هل كانت الحياة على الأرض أرجوانية؟

كوكب خارجي أخضر صالح للسكنى

الكواكب الخارجية الصالحة للسكن حيث تستخدم الحياة الشبكية ذات الصبغة الأرجواني لتوفير الطاقة الأيضية من ضوء الشمس يمكن أن يكون لها انخفاض في الضوء الأخضر عند النظر إليها من خلال التحليل الطيفي. (مصدر الصورة: NASA / Ames / JPL – Caltech)



ربما كانت أشكال الحياة المبكرة على الأرض قادرة على توليد الطاقة الأيضية من ضوء الشمس باستخدام جزيء ذو صبغة أرجوانية يسمى الشبكية التي ربما تسبق تطور الكلوروفيل و البناء الضوئي . إذا تطورت شبكية العين على عوالم أخرى ، فيمكن أن تخلق بصمة حيوية مميزة لأنه يمتص الضوء الأخضر بنفس الطريقة التي تمتص بها النباتات على الأرض الضوء الأحمر والأزرق.



لم يكن الغلاف الجوي للأرض يحتوي دائمًا على كميات كبيرة من الأكسجين. خلال أول ملياري سنة من تاريخ كوكبنا ، كان الغلاف الجوي غنيًا بثاني أكسيد الكربون والميثان ، ولكن منذ حوالي 2.4 مليار سنة تغير شيء ما: حدث الأوكسجين الكبير التي شهدت ارتفاعًا كبيرًا في وفرة الأكسجين الحر في غلافنا الجوي. يعتقد أن سبب هذا هو البكتيريا الزرقاء ، والتي تكون قادرة على الأداء البناء الضوئي - تحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى طاقة أيضية لإنتاج السكريات التي تغذي عمليات الحياة ، والأكسجين كمنتج 'النفايات' - باستخدام صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل.

من المعروف أن أشكال الحياة الضوئية كانت موجودة قبل حدث الأوكسجين الكبير (NS) ، منذ 3.5 مليار سنة ، لكن العمليات المتنافسة المختلفة - وغير المفهومة تمامًا - أدت إلى تأجيل الحكومة المصرية ، بما في ذلك الآليات الجيولوجية التي كانت قادرة على إزالة الأكسجين من الغلاف الجوي. ومع ذلك ، فإن أصل وتطور عملية التمثيل الضوئي عبر الكلوروفيل لا يزال غامضًا. الآن ، شيلاديتيا داسارما ، أستاذة البيولوجيا الجزيئية في جامعة ميريلاند ، والدكتور إدوارد شويترمان ، عالم الأحياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، لديهما طرح الفكرة أن شبكية العين سبقت الكلوروفيل ، وأن الاثنين تطورا جنبًا إلى جنب ، ممتصًا أشعة الشمس عند الأطوال الموجية التكميلية. [ البحث عن الحياة على المريخ (تسلسل زمني للصور) ]



يقول داسارما: `` لا تزال الأيضات الضوئية القائمة على الشبكية سائدة في جميع أنحاء العالم ، وخاصة في المحيطات ، وتمثل واحدة من أهم عمليات الطاقة الحيوية على الأرض ''. مجلة علم الأحياء الفلكي .

امتصاص الضوء

يمتص الكلوروفيل ذروة الضوء عند أطوال موجية تبلغ 465 نانومتر و 665 نانومتر. هذا هو سبب ظهور الأوراق باللون الأخضر لأنها تعكس الضوء الأخضر بدلاً من امتصاصه. ومع ذلك ، يبلغ طيف الشمس ذروته عند حوالي 550 نانومتر ، والذي يتضمن الضوء الأصفر والأخضر.

يحتوي عدد من البروتينات التي تمتص ضوء الشمس على جزيء من شبكية العين ، بما في ذلك بروتين واحد يسمى بكتيريورودوبسين يمتص الضوء الذي يبلغ ذروته عند 568 نانومتر ، بالقرب من الطول الموجي الذي يصل فيه ضوء الشمس إلى ذروته ، وعلى الأخص في النطاق الذي لا يمتصه الكلوروفيل. هذا هو بالضبط ما جعلنا نفكر في أن الصباغين - الشبكية والكلوروفيل - ربما يكونا قد تطورتا معًا '' ، كما يقول داسارما ، الذي يجادل بأنه نظرًا لأن الشبكية هي الجزيء الأبسط ، فقد تأتي أولاً ، مع الكلوروفيل (وهو أكثر كفاءة في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة استقلابية) تتطور بعد ذلك ، حيث يملأ كل منها منافذ مختلفة من حيث الضوء الذي تمتصه.



