不可思議:早年的地球難道是紫色的?

  科學家聲稱,地球上最早的生命是紫色而不是現在的綠色。遠古微生物可能使用分子而不是葉綠素而捕獲太陽光,因此,這讓生物體呈現出紫色色調。

  植物光合作用的主要色素——葉綠素吸收太陽光線中的紅藍光,反射綠光,這讓植物葉子呈現出綠色。然而,此事實卻讓一些生物學家大惑不解,因為太陽可見光光譜中以綠光傳輸的熱量最多,而植物反面不利用這種光呢。

  “為何葉綠素能傳輸最多的能量?”美國馬里蘭州大學的微生物遺傳學家西爾-代絲沙馬說。

  畢竟,進化讓人類的眼睛對綠光最敏感,這就是為何夜視鏡看到的圖像都偏綠。那麼,為何光合作用不以同樣的方式進行調整呢?

  可能性的答案

地球

  代絲沙馬認為這是因為葉綠素出現在另一感光分子——視網膜分子之後。視網膜分子在早年地球上就出現了。如今在光合作用的微生物——鹽桿菌的暗紫色膜上發現的視網膜分子,可以吸收綠光,反射紅光和藍紫色光,二者結合起來就呈現出紫色。

  利用視網膜分子捕獲太陽能的原始微生物可能當時統治著早年的地球,代絲沙馬表示,因此,地球充滿生命的熱點區域就呈現出與眾不同的紫色。

  作為遲來者,利用葉綠素的微生物不能與這些利用利用視網膜分子的微生物直接競爭,不過,它們通過進化其吸收陽光的能力來得以生存,也就是說,它們能吸收視網膜分子不能吸收的光線,代絲沙馬說。“葉綠素被迫利用紅藍光,因為所有的綠光全都被具有紫色視網膜分子的生物吸收了,”美國太空望遠鏡科學院的天文學家威廉-斯帕克斯說。他幫助代絲沙馬得出了這一想法。

  葉綠素效率更高

  研究人員推測具備葉綠素和視網膜分子的生物曾一度同時共存。“你能想像這一情形,光合作用在有一層紫色膜的生物中進行,” 代絲沙馬說。

  研究人員表示,但不久之後,這種平衡被打破,偏向於有葉綠素的生物,因為它比視網膜分子的光合作用效率更高。“葉綠素不是吸收太陽光譜的高峰值,而是能更加有效地利用光線,” 斯帕克斯說。

  代絲沙馬承認他的想法目前還僅僅只是一種推測,但表示這一說法與科學家已知的有關視網膜和早期地球的其它事情相吻合。比如,視網膜分子較葉綠素結構簡單,在早年地球的低氧環境下很容易產生,代絲沙馬表示。

  此外,形成視網膜分子的過程類似於脂肪酸的形成,許多科學家認為,脂肪酸是細胞形成與發展的關鍵成分之一。“脂肪酸是最早的細胞膜形成所必需的物質,” 代絲沙馬說。

地球

  最後,一直活到今天的鹽桿菌是利用視網膜分子進行光合作用,其實它根本就不是細菌。它屬於最原始的有機生物——古菌(archaea)。此生物家系可追溯到地球出現有氧環境之前的年代。

  綜上所述,這些不同證據表明視網膜分子的形成早於葉綠素,代絲沙馬說。

  研究小組在今年的美國天文學學會的年會上稱早年地球為“紫色地球”。此研究的詳細情況發表在最新出版的《美國科學家》雜誌上。此研究小組還計劃在今年下半年將其研究成果提交給科學雜誌進行預審。

  需要更多思考

  美國宇航局艾姆斯研究中心的地球化學家大衛-代斯-馬拉斯稱此紫色地球的假設很有趣,但警告說得對此報告進行更多的思考。沒有參與此研究的代斯-馬拉斯說:“我正謹慎地思考誰利用了什麼波長的光線,從而得出了30-40億年前地球情況的這一結論。”

  代斯-馬拉斯表示,葉綠素為何不吸收綠光的另一種解釋是,這樣做可能會傷害植物。“能量吸收進來後,就是一把比刃劍。你可以從它那裡獲得能量,也可以造成能量過剩,就像我們人類吸百分之百的純氧一樣,是會中毒的。對好東西你也不能獲取太多。”

  代斯-馬拉斯指出,藍細菌是一種光合作用的微生物,有著很長的歷史,它們生活在海面下,就是為了避免陽光直曬受傷。“我們看到許多適應低強度光線的事例,我不知道它們是不是必須得向下進化以避開太陽光譜的高峰值。”

地球

  對太空生物學有啟示作用

  如果未來研究能驗證此紫色地球的假設,將能為科學家搜尋遙遠的太空生命提供一些啟示,研究人員表示。

  “我們將確定我們不能將此想法鎖定在我們在地球上所看到的東西,” 代絲沙馬 同事尼爾-裡德說。比如,一個生物標記對太空生物學特別有用,這就是地球上的植物所產生的“紅色優勢”。在可見光中,陸地植被吸收大多數的但不是全部的紅光。許多科學家已經提議使用小部分的反射紅光當作其它行星上的生命指示劑。

  “我認為當大多數人考慮遙感監測時,他們會重點觀察有葉綠素的生命,” 代絲沙馬說,“也許,這是更為突出的一類,但如果你碰巧看到一個行星,它正處於演化發展的早期階段,而你正在尋找葉綠素,你就會錯過它,因為你在用錯誤的波長進行觀察。”




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