Najstarszy barwnik organiczny na Ziemi odkrywa tajemnice życia

Australijscy naukowcy odkryli najstarsze cząsteczki organiczne z grupy porfiryn. Mogą przyczynić się do wyjaśnienia zagadki, dlaczego złożone życie na Ziemi powstawało tak długo.

Związki odkryte przez naukowców z australijskiego National University w Canberze pochodzą ze złóż łupków z Syneklizy Taudeni w Afryce Zachodniej, formacji geologicznej rozciągającej się od Mauretanii, przez Mali, po Algierię. Naukowcy badali datowane na 1,1 miliarda lat łupki, krusząc je na pył i poddając analizie chemicznej w poszukiwaniu związków organicznych, i znaleźli w nich porfiryny.

Najstarszy kolor na świecie

Porfiryny są naturalnymi pigmentami. Miewają rozmaite barwy, od fioletu, przez róż, po czerwień – nazwa „porfiryna” pochodzi z greckiego „porphyros", które stało się potem polską „purpurą”. To, co ujrzeli w próbówkach badacze z Australii, było bladoróżowym, bo rozcieńczonym roztworem. W naturze porfiryny mają bardziej intensywny kolor. I pełnią niezwykle ważną rolę, gdy są związane z metalami. W połączeniu z atomami magnezu tworzą chlorofile niezbędne do fotosyntezy, a w połączeniu z atomami żelaza wchodzą w skład hemoglobiny u kręgowców.

Czy świat był więc kiedyś różowy – jak mogłoby sugerować znalezisko australijskich naukowców? Nie. Chlorofile są zielone, bo w cząsteczkę porfiryny wbudowany jest magnez, niebieskozielone są z kolei sinice – i to właśnie one, jak stwierdzili badacze, dominowały w środowisku miliard lat temu.

Porfiryny kluczem do zagadki początków życia na Ziemi?

Wykryte przez badaczy związki z grupy porfiryn są molekularnymi pozostałościami po chlorofilu z sinic, które zamieszkiwały ocean rozlewający się w tym miejscu ponad miliard lat temu. Jak twierdzą badacze, ich odkrycie może wyjaśniać, dlaczego złożone, wielokomórkowe organizmy na naszej planecie pojawiły się tak późno – albo inaczej, dlaczego tak długo pozostawały jednokomórkowe.

Skąd sinice w Bałtyku współcześnie?

Jednokomórkowe życie na ziemi pojawiło się blisko 3 miliardy lat temu, choć naukowcy nadal spierają się, czy nie stało się to o miliard lat wcześniej – zaraz po tym, gdy nasza nowo powstała planeta ostygła na tyle, by utworzyła się stała skorupa ziemska. Niezmiernie trudno to ustalić, bowiem po tak niewyobrażalnie długim czasie pozostają w skałach zaledwie niewielkie ślady, których nie da się jednoznacznie przypisać działalności żywych organizmów (mogą także pochodzić z procesów chemicznych).

Czytaj więcej: Jak wyglądał pierwszy ziemski organizm?

Trudny przeskok do życia wielokomórkowego

Zagadką pozostaje, dlaczego ewolucja złożonych, wielokomórkowych organizmów zajęła aż tyle czasu. Pierwsze z nich zaczynają się pojawiać w skamieniałościach datowanych na około 600 milionów lat temu, czyli przynajmniej 2,4 miliarda lat później. Skoro przez miliardy lat życie istniało tylko w postaci jednokomórkowej, najwyraźniej przeskok do wielokomórkowego życia jest szczególnie trudny. Dlaczego? Niestety, nie wiemy.

Niektóre hipotezy naukowe zakładają, że dopiero obfitość tlenu pozwoliła na powstanie znacznie bardziej aktywnych organizmów wielokomórkowych. I choć fotosyntetyzujące organizmy powstały prawdopodobnie wcześniej, tlen długo był pochłaniany przez utlenianie się minerałów. Ale australijscy badacze wskazują na jeszcze jedną przeszkodę w powstaniu większych istot żywych. Jest nim zapotrzebowanie na energię, czyli składniki pokarmowe.

Od jednokomórkowych sinic, przez algi, do wielokomórkowych organizmów

Dokładna analiza odkrytych przez badaczy porfiryn wskazuje, że miliard lat temu podstawę łańcucha pokarmowego stanowiły jednokomórkowe sinice, a w oceanach nadal brakowało alg. Choć są wśród nich gatunki jednokomórkowe, algi tworzą też organizmy wielokomórkowe. Nawet te mikroskopijnej wielkości są już tysiące razy większe niż sinice, stanowią więc (tysiąckrotnie) obfitsze źródło związków organicznych dla organizmów cudzożywnych.

Choć pierwsze bardziej złożone organizmy jednokomórkowe (protisty) pojawiły się około 1,5 miliarda lat temu, badacze przypuszczają, że dopiero obfitość alg mogła pozwolić, mniej więcej 800 milionów lat temu, na zwiększenie się różnorodności ich gatunków (radiację), a 200 milionów lat później (czyli 600 milionów lat temu) na powstawanie złożonych ekosystemów i ewolucję organizmów wielokomórkowych na Ziemi.

Najstarsze odkryte substancje organiczne

Niezależnie od tego, czy hipotezę tę potwierdzą inne badania, odkrycie porfiryn sprzed 1,1 miliarda lat jest ekscytującym odkryciem samo w sobie. Najstarsze dotychczas odkryte związki pochodzenia organicznego są o wiele młodsze – datowane na 350 milionów lat. Trudno sobie nawet wyobrazić, jak wiele splotów okoliczności potrzeba, aby organiczne substancje pozostały nierozłożone przez tak niezwykle długi czas.

Jeśli uwięzione w skałach związki organiczne mogą przetrwać ponad miliard lat, daje to nadzieję na podobne odkrycia w przyszłości. Być może uda się kiedyś odkryć biochemiczne poszlaki odleglejszych początków życia, bowiem o tym, jak z nieożywionej materii powstały pierwsze komórki i jak funkcjonowały, nauka może na razie tylko spekulować.