, eine alternative Erklärung für den Grund, warum Chlorophyll kein grünes Licht absorbiert, ist, dass dadurch Pflanzen geschädigt werden könnten.

"Diese Energie schreit herein. Es ist ein zweischneidiges Schwert", sagte Des Marais in einem Telefoninterview. "Ja, man bekommt Energie daraus, aber es ist, als würde man zu 100 Prozent Sauerstoff bekommen und vergiftet werden. Man kann zu viel von einer guten Sache bekommen."

Des Marais verweist auf Cyanobakterien, eine photosynthetisierende Mikrobe mit einer alten Geschichte, die direkt unter der Meeresoberfläche lebt, um die volle Belastung der Sonne zu vermeiden.

"Wir sehen viele Anzeichen für eine Anpassung, um die Lichtintensität etwas zu senken", sagte Des Marais. "Ich weiß nicht, dass es notwendigerweise einen evolutionären Nachteil gibt, wenn man nicht auf dem Gipfel des Sonnenspektrums ist."

Implikationen für die Astrobiologie

Wenn die zukünftige Forschung die violette Erdhypothese bestätigt, hätte dies Auswirkungen auf Wissenschaftler, die auf fernen Welten leben, sagen die Forscher.

"Wir sollten sicherstellen, dass wir uns nicht auf Ideen konzentrieren, die sich ganz auf das konzentrieren, was wir auf der Erde sehen", sagte DasSarmas Kollege Neil Reid, ebenfalls vom STScI.

Zum Beispiel ist ein Biomarker von besonderem Interesse in der Astrobiologie der "rote Rand", den Pflanzen auf der Erde produzieren. Die terrestrische Vegetation absorbiert das meiste, aber nicht das gesamte rote Licht im sichtbaren Spektrum. Viele Wissenschaftler haben vorgeschlagen, den kleinen Anteil reflektierten roten Lichts als Indikator für das Leben auf anderen Planeten zu verwenden.

"Ich denke, wenn die meisten Leute über Fernerkundung nachdenken, konzentrieren sie sich auf das Leben auf Chlorophyllbasis", sagte DasSarma. "Es könnte sein, dass dies der prominentere ist, aber wenn Sie einen Planeten sehen, der sich in diesem frühen Stadium der Evolution befindet, und Sie nach Chlorophyll suchen, könnten Sie ihn vermissen, weil Sie die falsche Wellenlänge betrachten. "


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