Le prime forme di vita sulla Terra potrebbero essere state in grado di generare energia metabolica dalla luce solare usando una molecola pigmentata di viola chiamata retinale che forse precede l'evoluzione della clorofilla e della fotosintesi. Se la retina si è evoluta su altri mondi, potrebbe creare una biofirma distintiva in quanto assorbe la luce verde nello stesso modo in cui la vegetazione sulla Terra assorbe la luce rossa e blu.

L'atmosfera terrestre non ha sempre contenuto quantità significative di ossigeno. Per i primi due miliardi di anni della storia del nostro pianeta, l'atmosfera era ricca di anidride carbonica e metano, ma circa 2,4 miliardi di anni fa qualcosa è cambiato:il Grande Evento di Ossigenazione che ha visto aumentare drammaticamente l'abbondanza di ossigeno libero nella nostra atmosfera. Si pensa che la causa di ciò siano i cianobatteri, che sono in grado di eseguire la fotosintesi - la trasformazione della luce solare e dell'anidride carbonica in energia metabolica per produrre zuccheri che alimentano i processi della vita, e ossigeno come prodotto di "rifiuto", utilizzando un pigmento verde chiamato clorofilla.

È noto che le forme di vita fotosintetiche sono esistite prima del Grande Evento di Ossigenazione (GOE), fino a 3,5 miliardi di anni fa, ma vari processi concorrenti – e non completamente compresi – hanno rinviato il GOE, compresi i meccanismi geologici che erano in grado di rimuovere l'ossigeno dall'atmosfera. Però, l'origine e l'evoluzione della fotosintesi attraverso la clorofilla rimangono oscure. Ora, Shiladitya DasSarma, che è professore di biologia molecolare presso l'Università del Maryland, e il dottor Edward Schwieterman, un astrobiologo dell'Università della California, lungo il fiume, hanno avanzato l'idea che la retina abbia preceduto la clorofilla, e che i due si sono evoluti in tandem, assorbendo la luce solare a lunghezze d'onda complementari.

"Il metabolismo fototrofico retinico è ancora prevalente in tutto il mondo, soprattutto negli oceani, e rappresentano uno dei più importanti processi bioenergetici sulla Terra, " Racconta DasSarma Rivista di astrobiologia .

Assorbe la luce

La clorofilla assorbe il picco di luce alle lunghezze d'onda di 465 nm e 665 nm. Ecco perché le foglie appaiono verdi, perché riflettono la luce verde invece di assorbirla. Però, lo spettro del Sole raggiunge i picchi a ~550nm, che include luce gialla e verde.

Un certo numero di proteine ​​che assorbono la luce solare contengono una molecola di retina, inclusa una proteina chiamata batteriorodopsina che assorbe la luce con un picco a 568 nm, vicino alla lunghezza d'onda alla quale la luce del Sole raggiunge il picco, e in particolare nella gamma in cui la clorofilla non assorbe. "Questo è esattamente ciò che ci ha fatto pensare che i due pigmenti - retina e clorofilla - possano essersi co-evoluti, " dice DasSarma, chi sostiene che, poiché il retinale è la molecola più semplice, sarebbe venuto prima, con la clorofilla (che è più efficiente nel trasformare la luce solare in energia metabolica) evolvendosi successivamente, con ciascuno che riempie nicchie differenti in termini di luce che assorbono.

Gli esperimenti hanno dimostrato che la combinazione di batteriorodopsina con una vescicola di membrana per formare l'equivalente di una proto-cellula biologica può efficacemente intrappolare e immagazzinare la luce solare in una cellula. "Ha senso che questa fosse un'invenzione evolutiva molto precoce che coincideva con l'evoluzione delle prime cellule, " dice DasSarma." Usando la capacità di intrappolare l'energia della membrana cellulare, il potenziale di membrana [la differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno della cellula, consentire alla cellula di fornire energia] può rappresentare uno dei motivi più importanti per cui le cellule sono l'unità fondamentale della vita".

Il bordo verde

Poiché la vegetazione sulla Terra assorbe la luce rossa, ma riflette la luce infrarossa, osservare la vegetazione utilizzando uno spettroscopio rivela un drammatico calo della luce riflessa a lunghezze d'onda rosse, una diminuzione improvvisa che viene chiamata "bordo rosso". È stato suggerito che quando si sonda lo spettro della luce riflessa da esopianeti potenzialmente abitabili, gli scienziati potrebbero cercare un bordo rosso nella luce del pianeta, che sarebbe una biofirma indicativa della vegetazione che utilizza clorofilla, o il suo equivalente extraterrestre.

intrigante, poiché i pigmenti retinici assorbono la luce verde e gialla, e riflettono o trasmettono luce rossa e blu, allora la vita basata sulla retina apparirà di colore viola. DasSarma e Schwieterman descrivono un tale stadio nella storia della Terra come una "Terra Viola". Poiché la retina è una molecola più semplice della clorofilla, allora potrebbe essere più comunemente trovato nella vita nell'Universo, e quindi un "margine verde" nello spettro di un pianeta potrebbe potenzialmente essere una biofirma per la vita basata sulla retina.

"Questo è un altro punto di riferimento in una libreria di potenziali firme biologiche che possiamo cercare altrove, "dice Schwieterman.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.