Ziemia była kiedyś Szmaragdową, nie Błękitną Planetą. Zmieniła kolor

Dzisiaj, patrząc na Ziemię z kosmosu, widzimy ją jako charakterystyczną „błękitną planetę”. Jednak przez miliardy lat, zamiast błękitu, mogła dominować zieleń. Jak sugerują najnowsze badania, w okresie od 3 miliardów do około 600 milionów lat temu, oceany mogły być zabarwione na zielono przez wysokie stężenie żelaza, co wpłynęło na ewolucję organizmów fotosyntetycznych.

Naukowcy z Nagoya University w Japonii, kierowani przez Taro Matsuo, twierdzą, że specyficzne warunki świetlne w oceanach tego okresu mogły mieć ogromne znaczenie dla rozwoju pierwszych organizmów zdolnych do fotosyntezy tlenowej – sinic, które uwolniły do atmosfery ogromne ilości tlenu. „Nie możemy myśleć o fotosyntezie w oderwaniu od środowiska, w którym ewoluowała” – mówi Matsuo.

Jak światło kształtowało ewolucję sinic?

Podczas ery archaicznej (4-2,5 miliarda lat temu) oceany były bogate w rozpuszczone żelazo, które nadawało im zielonkawe zabarwienie. Woda pochłania światło czerwone, natomiast związki żelaza pochłaniają światło niebieskie, co sprawia, że dominującym kolorem światła dostępnego dla fotosyntezy było zielone.

Badania Matsuo i jego zespołu wykazały, że sinice (nazywane też cyjanobakteriami), mogły dostosować się do tego specyficznego spektrum światła, rozwijając dodatkowe pigmenty – fykobiliny, które absorbowały zielone światło. Model obliczeniowy stworzony przez naukowców potwierdził, że spektrum świetlne w starożytnych oceanach pokrywało się z zakresem absorpcji tych pigmentów. W rezultacie organizmy te mogły efektywnie wykorzystywać światło, które było niedostępne dla innych form życia.

Naukowcy przeprowadzili także eksperymenty laboratoryjne, w których hodowali sinice w różnych warunkach świetlnych, odtwarzając warunki oświetlenia z ery archaicznej. Okazało się, że szczepy posiadające fykobilinę zwaną fikoerytrobiliną – pigment wyspecjalizowany w absorpcji zielonego światła – rosły znacznie szybciej niż te, które jej nie miały. To sugeruje, że w warunkach zielonego oceanu takie organizmy miały ewolucyjną przewagę. „To niezbity dowód na to, że światło było kluczowym czynnikiem selekcji naturalnej” – twierdzi Matsuo.

Co więcej, zespół Matsuo przeprowadził badania terenowe wokół japońskiej wyspy Satsunan-Iwo, gdzie wody bogate w żelazo mają zielonkawe zabarwienie, podobne do warunków panujących miliardy lat temu. Okazało się, że w głębokości 5,5 metra dominują sinice o zielonolubnych pigmentach, co dostarcza dodatkowych dowodów na słuszność ich hipotezy.

Zielona Ziemia: nowy sposób poszukiwania życia?

Odkrycie to może mieć znaczenie nie tylko dla zrozumienia ewolucji życia na Ziemi, ale także dla astrobiologii. Poszukiwania życia pozaziemskiego koncentrują się głównie na śladach tlenu w atmosferach egzoplanet jako wskaźniku obecności fotosyntezy. Jednak Matsuo sugeruje, że równie istotnym wskaźnikiem mogłoby być występowanie zielonego zabarwienia oceanów na planetach o dużym stężeniu żelaza.

„Zielona planeta mogłaby być sygnałem istnienia fotosyntetycznych organizmów, nawet jeśli nie wykryjemy dużych ilości tlenu” – mówi Matsuo. To otwiera nowe możliwości w poszukiwaniach życia we wszechświecie, ponieważ oznacza, że nawet planety bez bogatej w tlen atmosfery mogą być zamieszkałe przez organizmy fotosyntetyczne.

Sinice nie tylko przystosowały się do zielonego światła, ale też ostatecznie doprowadziły do tego, że ocean zmienił kolor na dobrze nam znany błękit. Wytwarzany przez nie tlen stopniowo reagował z żelazem w wodzie, tworząc nierozpuszczalne tlenki żelaza, które opadały na dno oceaniczne w postaci charakterystycznych warstw osadów. Po około 600 milionach lat całe żelazo w oceanach zostało utlenione, co oznaczało koniec „zielonego okresu” w historii Ziemi.

Od tego momentu światło przenikające do oceanów zaczęło przypominać spektrum znane nam dziś, z dominacją błękitu. To z kolei wpłynęło na dalszą ewolucję życia, prowadząc do pojawienia się nowych typów organizmów fotosyntetycznych i bardziej złożonych ekosystemów.

Dzisiejszy niebieski kolor to złudzenie

Choć model zielonego oceanu jest przekonujący, nie wszyscy naukowcy zgadzają się z jego pełną interpretacją. Min Chen z Uniwersytetu w Sydney zauważa, że fykobiliny mogą pełnić także funkcję ochronną przed stresem oksydacyjnym i uszkodzeniem światłem, a nie tylko adaptacyjną w kontekście powszechnego dostępu sinic do zielonego światła. „Nie możemy jeszcze powiedzieć, że to właśnie zielone światło było decydującym czynnikiem ewolucji tych pigmentów” – mówi Chen.

Kolejnym wyzwaniem jest dokładne ustalenie, jak Ziemia wyglądała z kosmosu w tym okresie. Współczesna błękitna barwa naszej planety wynika z rozpraszania Rayleigha w atmosferze, które mogło częściowo maskować zielone światło odbite od oceanów. „Ziemia mogła wyglądać bardziej turkusowo niż jasnozielono” – przyznaje Matsuo.