Les exoplanètes habitables où la vie utilise la rétine pigmentée pourpre pour fournir de l'énergie métabolique à partir de la lumière du soleil pourraient avoir une baisse de la lumière verte lorsqu'elles sont observées au spectroscopie. Crédit :NASA/Ames/JPL–Caltech
Les premières formes de vie sur Terre ont peut-être été capables de générer de l'énergie métabolique à partir de la lumière du soleil en utilisant une molécule pigmentée pourpre appelée rétinal qui est peut-être antérieure à l'évolution de la chlorophylle et de la photosynthèse. Si la rétine a évolué sur d'autres mondes, il pourrait créer une biosignature distinctive car il absorbe la lumière verte de la même manière que la végétation sur Terre absorbe la lumière rouge et bleue.
L'atmosphère terrestre n'a pas toujours contenu des quantités importantes d'oxygène. Pendant les deux premiers milliards d'années de l'histoire de notre planète, l'atmosphère était riche en dioxyde de carbone et en méthane, mais il y a environ 2,4 milliards d'années, quelque chose a changé :le grand événement d'oxygénation qui a vu l'abondance d'oxygène libre dans notre atmosphère augmenter considérablement. On pense que la cause en est les cyanobactéries, qui sont capables d'effectuer la photosynthèse - la transformation de la lumière du soleil et du dioxyde de carbone en énergie métabolique pour produire des sucres qui alimentent les processus de la vie, et l'oxygène en tant que « déchet » – en utilisant un pigment vert appelé chlorophylle.
On sait que des formes de vie photosynthétiques ont existé avant le grand événement d'oxygénation (GOE), il y a 3,5 milliards d'années, mais divers processus concurrents - et pas complètement compris - ont reporté le GOE, y compris des mécanismes géologiques capables d'éliminer l'oxygène de l'atmosphère. Cependant, l'origine et l'évolution de la photosynthèse via la chlorophylle restent obscures. Maintenant, Shiladitya DasSarma, qui est professeur de biologie moléculaire à l'Université du Maryland, et le Dr Edward Schwieterman, astrobiologiste à l'Université de Californie, Bord de rivière, ont avancé l'idée que la rétine était antérieure à la chlorophylle, et que les deux ont évolué en tandem, absorbant la lumière solaire à des longueurs d'onde complémentaires.
"Les métabolismes phototrophes basés sur la rétine sont encore répandus dans le monde, surtout dans les océans, et représentent l'un des processus bioénergétiques les plus importants sur Terre, " DasSarma raconte Revue d'Astrobiologie .
Absorber la lumière
La chlorophylle absorbe les pics de lumière aux longueurs d'onde de 465 nm et 665 nm. C'est pourquoi les feuilles paraissent vertes, car ils réfléchissent la lumière verte au lieu de l'absorber. Cependant, le spectre du Soleil culmine à ~550 nm, qui comprend la lumière jaune et verte.
La végétation sur Terre contient de la chlorophylle qui absorbe la lumière rouge et bleue, et réfléchit et transmet la lumière verte, c'est pourquoi les feuilles des arbres paraissent vertes. Crédit :Arunchaitanya Mandalapu/Wikimedia Commons
Un certain nombre de protéines qui absorbent la lumière du soleil contiennent une molécule de rétinal, y compris une protéine appelée bactériorhodopsine qui absorbe la lumière avec un pic à 568 nm, proche de la longueur d'onde à laquelle la lumière du Soleil culmine, et plus particulièrement dans la plage dans laquelle la chlorophylle n'absorbe pas. "C'est exactement ce qui nous a fait penser que les deux pigments - rétinien et chlorophylle - peuvent avoir co-évolué, " dit DasSarma, qui soutient que parce que le rétinal est la molécule la plus simple, il serait venu en premier, avec la chlorophylle (qui est plus efficace pour transformer la lumière du soleil en énergie métabolique) évoluant ensuite, chacun remplissant des niches différentes en termes de lumière qu'ils absorbent.
Des expériences ont montré que la combinaison de la bactériorhodopsine avec une vésicule membranaire pour former l'équivalent d'une proto-cellule biologique peut effectivement entraîner le piégeage et le stockage de la lumière solaire dans une cellule. "Il est logique qu'il s'agisse d'une invention évolutive très précoce coïncidant avec l'évolution des premières cellules, " dit DasSarma."En utilisant la capacité de piégeage d'énergie de la membrane cellulaire, le potentiel membranaire [la différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule, permettre à la cellule de fournir de l'énergie] peut représenter l'une des raisons les plus importantes pour lesquelles les cellules sont l'unité fondamentale de la vie.
Le bord vert
Parce que la végétation sur Terre absorbe la lumière rouge, mais réfléchit la lumière infrarouge, l'observation de la végétation à l'aide d'un spectroscope révèle une baisse spectaculaire de la lumière réfléchie aux longueurs d'onde rouges, une diminution soudaine que l'on appelle le «bord rouge». Il a été suggéré qu'en sondant le spectre de la lumière réfléchie par des exoplanètes potentiellement habitables, les scientifiques pourraient rechercher un bord rouge dans la lumière de la planète, qui serait une biosignature indicative de végétation utilisant la chlorophylle, ou son équivalent extraterrestre.
Curieusement, puisque les pigments rétiniens absorbent la lumière verte et jaune, et réfléchir ou transmettre la lumière rouge et bleue, alors la vie basée sur la rétine apparaîtrait de couleur violette. DasSarma et Schwietermand décrivent une telle étape de l'histoire de la Terre comme une « Terre pourpre ». Parce que le rétinal est une molécule plus simple que la chlorophylle, alors il pourrait être plus communément trouvé dans la vie dans l'Univers, et par conséquent, un « bord vert » dans le spectre d'une planète pourrait potentiellement être une biosignature pour la vie basée sur la rétine.
"C'est un autre point de référence dans une bibliothèque de biosignatures potentielles que nous pouvons rechercher ailleurs, " dit Schwieterman.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .
