Фіолетова Земля – як виглядала планета до фотосинтезу

На користь цієї гіпотези свідчить спосіб, у який до появи фотосинтезу архаїчні мікроорганізми переробляли світло на енергію. 

Американські астробіологи висунули так звану Гіпотезу фіолетової Землі. Вона пояснює, як прадавні мікроорганізми засвоювали світло до появи фотосинтезу. Через ці процеси Земля, ймовірно, мала лавандовий колір. Пояснюють гіпотезу популяризатори науки з видання IFLScience.

Теорію запропонували професор з молекулярної біології Шиладітья ДасСарма (Shiladitya DasSarma) та доктор з астробіології Едвард Швітерман (Edward W. Schwieterman). Обоє спеціалізуються на мікроорганізмах, що живуть у надзвичайно суворих умовах: екстремально низькі чи високі температури, відсутність кисню, солоність, радіоактивність тощо.

Передумови появи гіпотези 

Фотосинтез — один із найважливіших біохімічних процесів на нашій планеті, оскільки в його результаті утворюється кисень. Завдяки йому бактерії та рослини поглинають світло і переробляють його на життєдайну енергію.

Знайдено стародавні тилакоїди, які змінюють уявлення про розвиток фотосинтезу

Але у фотосинтезі є один незрозумілий для вчених аспект. Світло складається з хвиль сонячного спектру (синього, зеленого, червоного тощо) різної довжини. Одними з найпотужніших є “зелені” хвилі. Але саме цей спектр більшість бактерій та рослин відбивають. 

Така поведінка суперечить базовим принципам еволюції. Адже живі організми розвиваються, рухаючись найоптимальнішим шляхом з існуючих. Тому зелений мав би засвоюватися першочергово. Натомість, саме його рослини та бактерії ігнорують за допомогою пігменту під назвою хлорофіл.

Блакитна планета

Життя на Землі зародилося ≈ 3,7–4,1 млрд років тому. А фотосинтез із хлорофілом існує лише більше 2 млрд років. Тобто, прадавні мікроорганізми могли переробляти сонячну енергію інакше. На користь такого припущення свідчать істоти, що зберегли таку здатність до сьогоднішнього дня. 

Вчені знайшли новий вид рослин, які не використовують фотосинтез

Адже фотосинтез — це лише один із відомих способів засвоєння світла. Всього наука знає щонайменше три способи, якими живі організми перетворюють сонячні промені на енергію. Мова йде про молекули аденозинтрифосфату (АТФ), що зберігають і переносять енергію для забезпечення всіх біохімічних процесів у клітинах.

Окрім фотосинтезу, існують також анаоксигенний фотосинтез та ретинальна фототрофія. В обидвох випадках кисень не виробляється як побічний продукт. Без кисню не було б сучасної атмосфери. А саме завдяки їй наша планета виглядає з відстані блакитною.

Фіолетова планета

Шиладітья ДасСарма та Едвард Швітерман вважають, що до фотосинтезу живі мікроорганізми використовували ретинальну фототрофію. Вона простіша, полягає у поглинанні “зелених” променів і відбиванні фіолетових завдяки пігменту під назвою ретиналь. 

До появи фотосинтезу атмосфера була бідною і в ній переважали вуглекислий газ та метан. Океани та моря були мілкими і мутними. Поверхня, ймовірно, кишіла крихітними мікроорганізмами, що відбивали фіолетовий колір. Завдяки цьому Земля могла мати бузкове забарвлення. 

Згодом, 2,4 млрд роки тому нові мікроорганізми почали завойовувати собі місце під Сонцем. Оскільки промені зеленого спектру вже були “зайняті”, еволюційно вигідно було підлаштовуватися під засвоєння хвиль іншої довжини зі спектру. Так запрацював фотосинтез. 

Давні мікроорганізми були здатні до фотосинтезу – вчені

Ця стратегія виявилася успішною, оскільки не просто давала енергію поколінням бактерій, але й мала кисень як побічний продукт життєдіяльності. Як наслідок, поступово це змінило атмосферу планети. Вона стала багаторівневою, здатною розсіювати короткохвильове синє світло. Моря та океани віддзеркалюють його від неба, тому теж здаються нам блакитними, голубими чи бірюзовими. 

Живий світ завдяки повітрю розвивався та ускладнювався. Першими тваринами на Землі могли бути медузи або губки. Нещодавно завдяки відкриттю вчених з Массачусетського технологічного інституту стало відомо, що губки з’явилися 541 мільйон років тому, схиливши чашу терезів на користь цих тварин.