La hipótesis de la Tierra Púrpura (PEH) es una hipótesis astrobiológica , propuesta por primera vez por el biólogo molecular Shiladitya DasSarma en 2007, [1] que sostiene que las primeras formas de vida fotosintéticas de la Tierra primitiva se basaban en la molécula más simple retinal en lugar de la clorofila basada en porfirina más compleja , lo que hacía que la biosfera superficial pareciera violácea en lugar de su color verdoso actual. [2] [3] Se estima que ocurrió hace entre 3.5 y 2.4 mil millones de años durante el eón Arcaico , antes del Gran Evento de Oxigenación y la glaciación Huroniana . [4]
Las membranas celulares que contienen retina exhiben un único pico de absorción de luz centrado en la región verde-amarilla rica en energía del espectro visible , pero transmiten y reflejan luz roja y azul, lo que resulta en un color magenta . [5] Los pigmentos de clorofila, por el contrario, absorben luz roja y azul, pero poca o ninguna luz verde, lo que resulta en el reflejo verde característico de las plantas , las algas verdes , las cianobacterias y otros organismos con orgánulos clorofílicos . La simplicidad de los pigmentos de la retina en comparación con la clorofila más compleja, su asociación con lípidos isoprenoides en la membrana celular, así como el descubrimiento de componentes de membrana arqueales en sedimentos antiguos en la Tierra Primitiva son consistentes con una aparición temprana de formas de vida con membranas púrpuras antes del turquesa del océano Canfield y los organismos fotosintéticos verdes posteriores. [ cita requerida ]
El descubrimiento de componentes de membranas arqueales en sedimentos antiguos de la Tierra Primitiva respalda la hipótesis de la Hemisferio Occidental. [ cita requerida ]
Un ejemplo de organismos basados en la retina que existen en la actualidad son los microbios fotosintéticos llamados colectivamente Haloarchaea . [1] Muchas Haloarchaea contienen la proteína derivada de la retina bacteriorrodopsina en su membrana celular , que lleva a cabo el bombeo de protones impulsado por fotones , generando un gradiente protónico -motriz a través de la membrana e impulsando la síntesis de ATP . El proceso es una forma de fotosíntesis anoxigénica que no implica fijación de carbono , y la bomba de proteína de membrana haloarqueal constituye uno de los sistemas bioenergéticos más simples conocidos para recolectar energía luminosa .
Los microorganismos con fotopigmentos violetas y verdes con frecuencia coexisten en colonias estratificadas conocidas como tapetes microbianos , donde pueden utilizar regiones complementarias del espectro solar. La coexistencia de microorganismos que contienen pigmentos violetas y verdes en muchos entornos sugiere su coevolución.
Es posible que la biosfera de la Tierra primitiva estuviera dominada inicialmente por colonias de arqueas alimentadas por retina que absorbían toda la luz verde, dejando que las eubacterias que "vivían en sus sombras" evolucionaran utilizando el espectro de luz roja y azul residual . Sin embargo, cuando los fotoautótrofos basados en porfirina evolucionaron y comenzaron a realizar la fotosíntesis, lo que incluía tanto a las bacterias púrpuras primitivas que usaban bacterioclorofila como a las cianobacterias que usaban clorofila, se liberó dioxígeno altamente reactivo como subproducto de la división del agua y comenzó a acumularse, primero en el océano y luego en la atmósfera . A lo largo de mil millones de años, se habían producido cantidades suficientemente grandes de oxígeno, las capacidades reductoras de los compuestos químicos en la superficie de la Tierra se agotaron y la atmósfera, una vez reductora , finalmente se convirtió en una atmósfera permanentemente oxidante con abundantes moléculas de oxígeno libre, un evento conocido como Gran Evento de Oxigenación . Esto coincidió con una edad de hielo global de 300 millones de años de duración al comienzo del Proterozoico conocida como la glaciación Huroniana (que también podría haber sido causada en parte por el agotamiento oxidativo del metano atmosférico , un poderoso gas de efecto invernadero , debido a la Gran Oxigenación) y devastó la biota anaeróbica, dejando los nichos abiertos para que las eubacterias que desarrollaron capacidades antioxidantes (tanto las proteobacterias aeróbicas como las cianobacterias fotosintéticas) los explotaran y prosperaran. Esto también obligó a los anaerobios sobrevivientes a vivir solo en aguas anóxicas y zonas de mínimo oxígeno en aguas profundas , o adaptar una vida simbiótica entre aerobios (cuyas colonias a veces consumirían suficiente oxígeno libre para crear bolsas de hipoxia donde los anaerobios pueden prosperar), lo que podría haber allanado el camino para la endosimbiosis a largo plazo entre arqueas anaeróbicas y eubacterias aeróbicas (que evolucionaron en mitocondrias ) que permitió que los eucariotas evolucionaran.
Sin embargo, la naturaleza de la clorofila basada en porfirina había creado una trampa evolutiva , dictando que los organismos clorofílicos no podían readaptarse para absorber la luz verde rica en energía y ahora disponible, y por lo tanto terminaron reflejando y presentando un color verdoso. El éxito posterior de los organismos clorofílicos más avanzados (en particular las algas verdes y las plantas primitivas ) en la colonización terrestre creó una biosfera verde general en toda la Tierra.
Los astrobiólogos han sugerido que los pigmentos de la retina pueden servir como biofirmas remotas en la investigación de exoplanetas. [6] La hipótesis de la Tierra Púrpura tiene grandes implicaciones para la búsqueda de vida extraterrestre . Históricamente, los planetas que reflejan luz en el rango verde-amarillo fueron buscados como posibles anfitriones de organismos fotosintéticos, debido a la presencia implícita de clorofila. La hipótesis sugiere que los métodos de búsqueda deberían ampliarse a planetas que reflejan luz azul y roja, ya que la evolución de la fotosíntesis basada en la retina también es probable, o posiblemente incluso más probable que la evolución de los sistemas clorofílicos.