Ранние формы жизни на Земле, возможно, были в состоянии генерировать метаболическую энергию от солнечного света, используя фиолетовую пигментированную молекулу, называемую сетчаткой, которая, возможно, предшествовала эволюции хлорофилла и фотосинтеза. Если сетчатка развилась в других мирах, она может создать отличительную биосигнализацию, поскольку она поглощает зеленый свет так же, как растительность на Земле поглощает красный и синий свет.
Атмосфера Земли не всегда содержала значительное количество кислорода. В течение первых двух миллиардов лет истории нашей планеты атмосфера была богата двуокисью углерода и метаном, но около 2,4 миллиарда лет назад кое-что изменилось: произошло событие Великой Оксигенации, в результате которого изобилие свободного кислорода в нашей атмосфере резко возросло.
Причиной этого являются цианобактерии, которые способны выполнять фотосинтез — превращение солнечного света и углекислого газа в метаболическую энергию для производства сахаров, которые питают жизненные процессы, а кислород — как продукт «отходов» — с использованием зеленого пигмента, называемого хлорофиллом.
Известно, что фотосинтетические формы жизни существовали до великого события оксигенации (GOE) еще 3,5 миллиарда лет назад, но различные конкурирующие – и не до конца понятые – процессы отложили ее, включая геологические механизмы, которые смогли удалить кислород из атмосферы. Однако происхождение и эволюция фотосинтеза с помощью хлорофилла остаются неясным. Теперь ученые выдвинули идею о том, что ретинал предшествовал хлорофиллу, и что они развивались в тандеме, поглощая солнечный свет на взаимодополняющих длинах волн.
В периоды активности Солнце немного сжимается
Хлорофилл поглощает свет на длинах волны 465 нм и 665 нм. Вот почему листья кажутся зелеными, потому что они отражают зеленый свет, а не поглощают его. Однако спектр солнца достигает пика на длине волны ~550 нм, что включает желтый и зеленый свет.
Ряд белков, поглощающих солнечный свет, содержит молекулу ретинала, в том числе один белок, называемый бактериородопсином, который поглощает свет, достигающий максимума при 568 нм, в том диапазоне, в котором хлорофилл не поглощает свет.
«Именно это заставило нас думать, что два пигмента — ретинал и хлорофилл — могут развиваться совместно», — говорят исследователи, которые утверждают, что, поскольку ретинал является более простой молекулой, на первом месте был бы хлорофилл (что более эффективно при превращении солнечного света в метаболическую энергию), эволюционируя впоследствии, при каждом заполнении различных ниш в свете, который они поглощают.
Эксперименты показали, что объединение бактериородопсина с мембранным везикулом с образованием эквивалента биологической прото-клетки может эффективно приводить к улавливанию и хранению солнечного света в клетке. «Имеет смысл, что это было очень раннее эволюционное изобретение, совпадающее с эволюцией первых клеток», — говорят ученые.
«Используя способность захвата энергии клеточной мембраны, мембранный потенциал (разница в электрическом потенциале внутри и снаружи ячейка, позволяющая клетке обеспечивать энергию), может представлять собой одну из самых важных причин, по которой клетки являются основной единицей жизни».
Вселенные без слабой ядерной силы могут иметь звезды и жизнь
Поскольку растительность на Земле поглощает красный свет, но отражает инфракрасное излучение, просмотр растительности с помощью спектроскопа показывает резкое падение отраженного света на красных длинах волн, внезапное уменьшение, называемое «Красным край». Было высказано предположение, что при исследовании спектра света, отраженного от потенциально пригодных для обитания экзопланет, ученые могли бы искать красную окраску в свете планеты, которая была бы биосинграцией, указывающей на растительность с использованием хлорофилла или его внеземного эквивалента.
В виду того что ретинальные пигменты поглощают зеленый и желтый свет, и отражают или передают красный и голубой свет, то «ретинальная жизнь» показалась бы в фиолетовом цвете. Такой этап в истории Земли назывался «Фиолетовая Земля». Поскольку ретинал является более простой молекулой, чем хлорофилл, то ее можно было бы чаще встречать во Вселенной, и поэтому «зеленый край» в спектре планеты потенциально может быть биосигналом для жизни.
«Это еще одна точка отсчета в библиотеке потенциальных биосигналов, которую мы можем искать в других мирах», — говорят исследователи.
Источник: