Vroege levensvormen op aarde zijn mogelijk in staat geweest om metabolische energie uit zonlicht te genereren met behulp van een paars-gepigmenteerd molecuul dat netvlies wordt genoemd en dat mogelijk dateert van vóór de evolutie van chlorofyl en fotosynthese. Als het netvlies zich op andere werelden heeft ontwikkeld, het zou een onderscheidende biosignatuur kunnen creëren omdat het groen licht absorbeert op dezelfde manier als de vegetatie op aarde rood en blauw licht absorbeert.

De atmosfeer van de aarde bevat niet altijd significante hoeveelheden zuurstof. Gedurende de eerste twee miljard jaar van de geschiedenis van onze planeet, de atmosfeer was rijk aan kooldioxide en methaan, maar ongeveer 2,4 miljard jaar geleden veranderde er iets:de Great Oxygenation Event waardoor de overvloed aan vrije zuurstof in onze atmosfeer dramatisch toenam. De oorzaak hiervan is vermoedelijk cyanobacteriën, die in staat zijn om fotosynthese uit te voeren - de transformatie van zonlicht en koolstofdioxide in metabolische energie om suikers te produceren die de processen van het leven voeden, en zuurstof als een 'afvalproduct' – met behulp van een groen pigment dat chlorofyl wordt genoemd.

Van fotosynthetische levensvormen is bekend dat ze bestonden vóór de Great Oxygenation Event (GOE), al 3,5 miljard jaar geleden, maar verschillende concurrerende - en niet volledig begrepen - processen hebben de GOE uitgesteld, inclusief geologische mechanismen die zuurstof uit de atmosfeer konden verwijderen. Echter, de oorsprong en evolutie van fotosynthese via chlorofyl blijft duister. Nutsvoorzieningen, Shiladitya DasSarma, die hoogleraar moleculaire biologie is aan de Universiteit van Maryland, en dr. Edward Schwieterman, een astrobioloog aan de Universiteit van Californië, rivieroever, hebben het idee geopperd dat het netvlies ouder was dan chlorofyl, en dat de twee samen evolueerden, zonlicht absorberen op complementaire golflengten.

"Op het netvlies gebaseerde fototrofe metabolismes komen nog steeds voor over de hele wereld, vooral in de oceanen, en vertegenwoordigen een van de belangrijkste bio-energetische processen op aarde, " vertelt DasSarma Tijdschrift voor Astrobiologie .

Licht absorberen

Chlorofyl absorbeert licht met een piek bij golflengten van 465 nm en 665 nm. Dit is de reden waarom bladeren groen lijken, omdat ze groen licht reflecteren in plaats van absorberen. Echter, het spectrum van de zon piekt op ~550 nm, waaronder geel en groen licht.

Een aantal eiwitten die zonlicht absorberen, bevatten een molecuul retinale, waaronder een eiwit genaamd bacteriorodopsine dat licht absorbeert met een piek van 568 nm, dicht bij de golflengte waarop het licht van de zon piekt, en met name in het bereik waarin chlorofyl niet wordt opgenomen. "Dit is precies wat ons aan het denken zette dat de twee pigmenten - netvlies en chlorofyl - mogelijk samen zijn geëvolueerd, " zegt DasSarma, die beweert dat omdat retina het eenvoudigere molecuul is, het zou eerst komen, met chlorofyl (dat efficiënter is in het omzetten van zonlicht in metabolische energie) dat daarna evolueert, waarbij elk verschillende nissen vult in termen van het licht dat ze absorberen.

Experimenten hebben aangetoond dat het combineren van bacteriorodopsine met een membraanblaasje om het equivalent van een biologische protocel te vormen, effectief kan resulteren in het vangen en opslaan van zonlicht in een cel. "Het is logisch dat dit een zeer vroege evolutionaire uitvinding was die samenviel met de evolutie van de eerste cellen, "zegt DasSarma." Door gebruik te maken van het vermogen van het celmembraan om energie vast te de membraanpotentiaal [het verschil in elektrisch potentiaal tussen binnen en buiten de cel, de cel toestaan ​​om energie te leveren] kan een van de belangrijkste redenen zijn waarom cellen de fundamentele eenheid van het leven zijn."

De groene rand

Omdat vegetatie op aarde rood licht absorbeert, maar reflecteert infrarood licht, het bekijken van vegetatie met behulp van een spectroscoop onthult een dramatische dip in gereflecteerd licht op rode golflengten, een plotselinge afname die de 'rode rand' wordt genoemd. Er is gesuggereerd dat bij het onderzoeken van het spectrum van licht dat wordt gereflecteerd door mogelijk bewoonbare exoplaneten, wetenschappers kunnen zoeken naar een rode rand in het licht van de planeet, wat een biosignatuur zou zijn die indicatief is voor vegetatie die chlorofyl gebruikt, of zijn buitenaardse equivalent.

Intrigerend, aangezien retinale pigmenten groen en geel licht absorberen, en reflecteren of zenden rood en blauw licht, dan zou het op het netvlies gebaseerde leven paars van kleur lijken. DasSarma en Schwieterman beschrijven zo'n fase in de geschiedenis van de aarde als een 'paarse aarde'. Omdat retina een eenvoudiger molecuul is dan chlorofyl, dan zou het vaker voorkomen in het leven in het heelal, en daarom zou een 'groene rand' in het spectrum van een planeet mogelijk een biosignatuur kunnen zijn voor op het netvlies gebaseerd leven.

"Dit is een ander referentiepunt in een bibliotheek met potentiële biosignaturen waar we elders naar kunnen zoeken, ', zegt Schwieterman.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.