Hipoteza o ljubičastoj Zemlji

**Hipoteza o ljubičastoj Zemlji** (en. Purple Earth hypothesis - **PEH**) je astrobiološka hipoteza, koju je prvi put predložio molekularni biolog Shiladitya DasSarma 2007. godine, i prema kojoj su najraniji fotosintetski oblici života rane Zemlje bili zasnovani na jednostavnijem molekulu retinala, a ne na složenijem hlorofilu na bazi porfirina, zbog čega je površinska biosfera izgledala ljubičasto, a ne trenutno zelenkasto. Procjenjuje se da se to dogodilo prije između 3,5 i 2,4 milijarde godina tokom arhajskog eona, prije velikog oksidacijskog događaja i huronske glacijacije.

Ćelijske membrane koje sadrže retinal pokazuju jedan vrh apsorpcije svjetlosti centriran u energetski bogatom zeleno-žutom području vidljivog spektra, ali propuštaju i reflektiraju crvenu i plavu svjetlost, što rezultira magenta bojom. Hlorofilni pigmenti, nasuprot tome, apsorbiraju crvenu i plavu svjetlost, ali malo ili nimalo zelene svjetlosti, što rezultira karakterističnom zelenom refleksijom biljaka, cijanobakterija, zelenih algi i drugih organizama s hlorofilnim organelama. Jednostavnost retinalnih pigmenata u usporedbi sa složenijim hlorofilom, njihova povezanost s izoprenoidnim lipidima u ćelijskoj membrani, kao i otkriće arhealnih membranskih komponenti u drevnim sedimentima na ranoj Zemlji u skladu su s ranom pojavom životnih oblika s ljubičastim membranama prije tirkizne boje Canfieldovog okeana i kasnijih zelenih fotosintetskih organizama.

## Dokazi
Otkriće komponenti arhealnih membrana u drevnim sedimentima na ranoj Zemlji podržava PEH jer su ti lipidi povezani s arhealnim retinalom, primitivnim pigmentom koji hvata svjetlost umjesto hlorofila, što sugerira da je biosfera rane Zemlje bila ljubičasta i pokretana retinalom prije pojave fotosinteze zasnovane na hlorofilu koja je uvedena tokom velikog oksidacijskog događaja.

## Moderni primjeri fotosinteze zasnovane na retinalu
Primjer organizama zasnovanih na retinalu koji danas postoje su fotosintetski mikrobi koji se zajednički nazivaju Haloarchaea. Mnogi pripadnici Haloarchaea sadrže protein bakteriorodopsin, derivat retinala, u svojoj ćelijskoj membrani, koji vrši pumpanje protona vođeno fotonima, stvarajući gradijent protonskog pokreta preko membrane i pokrećući sintezu ATP-a. Proces je oblik anoksigene fotosinteze koja ne uključuje fiksaciju ugljika, a membranska protonska pumpa haloarheja predstavlja jedan od najjednostavnijih poznatih bioenergetskih sistema za prikupljanje svjetlosne energije.

## Evolutivna historija
Mikroorganizmi s ljubičastim i zelenim fotopigmentima često koegzistiraju u stratificiranim kolonijama poznatim kao mikrobne prostirke, gdje mogu koristiti komplementarne dijelove solarnog spektra. Koegzistencija mikroorganizama koji sadrže ljubičaste i zelene pigmente u mnogim okruženjima ukazuje na njihovu koevoluciju.

Moguće je da su biosferom rane Zemlje u početku dominirale arhealne kolonije napajane mrežnjačom koje su apsorbirale svu zelenu svjetlost, ostavljajući eubakterijama koje su "živjele u njihovim sjenama" da evoluiraju koristeći rezidualni crveni i plavi svjetlosni spektar. Međutim, kada su se fotoautotrofi na bazi porfirina razvili i počeli fotosintetizirati, što je uključivalo i primitivne purpurne bakterije koje koriste bakteriohlorofil i cijanobakterije koje koriste hlorofil, visoko reaktivni dioksigen se oslobađao kao nusproizvod cijepanja vode i počeo se akumulirati, prvo u okeanu, a zatim u atmosferi.

Tokom milijarde godina, proizvedene su dovoljno velike količine kisika, redukcijski kapaciteti hemijskih spojeva na Zemljinoj površini su iscrpljeni, a nekadašnja redukcijska atmosfera je na kraju postala trajno oksidirajuća s obiljem slobodnih molekula kisika - događaj poznat kao velika oksidacija. To se poklopilo sa 300 miliona godina dugim globalnim ledenim dobom na početku proterozoika poznatim kao huronska glacijacija (koja je također mogla biti djelimično uzrokovana oksidativnim iscrpljivanjem atmosferskog metana - snažnog stakleničkog plina - usljed velike oksidacije) i uništilo je anaerobnu biotu, ostavljajući niše otvorene za eubakterije koje su razvile antioksidativne sposobnosti (i aerobne proteobakterije i fotosintetske cijanobakterije) da ih iskoriste i napreduju. To je također prisililo preživjele anaerobe da žive samo u anoksičnim vodama i zonama minimalne količine kisika u dubokom moru ili da prilagode simbiotski život među aerobima (čije bi kolonije ponekad konzumirale dovoljno slobodnog kisika da stvore džepove hipoksije gdje anaerobi mogu napredovati), što je možda utrlo put dugoročnoj endosimbiozi između anaerobnih arheja i aerobnih eubakterija (koje su evoluirale u mitohondrije) koja je omogućila evoluciju eukariota.

Međutim, osobina hlorofila da je on zasnovan na porfirinu stvorila je evolucijsku zamku, nalažući da se hlorofilni organizmi ne mogu ponovo prilagoditi kako bi apsorbovali energetski bogatu i sada dostupnu zelenu svjetlost, te su stoga na kraju reflektovali i pokazivali zelenkastu boju. Naknadni uspjeh naprednijih hlorofilnih organizama (posebno zelenih algi i ranih biljaka) u kolonizaciji kopna stvorio je sveukupnu zelenu biosferu širom Zemlje.

## Implikacije za astrobiologiju
Astrobiolozi navode da retinalni pigmenti mogu poslužiti kao biosignatura, znak vanzemaljskog života na egzoplanetama uočljiv na daljinu. Historijski govoreći, naučnici su tražili planete koje reflektiraju svjetlost u zeleno-žutom rasponu kao moguće domaćine fotosintetskim organizmima, zbog implicitnog prisustva hlorofila. Hipoteza o ljubičastoj Zemlji sugeriše da bi metode pretraživanja trebalo proširiti na planete koje reflektuju plavu i crvenu svjetlost, budući da je evolucija fotosinteze zasnovane na retinalu također vjerovatna, ili možda čak i vjerovatnija od evolucije hlorofilnih sistema.

## Povezano
* Mikrobni rodopsin
** Bakteriorodopsin — protonska pumpa koju koriste pripadnici Haloarchaea za prikupljanje svjetlosne energije.
** Arheorodopsin — porodica fotoreceptorskih proteina koji sadrže retinal, pronađena kod pripadnika rodova *[[Halobacterium]]* i *[[Halorubrum]]*
* Dosadna milijarda — kasnija faza tokom proterozoika kada su mora možda bila tirkizne boje.
* Crveni rub - regija promjene refleksije vegetacije.

## Reference

## Vanjske poveznice
* Šareni svjetovi: Biljke na drugim planetama možda nisu zelene
* PBS Eons: Kada je Zemlja bila ljubičasta
* CNN Colorscope - Kada je život na Zemlji započeo, ona je bila ljubičasta