地球を紫色の惑星だと想像してみてください。比喩ではなく、物理的な意味での紫です。酸素のない雲の空の下、マゼンタ色の海が赤と青の光を反射しています。これは、 シラディティア・ダスサルマ デル 'メリーランド大学クロロフィルが登場する前は、光合成はレチナールという、緑色の光を吸収してそれを利用する生物を紫色に染めるより単純な色素に基づいていました。
古細菌と呼ばれる 塩性細菌 彼らは今もなおそうして、生息する塩湖を紫色に染めている。しかし3億年前、彼らは地球を支配し、未来の緑の植物のために太陽スペクトルのほんのわずかな部分しか残さなかった。
紫の地球：レチナールが海を支配していた時代
紫色の地球仮説2007年にダス・サルマによって初めて提唱されたこの段階は、始生代中の3,5億年から2,4億年前の間に位置づけられる。 大酸素化イベント大気がまだメタンと二酸化炭素で満たされていた頃、レチナールはクロロフィルとは異なり、構造的に単純な分子です。複雑なポルフィリン構造を必要とせず、機能を発揮します。
光スペクトルのピーク、つまり最もエネルギーの高い緑黄色の部分を吸収します。残りの部分（赤と青）は反射され、特徴的なマゼンタ色を生み出します。 それはクロロフィルの正反対です植物は赤と青を吸収し、緑を反射します。そこで疑問が生じます。なぜ植物は太陽光スペクトルの中で最もエネルギーの高い部分を反射するのでしょうか？
緑の進化の罠
答えは見た目よりも単純です。誰かが既にその部分を奪っていたのです。クロロフィルが登場した当時、紫色の網膜を持つ微生物は既に最も有利な生態学的地位を占めていました。彼らは太陽光スペクトルの中で最も豊富な黄緑色の光を吸収していました。クロロフィルを持つ生物は、残された赤と青の波長に適応する必要がありました。
紫色と緑色の生物の共存は、今日でも見られる。 微生物カーペット異なる微生物が光スペクトルの相補的な部分を利用する層状のコロニー。初期の地球では、紫色古細菌が海洋の上層を支配し、「日陰」に生息するバクテリアが残りの波長を利用するよう進化を強いられた可能性があります。
そしてクロロフィルは 進化の罠ポルフィリン（マグネシウム原子を配位する複雑な環）に基づくその化学構造は、赤と青の吸収に特化しているため、緑色の光を捉えるように変更することはもはやできません。 クロロフィルを持つ生物は、この生化学的選択に閉じ込められていた。紫色の微生物が大量絶滅した後も、スペクトルのその部分が再び利用可能になったときでも、永遠に緑色を反射します。
大酸素化イベント
紫の治世は、 シアノバクテリア致死的な特徴を持つクロロフィルベースの光合成生物： 彼らは代謝廃棄物として酸素を生成した約2,4億年前、酸素はまず海に、そして大気中に蓄積され始めました。それまで繁栄していた嫌気性生物にとって、それは有毒でした。
このプロセスには約10億年かかりました。しかし、大気が永久に酸化されると（ 大酸素化イベント), それは地球史上最大の大量絶滅の一つであった嫌気性古細菌は、深海、堆積物、そして酸素がほとんど存在しない海域といった酸素のない環境に避難せざるを得ませんでした。あるいは、好気性生物との共生に適応し、真核生物の出現につながる細胞内共生への道を開いたのです。
このイベントは、 ヒューロニアン氷河期300億年続いた氷河期。酸素が大気中のメタン（強力な温室効果ガス）を破壊し、地球を寒冷化させた。 光合成 地球を不可逆的に変えてしまったのです。
パープルサバイバーズ
網膜は消えていない。 ハロアーキア （好塩性古細菌）は、死海からユタ州のグレートソルトレイク、アンデス山脈の塩湖に至るまで、今日でも極限環境に広く生息する生物です。大量発生すると、水は濃い紫色に染まります。その鍵となるタンパク質は バクテリオロドプシン光駆動型プロトンポンプとして機能するレチナール誘導体。
これらの生物は 光エネルギーを捕捉することで知られる最も単純な生体エネルギーシステムの一つ炭素を固定せず、酸素も生成しません。細胞膜を通してプロトンを送り出し、ATP合成に必要な勾配を作り出します。これが無酸素性光合成であり、原始的ながらも機能的な太陽エネルギー利用の一形態です。
紫色の惑星を探して
紫色の地球仮説は、宇宙生物学的に重要な意味を持つ。レチナールがクロロフィルよりも単純で、地球上で最初に出現した可能性があるとすれば、他の場所でも同様のことが起こる可能性がある。宇宙生物学者は伝統的に、 バイオシグネチャー クロロフィル関連：緑黄色の光を反射する惑星。しかし、レチナールの進化がクロロフィルを持つ系と同程度（あるいはそれ以上）の可能性があるならば、私たちは研究を拡大すべきです。
赤と青の光を反射する惑星には、網膜を基盤とした生物圏が存在する可能性がある。紫色の惑星は、生化学的にはより単純だが、同様に鮮やかだ。彼が言ったように、 エドワード・シュヴィーターマン研究の共著者：
「もし紫色の地球仮説が正しく、初期の地球に紫色の生物が優勢だったとしたら、進化の初期段階にある別の惑星が見つかるかもしれません。」.
地球は45億4000万年の間に何度も衣替えをしてきました。なぜ紫色ではなかったのでしょうか？もし、はるか遠くの太陽系外惑星に、酸素を知らなかった古細菌が住むマゼンタ色に輝く海がまだあったらどうでしょう？
古代の堆積物から発見された古細菌の脂質は、この仮説を裏付けています。これらの分子はクロロフィルではなく、原始的なレチナールと関連しています。これは、クロロフィルを基盤とした光合成が出現する以前、陸上生物圏はレチナールによって活性化されていたことを示唆しています。
緑の前には紫がありました。そしておそらく、生命が新たに始まるたびに、紫が再び戻ってくるのでしょう。
