Kas elu varajasel Maal oli lilla?
Maa atmosfäär pole mitte alati sisaldanud märkimisväärsel hulga hapnikku. Meie planeedi ajaloo esimese kahe miljardi aasta jooksul domineerisid atmosfääris süsinikdioksiid ja metaan, kuid umbes 2,4 miljardit aastat tagasi muutus midagi — nn suur hapnikukatastroof (ingl Great Oxygenation Event) tõi kaasa atmosfääris sisalduva vaba hapniku osakaalu hüppelise kasvu, vahendab Phys.org.
Tõenäoliselt põhjustasid selle muudatuse sinivetikad e tsüanobakterid, milles fotosüntees — päikesevalguse ja süsinikdioksiidi teisendamine ainevahetuse-energiaks, mida rakendatakse eluprotsesse käitavate suhkrute tootmiseks ja mille n-ö jääksaaduseks on hapnik — toimub klorofülliks nimetatava rohelise pigmendi toel.
On teada, et fotosünteesivõimelised eluvormid eksisteerisid Maal juba enne hapnikukatastroofi, isegi kuni 3,5 miljardit aastat tagasi, kuid hapnikukatastroofi lükkasid pikka aega edasi mitmed omavahel konkureerivad — ja tänini lõpuni mõistetamatud — protsessid nagu geoloogilised mehhanismid, mis hapnikku atmosfäärist kõrvaldasid.
Klorofüllipõhise fotosünteesi algupära ja evolutsiooni varjab aga tänini suuresti saladuseloor. Nüüd on USA Marylandi ülikooli molekulaarbioloogia professor Shiladitya DasSarma ja California Riverside’i ülikooli astrobioloog dr Edward Schwieterman välja pakkunud hüpoteesi, mille kohaselt on retinaal vanem kui klorofüll, kusjuures mõlemad ained arenesid edasi käsikäes, neelates päikesevalgust täiesti erinevatel lainepikkustel.
"Fototroopilise ainevahetuse retinaalipõhised vormid on siiamaani valdavad kõikjal maailmas, eriti ookeanides, ning need kujutavad endast ühtesid kõige olulisematest bioenergeetilistest protsessidest Maal," rõhutas prof DasSarma teadusajakirjas Astrobiology Magazine.
Valguse neeldumine
Klorofüll neelab valgust kõige rohkem vahemikus 465–665 nm. Sellepärast paistavadki lehed rohelised — need ei neela rohelist valgust, vaid peegeldavad seda. Päikese spektrivahemiku tipp on aga kusagil 550 nm juures; sellesse mahuvad nii kollane kui ka roheline valgus.
Retinaalimolekuli sisaldavad paljud päikesevalgust neelavad valgud, nende hulgas ühend nimetusega bakteriorodopsiin, mis neelab valgust, mis tipneb u 568 nm juures — s.t Päikese valguse lainepikkuse tippväärtuse lähedal ja, mis eriti tähelepanuväärne, vahemikus, milles klorofüll valgust ei neela.
"Just see tähelepanek viis meid mõttele, et nende kahe pigmendi — retinaali ja klorofülli — evolutsioon võis toimuda rööpselt," rääkis prof DasSarma, kes väidab, et kuna retinaal on kahest molekulist lihtsama ülesehitusega, pidi see tekkima enne, ja klorofüll (mis teisendab päikesevalgust ainevahetuse-energiaks väiksemate kadudega) arenes hiljem, kusjuures kumbki "leidis" endale päikesevalguse neelamise vallas sobivama niši.
Eksperimendid on näidanud, et bakteriorodopsiini kombineerimine membraanpõiekesega (ingl membrane vesicle), nii et moodustub bioloogilise proto-raku ekvivalent, võib kergesti anda tulemuseks päikesevalguse neeldumise ja talletamise rakus. "Tundub loogiline, et selle väga varajase evolutsioonilise "leiutise" areng langeb kokku esimeste rakkude evolutsiooniga," leiab prof DasSarma. "Kuna rakumembraan suudab energiat talletada, võib membraanipotentsiaal (s.t raku sise- ja väliskeskkondade elektripingete erinevus, mis muudab raku potentsiaalseks energiaallikaks) kujutada endast üht olulisematest põhjustest, miks just rakud on elu elementaarüksused."
Rohelohk
Kuna Maa taimestik neelab meelsasti punast valgust, kuid peegeldab tagasi infrapunase valguse, on taimestikku spektroskoobiga vaadeldes selgelt näha peegelduva valguse järsk langus punastel lainepikkustel. Seda äkilist langust nimetatakse "punalohuks" (ingl red edge). Välja on pakutud, et teadlased, kes vaatlevad potentsiaalselt elukõlbulikelt planeetidelt peegelduva valguse spektreid, peaksid otsima planeedi valgusest punalohku, mis annaks biosignatuurina märku klorofülli kasutavast taimestikust või selle maavälisest ekvivalendist.
Kuna retinaali sisaldavad pigmendid neelavad hoopis rohelist ja kollast valgust ning peegeldavad või kiirgavad punast ja sinist valgust, peaks retinaalipõhised eluvormid inimsilma jaoks välja nägema lillad. Prof DasSarma ja dr Schwieterman nimetavad vastavat etappi Maa ajaloos "Lillaks Maaks" (ingl Purple Earth). Kuna retinaali molekul on klorofülli omast lihtsama ehitusega, peaks seda universumis esinevate eluvormide hulgas leiduma sagedamini kui klorofülli, ja seega võib ka "rohelohk" (ingl green edge) planeedi spektris anda märku retinaalipõhise elu võimalikkusest.
"See on järjekordne võrdluspunkt selliste potentsiaalsete biosignatuuride kataloogis, mida meil on mõtet mujalt otsida," arvas dr Schwieterman.
