Życie poza Ziemią? Prehistoryczne mikroby istotną wskazówką w poszukiwaniach

Naukowcy wykorzystali wiedzę o rodopsynach, a więc białkach zdolnych do przekształcania światła słonecznego w energię służącą do napędzania procesów komórkowych po to, by dowiedzieć się, jak wyglądało życie najstarszych organizmów na Ziemi. Wysiłki te mogą okazać się przydatne również w rozpoznaniu oznak życia na innych planetach.

Istnieje podobieństwo między rodopsynami, a pręcikami oraz czopkami w ludzkich oczach, które sprowadza się do odróżniania natężenia światła oraz różnic w kolorach. Są one obecne w wielu współczesnych organizmach oraz środowiskach naturalnych takich, jak stawy solne.

Zespół naukowy z astrobiologiem Edwardem Schwietermanem z UC Riverside, będącym współautorem prac, wykorzystał uczenie maszynowe do prześledzenia ewolucji rodopsyn w czasie. Wykorzystano do tego analizę sekwencji tych białek z całego świata, na którego podstawie stworzono rodzaj drzewa genealogicznego. Za jego pomocą naukowcy cofnęli się o 2,5 do 4 miliardów lat, rekonstruując ówczesne rodopsyny oraz warunki z jakimi musiały się one mierzyć. Wyniki badań szczegółowo opisano w czasopiśmie Molecular Biology and Evolution.

- To, jak pobieranie DNA wielu wnuków, by odtworzyć DNA ich dziadków. Tylko, że to nie dziadkowie, ale maleńkie organizmy, które żyły miliardy lat temu na całym świecie  - powiedział Schwierteman.

Współczesne rodopsyny pochłaniają światło niebieskie, zielone, żółte i pomarańczowe. Mogą się one wydawać różowe, fioletowe lub czerwone ze względu na to, że nie absorbują konkretnego rodzaju światła lub nie uzupełniają pigmentów. Zgodnie z rekonstrukcją praprzodkowie rodopsyn byli zdolni do pochłaniania tylko światła niebieskiego i zielonego.

Ma to związek z brakiem rozwiniętej warstwy ozonowej w atmosferze ziemskiej. Miliardy lat temu mikroby żyły w wodzie, aby chronić się przed wpływem promieniowania UVB. Światło niebieskie i zielone najlepiej przenikało do wody, stając się pożywką dla rodopsyn.

Około 2 mld lat temu w atmosferze ziemskiej wzrosła ilość tlenu. Rodopsyny zaczęły wówczas ewoluować, pochłaniając kolejne kolory światła. Dzisiaj są w stanie pochłaniać te kolory, które leżą poza możliwościami pigmentów chlorofilowych w roślinach. Chociaż nie są one ze sobą biologicznie powiązane, działają w sposób wzajemnie uzupełniający.

Zdaniem Schwietermana wskazuje to na koegzystencję, polegającą na tym, że rodopsyny pochłaniają rodzaj światła, który nie jest pochłaniany przez pigmenty chlorofilowe. Mogło być to spowodowane tym, że rodopsyny rozwinęły się wcześniej, rezerwując sobie zieloną barwę światła, natomiast chlorofile zrobiły to później i "skorzystały" z pozostałych opcji. Kolejność ewolucji mogła być także odwrotna.

- Odtwarzamy starożytne DNA we współczesnych genomach i przeprogramowujemy nieprawidłowości, aby zachowywały się tak, jak przypuszczamy, że zachowywały się one miliony lat temu. Rodopsyna może być doskonałym kandydatem do laboratoryjnych badań podróży w czasie. - powiedziała kierownik badań, astrobiolog Betul Kacar z University of Wisconsin-Madison.

Zdobyta wiedza na temat zachowania organizmów we wczesnych etapach istnienia Ziemi, może okazać się sposobem w poszukiwaniu poszlak życia pozaziemskiego. Naukowcy mają nadzieję, że zdobyte wnioski okażą się istotną wskazówką w owych poszukiwaniach. Zrozumienie sposobu ewolucji organizmów w różnych środowiskach oraz czasie może wydobyć kluczową wiedzę o tym, jak szukać i rozpoznawać życie gdzieindziej.