Nogle cyanobakterier har pigmenter, der er specialiserede i at høste grønt lys til at drive fotosyntesen, hvilket kan skyldes, at de udviklede sig på et tidspunkt, hvor havene var jernrige og grøn-tingede
Havet omkring Iwo Island, en af de satsunanske øer ud for Japans kyst, er grøn på grund af høje niveauer af jern
I en lang strækning af Jordens historie kunne vores planet have set grøn ud på afstand i stedet for den lyseblå prik, vi kender i dag.
Jordens grønne periode, der varede fra omkring 3 milliarder år til 600 millioner år siden, formede sandsynligvis udviklingen af Cyanobacteria, der fyldte atmosfæren med åndbare mængder ilt, siger Taro Matsuo ved Nagoya University i Japan.
Ligesom planter fanger cyanobakterier energi fra sollys via fotosyntesen. I planter er det vigtigste pigment, der bruges i denne proces, chlorophyll, der absorberer blåt og rødt lys og reflekterer grønt lys. Men cyanobakterier har også pigmenter kaldet phycobiliner, der absorberer rødt og grønt lys, som en del af deres lette høstsystemer kaldet phycobilisomes.
Matsuo og hans kolleger ønskede at forstå, hvorfor cyanobakterier bruger disse yderligere pigmenter, og hvad dette fortæller os om det miljø, hvor de første fotosyntesiserende organismer udviklede sig.
Under den arkæiske Eon, fra 4 milliarder til 2,5 milliarder år siden, var havet rig på jernhydroxid, siger Matsuo. ”Jernhydroxid absorberer det blå lys, mens vand absorberer det røde lys, hvilket betyder, at det resterende lys ville have skabt et grønt lysvindue,” siger han.
Matsuo og hans kolleger udførte simuleringer for at estimere koncentrationerne af jernhydroxid og andre kemikalier i det gamle hav og bestemme det spektrum af lys, der var tilgængeligt for fotosyntetiske organismer. De fandt, at dette lette vindue tæt matchede det spektrum, der ville blive absorberet af phycobilinpigmenter.
De udførte også eksperimenter, hvor cyanobakterier blev dyrket i forskellige lysmiljøer. Under grønt lys, der replikerede forholdene for den arkaiske, cyanobakterier med en grønspecialiseret phycobilinpigment kaldet phycoerythrobilin voksede meget hurtigere end cyanobakterier uden dette pigment, hvilket antyder, at det ville have været foretrukket ved naturlig selektion. Genetisk analyse antydede, at phycoerythrobilin var til stede i den fælles stamfar til dagens cyanobakterier.
Holdet kørte også felttest omkring Satsunan-Iwo Island i det sydlige Japan, hvor termiske ventilationsåbninger resulterer i jernrige farvande med et lignende grønt domineret spektrum i en dybde på 5,5 meter. De fandt, at grønlys udnyttelse af cyanobakterier arter var mere udbredt på denne dybde end på overfladen.
I dag ser Jorden ud til at være blå, når det ses fra rummet, primært på grund af et fænomen kaldet Rayleigh -spredning. Dette beskriver, hvordan lette bølger bliver spredt af partikler i atmosfæren, der er mindre end bølgelængden af lys.
”Hvis vi antager en atmosfære, der ligner dagens, ville den grønne farvetone reflekteret af havet have blandet sig med det blå fra Rayleigh-spredning, hvilket sandsynligvis skabte en mere blågrøn farve snarere end det blå, vi ser i dag,” siger Matsuo.
”En anden vigtig overvejelse er, at verdenshavene måske har dækket en større del af Jordens overflade sammenlignet med nutiden, hvilket gør havets farve til en endnu mere dominerende faktor.”
Det ilt, der blev produceret af cyanobakterier, reagerede med opløst jern i verdenshavene for at danne jernoxider, der sank ned til bunden af havet. Disse aflejringer kan ses som tynde lag inden for gamle klipper, der engang var under havet. Fra ca. 600 millioner år siden ses disse lag ikke længere, hvilket antyder, at jernet på dette tidspunkt var fuldt ud oxideret, og den grønne periode var forbi.
Mange akvatiske miljøer domineres stadig af grønt lys: for eksempel i kystfarvande på lavvandede dybder absorberer organisk stof fra landet, såsom døde planter og animalsk affald, blåt lys, hvilket efterlader overvejende grønt lys for cyanobakterier til sele i deres fotosyntese.
Matsuo siger, at de fleste bestræbelser på at forsøge at afgøre, om der er liv på andre planeter, der har fokuseret på at lede efter ilt i atmosfæren produceret af fotosyntesen.
”Men fordi et grønt hav kan være resultatet af fotosyntetisk oxidation, kan det tjene som en indikator for livet på eksoplaneter,” siger han.
Min Chen ved University of Sydney, Australien, er ikke overbevist om, at grønt lys forklarer, hvorfor cyanobakterier bruger phycobilisomer til at absorbere lysenergi.
”Cyanobakterier selv er distribueret vidt, ikke kun i oceaner, floder og andre vandmasser, men også i jord og andre miljøer,” siger hun. ”Mange jordcyanobakterier har disse grøn-tingede phycobilisomes, og de fleste af dem spiller beskyttelsesroller mod oxidative spændinger eller lette skader.”
Det er også meget vanskeligt at bestemme, hvordan Jorden ville have set ud fra rummet i den gamle fortid, siger Chen.