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Donnerstag, 15.11.2018
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War das Leben einst rot-violett?

Organismen mit rötlichem Fotopigment könnten die frühe Erde geprägt haben

"Purple Earth": Das erste Leben auf unserem Planeten war möglicherweise rosa-violett gefärbt – und auch außerirdisches Leben könnte diese Farbe haben. Denn noch vor der Fotosynthese nutzten erste irdische Organismen wahrscheinlich ein einfaches, rotes Pigment, um die Energie der Sonne einzufangen. Auf der Suche nach Leben auf anderen Planeten sollten Astronomen daher nicht nur nach Signaturen einer grünen Vegetation suchen, sondern auch nach dem Signal für violette Lebewesen, sagen die Forscher.
Das erste Leben auf der Erde könnte rötlich-violett gefärbt gewesen sein, wie die Bakterien in diesem Salzsee in Autralien.

Das erste Leben auf der Erde könnte rötlich-violett gefärbt gewesen sein, wie die Bakterien in diesem Salzsee in Autralien.

Unsere Erde ist ein grün-blauer Planet: Würde ein außerirdischer Astronom das Lichtspektrum der Erde analysieren, fiele ihm neben dem Blau der Ozeane vor allem das von den Landflächen reflektierte Grün der Vegetation auf. Der Grund dafür ist der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll, mit dessen Hilfe die Pflanzen Fotosynthese betrieben und so aus Sonnenlicht Energie gewinnen. Dieser Prozess war es auch, durch den Blaualgen vor 2,5 bis drei Milliarden Jahren die Uratmosphäre unseres Planeten mit Sauerstoff anreicherten.

Rotes Retinal statt grünes Chlorophyll


Doch was war davor? Vor der "grünen Welle" könnte es auf der Erde eine violette Phase des Lebens gegeben haben, sagen Shiladitya DasSarma von der University of Maryland und Edward Schwieterman von der NASA. Vor der "Erfindung " der Fotosynthese und des Chlorophylls könnten demnach erste Organismen ein anderes Pigment als Lichtsammler genutzt haben: das Retinol.

Dieses rötliche, lichtsensible Pigment wird noch heute von einigen Archaeen und salzliebenden Bakterien genutzt – und damit von Organismen, die mit zu den ältesten unseres Planeten gehören. "Zwar haben sich diese modernen Archaeen im Laufe der Äonen natürlich von ihren ursprünglichen retinal-basierten Vorgängern weiterentwickelt", sagen die Forscher. "Aber noch heute besitzen sie die potenzielle Fähigkeit, die anaeroben Bedingungen der frühen Erde zu überleben."


Struktur des Retinals (links) und gelöste Pigmente von Halobacterium sp.

Struktur des Retinals (links) und gelöste Pigmente von Halobacterium sp.

Einfacher, wenn auch weniger effektiv


Plausibel wäre das rote Pigment als Chlorophyll-Vorgänger vor allem wegen seiner Einfachheit: "Das Retinal hat eine simple chemische Struktur im Vergleich zu Chlorophyll und vielen anderen Pigmenten, die für Fotosynthese und Atmung genutzt werden", erklären die Forscher. "Eine auf Retinal basierende Phototrophie ist daher einfacher, wenn auch weniger effizient als die Fotosynthese."

Nach Ansicht von DasSarma und Schwieterman könnten erste einfache Bakterien und Archaeen deshalb zunächst das Retinol als Lichtsammler entwickelt haben. Als dann später die ersten Blaualgen und andere mit Chlorophyll ausgestattete Lebewesen entstanden, wurden diese Ur-Organismen allmählich verdrängt. Sie überlebten jedoch in speziellen Nischen wie beispielsweise Salztümpeln oder heißen Quellen, wo ihre Nachfahren bis heute vorkommen.

Verräterische Absorptionslücke


Ein weiteres Indiz dafür, dass es vor dem Chlorophyll schon eine andere Form des Lichtsammelns gab, sehen die Forscher in den grünen Pflanzen selbst. Denn ihr Chlorophyll nutzt nicht den kompletten Wellenbereich des Lichts, sondern hat ausgerechnet im gelb-grünen Bereich ein Absorptionsminimum – obwohl diese Wellenlänge besonders energiereich und damit "lukrativ" wären.


Der mögliche Grund für diese seltsame Lücke: die Konkurrenz zu den violetten Retinal-Organismen. Weil sie in den urzeitlichen Bakterienmatten schon den Großteil des gelb-grünen Lichts herausfilterten, mussten sich die neuen, Fotosynthese-treibenden Lebewesen mit dem Rest begnügen. "Das könnte erklären, warum Chlorophyll und Bakteriochlorophyll relativ wenig Licht im gelb-grünen Bereich absorbieren und stattdessen ihr Maximum in flankierenden blauen und roten Regionen des Spektrums haben", so DasSarma und Schwieterman.

Spektralsignatur von Ozean, Wald und den durch Retinal rötlichen Halobakterien

Spektralsignatur von Ozean, Wald und den durch Retinal rötlichen Halobakterien

Violette Aliens


Sollte sich diese rot-violette Phase des irdischen Lebens bestätigen, dann hätte das auch Konsequenzen für die Suche nach Lebensformen auf anderen Planeten. Denn dann müsste man im Spektrum des von Exoplaneten reflektierten Lichts nicht nur nach der Signatur von Chlorophyll und anderen grünen Fotopigmenten suchen, sondern auch nach den Spuren von Retinol und anderen rötlichen Pigmenten.

"Die mögliche Existenz einer 'Purple Earth' erweitert die potenzielle biologische Geschichte eines Planeten und macht so zusätzliche Biosignaturen verfügbar", sagen die Wissenschaftler. Tatsächlich haben Astrobiologen schon jetzt eine ganzen Farbkatalog möglicher außerirdischer Lebensformen zusammengestellt. Die neuen Erkenntnisse könnten nun die Suche nach Licht von "violetten Planeten" noch plausibler machen. (International Journal of Astrobiology, 2018; doi: 10.1017/S1473550418000423)
(IJA, 24.10.2018 - NPO)
 
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