أظهرت التجارب أن الجمع بين البكتيرية والحويصلة الغشائية لتشكيل ما يعادل خلية بيولوجية أولية يمكن أن يؤدي بشكل فعال إلى محاصرة ضوء الشمس وتخزينه في الخلية. يقول داسارما: 'من المنطقي أن يكون هذا اختراعًا تطوريًا مبكرًا جدًا تزامنًا مع تطور الخلايا الأولى'. باستخدام قدرة غشاء الخلية على حبس الطاقة ، قد تمثل إمكانات الغشاء [الاختلاف في الجهد الكهربائي بين داخل الخلية وخارجها ، والسماح للخلية بتزويد الطاقة] أحد أهم الأسباب التي تجعل الخلايا هي الوحدة الأساسية لـ الحياة.' [ 10 كواكب خارجية يمكن أن تستضيف حياة غريبة ]

يحتوي الغطاء النباتي على الأرض على الكلوروفيل الذي يمتص الضوء الأحمر والأزرق ، ويعكس الضوء الأخضر وينقله ، ومن هنا تظهر أوراق الأشجار باللون الأخضر.

يحتوي الغطاء النباتي على الأرض على الكلوروفيل الذي يمتص الضوء الأحمر والأزرق ، ويعكس الضوء الأخضر وينقله ، ومن هنا تظهر أوراق الأشجار باللون الأخضر.(رصيد الصورة: Arunchaitanya Mandalapu / ويكيميديا ​​كومنز)

الحافة الخضراء



نظرًا لأن الغطاء النباتي على الأرض يمتص الضوء الأحمر ، لكنه يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء ، فإن مشاهدة الغطاء النباتي باستخدام مطياف يكشف عن انخفاض كبير في الضوء المنعكس عند الأطوال الموجية الحمراء ، وهو انخفاض مفاجئ يسمى 'الحافة الحمراء'. لقد تم اقتراح أنه عند فحص طيف الضوء المنعكس من الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، يمكن للعلماء البحث عن حافة حمراء في ضوء الكوكب ، والتي ستكون إشارة حيوية تدل على الغطاء النباتي باستخدام الكلوروفيل ، أو ما يعادله خارج كوكب الأرض.

من المثير للاهتمام ، نظرًا لأن أصباغ الشبكية تمتص الضوء الأخضر والأصفر ، وتعكس أو تنقل الضوء الأحمر والأزرق ، فإن الحياة القائمة على الشبكية ستظهر باللون الأرجواني. يصف DasSarma و Schwieterman هذه المرحلة في تاريخ الأرض بأنها 'الأرض الأرجواني'. نظرًا لأن شبكية العين هي جزيء أبسط من الكلوروفيل ، فمن الممكن أن توجد بشكل أكثر شيوعًا في الحياة في الكون ، وبالتالي فإن 'الحافة الخضراء' في طيف الكوكب يمكن أن تكون بصمة حيوية للحياة القائمة على الشبكية.

يقول شفيترمان: 'هذه نقطة مرجعية أخرى في مكتبة من البصمات الحيوية المحتملة التي يمكننا البحث عنها في مكان آخر'.

تم دعم البحث من قبل NASA Astrobiology من خلال برنامج علم الأحياء الخارجية وعلم الأحياء التطوري ، فإن معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية (NAI) من عناصر ناسا علم الأحياء الفلكي البرنامج و Nexus لعلوم نظام الكواكب الخارجية (NExSS). NExSS هي شبكة تنسيق أبحاث تابعة لوكالة ناسا مدعومة من قبل برنامج ناسا للبيولوجيا الفلكية . يتم مشاركة عنصر البرنامج هذا بين قسم علوم الكواكب (PSD) التابع لناسا وقسم الفيزياء الفلكية.

تم توفير هذه القصة من قبل مجلة علم الأحياء الفلكي ، وهو منشور على شبكة الإنترنت برعاية برنامج علم الأحياء الفلكي التابع لوكالة ناسا . تم نشر هذه النسخة من القصة على موقع demokratija.eu . تابعنا تضمين التغريدة أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .