Tartalomjegyzék:

Hogyan néznek ki a növények más exobolygókon?
Hogyan néznek ki a növények más exobolygókon?

Videó: Hogyan néznek ki a növények más exobolygókon?

Videó: Hogyan néznek ki a növények más exobolygókon?
Videó: Пьяцца Навона, Имперский город Нара, водопады Игуасу | Чудеса света 2024, Március
Anonim

A földönkívüli élet keresése már nem a sci-fi vagy az UFO-vadászok területe. Lehet, hogy a modern technológiák még nem érték el a szükséges szintet, de segítségükkel már képesek vagyunk kimutatni az élőlények mögött meghúzódó alapvető folyamatok fizikai és kémiai megnyilvánulásait.

A csillagászok több mint 200 bolygót fedeztek fel, amelyek a Naprendszeren kívül keringenek csillagok körül. Egyelőre nem tudunk egyértelmű választ adni az élet rajtuk való létezésének valószínűségére, de ez csak idő kérdése. 2007 júliusában az exobolygó légkörén áthaladó csillagfény elemzése után a csillagászok megerősítették a víz jelenlétét a bolygón. Jelenleg olyan teleszkópokat fejlesztenek ki, amelyek spektrumaik alapján lehetővé teszik az élet nyomainak felkutatását a bolygókon, például a Földön.

A bolygóról visszavert fény spektrumát befolyásoló egyik fontos tényező a fotoszintézis folyamata lehet. De lehetséges ez más világokban? Egészen! A Földön szinte minden élőlény alapja a fotoszintézis. Annak ellenére, hogy egyes élőlények megtanultak magas hőmérsékleten élni a metánban és az óceánok hidrotermális nyílásaiban, bolygónk felszínén található ökoszisztémák gazdagságát a napfénynek köszönhetjük.

Egyrészt a fotoszintézis során oxigén keletkezik, amely a belőle képződő ózonnal együtt megtalálható a bolygó légkörében. Másrészt egy bolygó színe jelezheti speciális pigmentek, például klorofill jelenlétét a felszínén. Majdnem egy évszázaddal ezelőtt, miután észrevették a Mars felszínének szezonális sötétedését, a csillagászok növények jelenlétére gyanakodtak. Kísérleteket tettek a zöld növények jeleinek kimutatására a bolygó felszínéről visszaverődő fény spektrumában. De ennek a megközelítésnek a kétségességét még Herbert Wells író is látta, aki a „Világok háborújában” megjegyezte: „Nyilvánvalóan a Mars növényi birodalmának, ellentétben a földivel, ahol a zöld dominál, van vér- piros szín. Ma már tudjuk, hogy a Marson nincsenek növények, és a felszínen a sötétebb területek megjelenése porviharokhoz kapcsolódik. Wells maga is meg volt győződve arról, hogy a Mars színét nem utolsósorban a felszínét borító növények határozzák meg.

A fotoszintetikus szervezetek még a Földön sem korlátozódnak a zöldre: egyes növényeknek vörös levelei vannak, és a különféle algák és fotoszintetikus baktériumok a szivárvány minden színében csillognak. A lila baktériumok pedig a látható fény mellett a Nap infravörös sugárzását is felhasználják. Tehát mi fog uralkodni más bolygókon? És hogyan láthatjuk ezt? A válasz attól függ, hogy az idegen fotoszintézis milyen mechanizmusokkal asszimilálja csillagának fényét, amely a Nap sugárzásának természetében különbözik. Emellett a légkör eltérő összetétele is befolyásolja a bolygó felszínére eső sugárzás spektrális összetételét.

Az M spektrális osztályba tartozó csillagok (vörös törpék) halványan világítanak, ezért a közelükben lévő Föld-szerű bolygókon a növényeknek feketének kell lenniük, hogy a lehető legtöbb fényt elnyeljék. A fiatal M csillagok ultraibolya fáklyákkal perzselik fel a bolygók felszínét, ezért az ott élő szervezeteknek vízi élőlényeknek kell lenniük. Napunk G osztályú. Az F-osztályú csillagok közelében a növények túl sok fényt kapnak, és ennek jelentős részét vissza kell verniük.

Ahhoz, hogy elképzeljük, milyen lesz a fotoszintézis más világokban, először meg kell értenünk, hogyan hajtják végre a növények a Földön. A napfény energiaspektrumának csúcsa a kék-zöld régióban van, ami miatt a tudósok sokáig csodálkoztak, hogy a növények miért nem szívják el a leginkább elérhető zöld fényt, hanem éppen ellenkezőleg, visszaverik azt? Kiderült, hogy a fotoszintézis folyamata nem annyira a napenergia teljes mennyiségétől, hanem az egyes fotonok energiájától és a fényt alkotó fotonok számától függ.

Kép
Kép

Minden kék foton több energiát hordoz, mint egy vörös, de a Nap túlnyomórészt vörös fotonokat bocsát ki. A növények minőségük miatt használnak kék fotonokat, mennyiségük miatt a vöröseket. A zöld fény hullámhossza pontosan a vörös és a kék között van, de a zöld fotonok sem elérhetőségükben, sem energiájukban nem különböznek egymástól, így a növények nem használják őket.

A fotoszintézis során egy szénatom rögzítése (szén-dioxidból, CO2) egy cukormolekulában legalább nyolc foton szükséges, a hidrogén-oxigén kötés felszakításához pedig egy vízmolekulában (H2O) - csak egy. Ebben az esetben egy szabad elektron jelenik meg, amely szükséges a további reakcióhoz. Összesen egy oxigénmolekula kialakulásához (O2) négy ilyen kötést kell megszakítani. Ahhoz, hogy a második reakció cukormolekulát képezzen, még legalább négy foton szükséges. Meg kell jegyezni, hogy egy fotonnak rendelkeznie kell bizonyos minimális energiával ahhoz, hogy részt vegyen a fotoszintézisben.

Az a mód, ahogyan a növények elnyelik a napfényt, valóban a természet egyik csodája. A fotoszintetikus pigmentek nem önálló molekulákként fordulnak elő. Klasztereket alkotnak, amelyek mintegy sok antennából állnak, amelyek mindegyike egy bizonyos hullámhosszú fotonok érzékelésére van hangolva. A klorofill elsősorban a vörös és a kék fényt nyeli el, míg a karotinoid pigmentek, amelyek az őszi lombozatot vörösre és sárgára adják, a kék eltérő árnyalatát érzékelik. A pigmentek által összegyűjtött összes energia a reakcióközpontban található klorofill molekulához kerül, ahol a víz kettészakad és oxigén keletkezik.

A reakcióközpontban lévő molekulák komplexe csak akkor képes kémiai reakciókat végrehajtani, ha vörös fotonokat vagy azzal egyenértékű energiát más formában kap. A kék fotonok használatához az antennapigmentek nagy energiájukat alacsonyabb energiává alakítják át, mint ahogy a lecsökkentő transzformátorok sorozata 100 000 voltos tápvezetéket 220 voltos fali aljzatra csökkent. A folyamat akkor kezdődik, amikor egy kék foton nekiütközik egy pigmentnek, amely elnyeli a kék fényt, és energiát ad át a molekulájában lévő egyik elektronnak. Amikor egy elektron visszatér eredeti állapotába, ezt az energiát bocsátja ki, de a hő- és rezgésveszteségek miatt kevesebbet, mint amennyit elnyelt.

A pigmentmolekula azonban nem foton formájában adja fel a kapott energiát, hanem elektromos kölcsönhatás formájában egy másik pigmentmolekulával, amely alacsonyabb szintű energiát képes elnyelni. A második pigment viszont még kevesebb energiát szabadít fel, és ez a folyamat addig tart, amíg az eredeti kék foton energiája a vörös szintre nem esik.

A reakcióközpont, mint a kaszkád fogadó vége, úgy van kialakítva, hogy minimális energiával nyelje el a rendelkezésre álló fotonokat. Bolygónk felszínén a vörös fotonok vannak a legtöbben, és ugyanakkor a látható spektrumban a legkisebb energiával rendelkeznek.

De a víz alatti fotoszintetizátorok esetében a vörös fotonoknak nem kell a legnagyobb mennyiségben előfordulniuk. A fotoszintézishez használt fényterület a mélységgel változik, ahogy a víz, a benne oldott anyagok és a felső rétegekben élő szervezetek szűrik a fényt. Az eredmény az élő formák világos rétegződése pigmentkészletüknek megfelelően. A mélyebb vízrétegekből származó élőlények olyan pigmentekkel rendelkeznek, amelyek azon színek fényére vannak hangolva, amelyeket a fenti rétegek nem szívtak fel. Például az algák és a cianea fikocianin és fikoeritrin pigmenteket tartalmaz, amelyek elnyelik a zöld és sárga fotonokat. Anoxigénben (pl.nem oxigéntermelő) baktériumok a bakterioklorofill, amely elnyeli a fényt a távoli vörös és a közeli infravörös (IR) régiókból, amely csak a víz komor mélységeibe képes behatolni.

Azok az élőlények, amelyek alkalmazkodtak a gyenge fényhez, általában lassabban nőnek, mert keményebben kell dolgozniuk, hogy elnyeljék a rendelkezésükre álló fényt. A bolygó felszínén, ahol bőséges a fény, a növények számára hátrányos lenne, hogy felesleges pigmenteket termeljenek, ezért szelektíven használnak színeket. Ugyanezeknek az evolúciós elveknek más bolygórendszerekben is működniük kell.

Ahogy a vízi élőlények alkalmazkodtak a víz által szűrt fényhez, úgy a szárazföldiek is alkalmazkodtak a légköri gázok által szűrt fényhez. A Föld légkörének felső részén a legnagyobb mennyiségben előforduló fotonok sárga színűek, hullámhosszuk 560-590 nm. A fotonok száma a hosszú hullámok felé fokozatosan csökken, a rövidebbek felé pedig hirtelen leszakad. Ahogy a napfény áthalad a felső légkörön, a vízgőz több, 700 nm-nél hosszabb sávban nyeli el az IR-t. Az oxigén abszorpciós vonalak szűk tartományát hoz létre 687 és 761 nm közelében. Mindenki ismeri, hogy az ózon (Ó3) a sztratoszférában aktívan elnyeli az ultraibolya (UV) fényt, de enyhén elnyeli a spektrum látható tartományában is.

Tehát a légkörünk ablakokat hagy, amelyeken keresztül a sugárzás elérheti a bolygó felszínét. A látható sugárzás tartományát a kék oldalon korlátozza a napspektrum éles levágása a rövid hullámhosszú tartományban és az ózon UV-elnyelése. A vörös határt oxigénabszorpciós vonalak határozzák meg. A fotonok számának csúcsa sárgáról vörösre tolódik el (kb. 685 nm) az ózon nagymértékű abszorpciója miatt a látható tartományban.

A növények ehhez a spektrumhoz alkalmazkodnak, amelyet elsősorban az oxigén határoz meg. De emlékezni kell arra, hogy maguk a növények oxigént szállítanak a légkörbe. Amikor az első fotoszintetikus organizmusok megjelentek a Földön, kevés oxigén volt a légkörben, ezért a növényeknek a klorofillon kívül más pigmenteket is kellett használniuk. Csak egy idő után, amikor a fotoszintézis megváltoztatta a légkör összetételét, a klorofill lett az optimális pigment.

A fotoszintézis megbízható fosszilis bizonyítékai körülbelül 3,4 milliárd évesek, de a korábbi fosszilis maradványok ennek a folyamatnak a jeleit mutatják. Az első fotoszintetikus organizmusoknak víz alatt kellett lenniük, részben azért, mert a víz jó oldószer a biokémiai reakciókhoz, másrészt védelmet nyújt a nap UV-sugárzásával szemben, ami a légköri ózonréteg hiányában fontos volt. Az ilyen szervezetek víz alatti baktériumok voltak, amelyek elnyelték az infravörös fotonokat. Kémiai reakcióik között szerepelt hidrogén, kénhidrogén, vas, víz azonban nem; ezért nem bocsátottak ki oxigént. És csak 2,7 milliárd évvel ezelőtt az óceánokban élő cianobaktériumok oxigén felszabadulásával megkezdték az oxigénes fotoszintézist. Az oxigén mennyisége és az ózonréteg fokozatosan nőtt, lehetővé téve a vörös és barna algák felszínre emelkedését. És amikor a sekély vizekben a vízszint elegendő volt ahhoz, hogy megvédje az UV-sugárzástól, megjelentek a zöld algák. Kevés fikobiliproteint tartalmaztak, és jobban alkalmazkodtak a vízfelszín közelében erős fényhez. 2 milliárd évvel azután, hogy az oxigén elkezdett felhalmozódni a légkörben, a zöld algák leszármazottai - növények - megjelentek a szárazföldön.

A flóra jelentős változásokon ment keresztül - a formák változatossága gyorsan megnőtt: a moháktól és a májfűtől a magas koronájú edényes növényekig, amelyek több fényt nyelnek el és alkalmazkodnak a különböző éghajlati övezetekhez. A tűlevelű fák kúpos koronája hatékonyan nyeli el a fényt a magas szélességi fokokon, ahol a nap alig emelkedik a horizont fölé. Az árnyékot kedvelő növények antocianint termelnek, hogy megvédjék az erős fénytől. A zöld klorofill nemcsak jól alkalmazkodik a légkör modern összetételéhez, hanem segít fenntartani azt, zölden tartja bolygónkat. Lehetséges, hogy az evolúció következő lépése előnyt jelent egy olyan organizmusnak, amely a fák koronája alatt árnyékban él, és fikobilineket használ a zöld és sárga fény elnyelésére. De a felső réteg lakói láthatóan zöldek maradnak.

Vörösre festeni a világot

Amikor más csillagrendszerek bolygóin fotoszintetikus pigmenteket keresnek, a csillagászoknak emlékezniük kell arra, hogy ezek az objektumok az evolúció különböző szakaszaiban vannak. Például találkozhatnak a Földhöz hasonló bolygóval, mondjuk 2 milliárd évvel ezelőtt. Szem előtt kell tartani azt is, hogy az idegen fotoszintetikus szervezetek olyan tulajdonságokkal rendelkezhetnek, amelyek nem jellemzőek földi "rokonaikra". Például képesek vízmolekulákat hasítani hosszabb hullámhosszú fotonok segítségével.

A Föld leghosszabb hullámhosszú élőlénye a bíbor színű anoxigén baktérium, amely körülbelül 1015 nm hullámhosszú infravörös sugárzást használ. Az oxigéntartalmú szervezetek között a rekorderek a tengeri cianobaktériumok, amelyek 720 nm-en nyelnek el. A hullámhossznak nincs felső határa, amelyet a fizika törvényei határoznak meg. Csak arról van szó, hogy a fotoszintetizáló rendszernek nagyobb számú hosszú hullámhosszú fotont kell használnia, mint a rövid hullámhosszúaknak.

A korlátozó tényező nem a pigmentek sokfélesége, hanem a bolygó felszínét elérő fény spektruma, ami viszont a csillag típusától függ. A csillagászok a csillagokat színük alapján osztályozzák, hőmérsékletük, méretük és koruk alapján. Nem minden csillag létezik elég sokáig ahhoz, hogy élet keletkezzen és fejlődjön a szomszédos bolygókon. A csillagok hosszú életűek (a hőmérséklet csökkenésének sorrendjében) F, G, K és M spektrális osztályba tartoznak. A Nap a G osztályba tartozik. Az F osztályú csillagok nagyobbak és fényesebbek, mint a Nap, égnek, fényesebb fényt bocsátanak ki. kék fény és körülbelül 2 milliárd év alatt kiég. A K és M osztályú csillagok kisebb átmérőjűek, halványabbak, vörösebbek és hosszú életűek.

Minden csillag körül van egy úgynevezett "életzóna" - egy pályatartomány, amelyen a bolygók rendelkeznek a folyékony víz létezéséhez szükséges hőmérséklettel. A Naprendszerben egy ilyen zóna a Mars és a Föld pályája által határolt gyűrű. A forró F csillagok életzónája távolabb van a csillagtól, míg a hűvösebb K és M csillagok közelebb vannak. Az F-, G- és K-csillagok életzónájában lévő bolygók körülbelül ugyanannyi látható fényt kapnak, mint amennyit a Föld a Naptól kap. Valószínű, hogy élet keletkezhet rajtuk ugyanolyan oxigénes fotoszintézis alapján, mint a Földön, bár a pigmentek színe a látható tartományon belül eltolódhat.

Az M-típusú csillagok, az úgynevezett vörös törpék különösen érdekesek a tudósok számára, mivel galaxisunkban ezek a csillagok leggyakoribb típusai. Érzékelhetően kevesebb látható fényt bocsátanak ki, mint a Nap: spektrumuk intenzitáscsúcsa a közeli infravörösben jelentkezik. John Raven, a skóciai Dundee Egyetem biológusa és Ray Wolstencroft, az Edinburghi Királyi Obszervatórium csillagásza azt javasolta, hogy az oxigénes fotoszintézis elméletileg lehetséges közeli infravörös fotonok segítségével. Ebben az esetben az élőlényeknek három vagy akár négy infravörös fotont kell használniuk egy vízmolekula megtöréséhez, míg a szárazföldi növények csak két fotont használnak, ami egy rakéta lépéseihez hasonlítható, amelyek energiát adnak egy elektronnak egy vegyi anyag végrehajtásához. reakció.

A fiatal M csillagok erős UV-kitöréseket mutatnak, amelyeket csak a víz alatt lehet elkerülni. De a vízoszlop a spektrum más részeit is elnyeli, így a mélységben elhelyezkedő élőlényeknek nagyon hiányzik majd a fény. Ha igen, akkor előfordulhat, hogy ezeken a bolygókon nem fejlődik ki a fotoszintézis. Az M-csillag öregedésével a kibocsátott ultraibolya sugárzás mennyisége csökken, az evolúció későbbi szakaszaiban kevesebb lesz, mint amennyit Napunk bocsát ki. Ebben az időszakban nincs szükség védő ózonrétegre, és a bolygók felszínén akkor is virágozhat az élet, ha nem termel oxigént.

Így a csillagászoknak négy lehetséges forgatókönyvet kell mérlegelniük a csillag típusától és korától függően.

Anaerob óceáni élet. Egy csillag a bolygórendszerben fiatal, bármilyen típusú. Előfordulhat, hogy az élőlények nem termelnek oxigént. A légkör más gázokból is állhat, például metánból.

Aerob óceáni élet. A sztár már nem fiatal, bármilyen típusú. Elég idő telt el az oxigénes fotoszintézis kezdete óta ahhoz, hogy az oxigén felhalmozódjon a légkörben.

Aerob szárazföldi élet. A csillag érett, bármilyen típusú. A földet növényekkel borítják. A földi élet még csak ebben a szakaszban van.

Anaerob szárazföldi élet. Halvány M-csillag gyenge UV-sugárzással. A növények beborítják a földet, de nem termelnek oxigént.

Természetesen a fotoszintetikus organizmusok megnyilvánulása ezekben az esetekben eltérő lesz. Bolygónk műholdakról való felvételének tapasztalatai azt sugallják, hogy az óceán mélyén távcsővel lehetetlen életet észlelni: az első két forgatókönyv nem ígér színes életjeleket. Az egyetlen esély a megtalálására, ha szerves eredetű légköri gázokat keresünk. Ezért azoknak a kutatóknak, akik színes módszerekkel keresnek idegen életet, az oxigénes fotoszintézissel rendelkező szárazföldi növények tanulmányozására kell összpontosítaniuk az F-, G- és K-csillagok közelében lévő bolygókon, vagy M-csillagok bolygóin, de bármilyen típusú fotoszintézissel.

Az élet jelei

Olyan anyagok, amelyek a növények színe mellett az élet jelenlétének jelei lehetnek

Oxigén (O2) és víz (H2O) … A szülőcsillag fénye még egy élettelen bolygón is elpusztítja a vízgőz molekulákat, és kis mennyiségű oxigént termel a légkörben. De ez a gáz gyorsan feloldódik a vízben, és oxidálja a kőzeteket és a vulkáni gázokat is. Ezért, ha sok oxigént látunk egy folyékony vízzel rendelkező bolygón, az azt jelenti, hogy további források termelik, valószínűleg a fotoszintézis.

Ózon (O3) … A Föld sztratoszférájában az ultraibolya fény elpusztítja az oxigénmolekulákat, amelyek egyesülve ózont képeznek. A folyékony vízzel együtt az ózon az élet fontos mutatója. Míg az oxigén a látható spektrumban látható, az ózon infravörösben látható, ami egyes teleszkópokkal könnyebben észlelhető.

Metán (CH4) plusz oxigén, vagy szezonális ciklusok … Az oxigén és a metán kombinációját nehéz előállítani fotoszintézis nélkül. A metánkoncentráció szezonális ingadozása is biztos életjel. És egy halott bolygón a metán koncentrációja szinte állandó: csak lassan csökken, ahogy a napfény lebontja a molekulákat

Klór-metán (CH3Cl) … A Földön ez a gáz a növények elégetésével (főleg erdőtüzekben), valamint a planktonon és a tengervízben lévő klórral napfény hatására keletkezik. Az oxidáció tönkreteszi. Az M-csillagok viszonylag gyenge emissziója azonban lehetővé teheti, hogy ez a gáz olyan mennyiségben halmozódjon fel, amely a regisztrációhoz rendelkezésre áll.

Dinitrogén-oxid (N2O) … Amikor az élőlények bomlanak, nitrogén oxid formájában szabadul fel. Ennek a gáznak a nem biológiai forrásai elhanyagolhatóak.

A fekete az új zöld

A bolygó jellemzőitől függetlenül a fotoszintetikus pigmenteknek ugyanazokat a követelményeket kell kielégíteniük, mint a Földön: a legrövidebb hullámhosszú (nagy energiájú), a leghosszabb hullámhosszú (amit a reakcióközpont) vagy a leginkább elérhető fotonokat kell elnyelnie. Annak megértéséhez, hogy a csillag típusa hogyan határozza meg a növények színét, össze kellett vonni a különböző szakterületek kutatóinak erőfeszítéseit.

Kép
Kép

Csillagfény elhaladása

A növények színe a csillagok által könnyen megfigyelhető csillagfény spektrumától, valamint a levegő és a víz fényelnyelésétől függ, amelyet a szerző és munkatársai a légkör valószínű összetétele és az élet tulajdonságai alapján modelleztek. Kép "A tudomány világában"

Martin Cohen, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem csillagásza adatokat gyűjtött egy F-csillagról (Bootes sigma), egy K-csillagról (Epsilon Eridani), egy aktívan fellángoló M-csillagról (AD Leo) és egy hipotetikus nyugodt M-ről. -csillag 3100 °C hőmérséklettel. Antigona Segura csillagász, a mexikóvárosi Nemzeti Autonóm Egyetem munkatársa számítógépes szimulációkat végzett a Föld-szerű bolygók viselkedéséről a csillagok körüli életzónában. Alexander Pavlov, az Arizonai Egyetem és James Kasting, a Pennsylvaniai Egyetem modelljei segítségével Segura a csillagok sugárzásának és a bolygói légkör valószínű összetevőinek kölcsönhatását tanulmányozta (feltéve, hogy a vulkánok ugyanazokat a gázokat bocsátják ki rájuk, mint a Földön), megpróbálva az oxigénhiányos és a földihez közeli atmoszférák kémiai összetételének meghatározására.

A Segura eredményeit felhasználva a University College London fizikusa, Giovanna Tinetti kiszámította a sugárzás elnyelését a bolygó légkörében a kaliforniai pasadenai Jet Propulsion Laboratory David Crisp modellje segítségével, amelyet a Mars-járók napelemeinek megvilágításának becslésére használtak. E számítások értelmezéséhez öt szakértő együttes erőfeszítésére volt szükség: Janet Siefert mikrobiológus a Rice Egyetemen, Robert Blankenship biokémikus a St. Louis-i Washington Egyetemen és Govindjee az Illinoisi Egyetemen (Urbana), planetológus és Champaigne. (Victoria Meadows) a Washingtoni Állami Egyetemről és én, a NASA Goddard Űrkutató Intézetének biometeorológusa.

Arra a következtetésre jutottunk, hogy a 451 nm-nél tetőző kék sugarak többnyire az F-osztályú csillagok közelében lévő bolygók felszínét érik el. A K-csillagok közelében a csúcs 667 nm-en található, ez a spektrum vörös tartománya, amely a földi helyzethez hasonlít. Ebben az esetben az ózon fontos szerepet játszik, ami az F-csillagok fényét kékebbé, a K-csillagok fényét pedig vörösebbé teszi, mint amilyen valójában. Kiderült, hogy a fotoszintézisre alkalmas sugárzás ebben az esetben a spektrum látható tartományában található, akárcsak a Földön.

Így az F- és K-csillagok közelében lévő bolygókon lévő növények szinte ugyanolyan színűek lehetnek, mint a Földön. Az F-csillagokban azonban az energiában gazdag kék fotonok fluxusa túl intenzív, ezért a növényeknek legalább részben vissza kell tükrözniük azokat árnyékoló pigmentek, például antocianin segítségével, amely kékes színt ad a növényeknek. A fotoszintézishez azonban csak kék fotonokat tudnak használni. Ebben az esetben a zöldtől a vörösig terjedő tartományban minden fénynek vissza kell verődnie. Ez a visszavert fény spektrumában jellegzetes kék vágást eredményez, amely könnyen észlelhető távcsővel.

Az M csillagok széles hőmérsékleti tartománya sokféle színt sugall bolygóik számára. A nyugodt M-csillag körül keringő bolygó feleannyi energiát kap, mint a Föld a Naptól. És bár ez elvileg elegendő az élethez - ez 60-szor több, mint amennyi az árnyékszerető növényekhez szükséges a Földön -, az ezekből a csillagokból származó fotonok többsége a spektrum közeli infravörös tartományába tartozik. De az evolúciónak számos olyan pigment megjelenéséhez kell vezetnie, amelyek képesek érzékelni a látható és infravörös fény teljes spektrumát. A gyakorlatilag teljes sugárzásukat elnyelő növények akár feketének is tűnhetnek.

Kis lila pont

Kép
Kép

A földi élet története azt mutatja, hogy a korai tengeri fotoszintetikus organizmusok az F, G és K osztályú csillagok közelében lévő bolygókon elsődleges oxigénmentes légkörben élhettek, és oxigénes fotoszintézis rendszert fejleszthetnek ki, ami később szárazföldi növények megjelenéséhez vezet.. Az M-osztályú sztárokkal bonyolultabb a helyzet. Számításaink eredményei azt mutatják, hogy a fotoszintetizátorok optimális helye 9 m a víz alatt: egy ilyen mélységű réteg megfogja a pusztító ultraibolya fényt, de elegendő látható fényt enged át rajta. Természetesen ezeket az organizmusokat nem fogjuk észrevenni távcsöveinkben, de a szárazföldi élet alapjává válhatnak. Elvileg az M csillagok közelében lévő bolygókon a növényi élet különböző pigmenteket használva majdnem olyan változatos lehet, mint a Földön.

De vajon a jövőbeli űrteleszkópok lehetővé teszik-e, hogy élet nyomait lássuk ezeken a bolygókon? A válasz attól függ, hogy mekkora lesz a vízfelület és a szárazföld aránya a bolygón. Az első generációs távcsövekben a bolygók pontoknak tűnnek, felületük részletes tanulmányozása pedig szóba sem jöhet. A tudósok csak a visszavert fény teljes spektrumát kapják meg. Számításai alapján Tinetti azzal érvel, hogy a bolygó felszínének legalább 20%-ának növényekkel borított szárazföldnek kell lennie, és nem borítja felhők, hogy azonosítsák az ezen a spektrumú növényeket. Másrészt minél nagyobb a tenger területe, annál több oxigént bocsátanak ki a tengeri fotoszintetizátorok a légkörbe. Ezért minél hangsúlyosabbak a pigment bioindikátorok, annál nehezebb észrevenni az oxigén bioindikátorokat, és fordítva. A csillagászok képesek lesznek az egyiket vagy a másikat észlelni, de mindkettőt nem.

Bolygókeresők

Kép
Kép

Az Európai Űrügynökség (ESA) azt tervezi, hogy a következő 10 évben felbocsátja a Darwin űrszondát a földi exobolygók spektrumának tanulmányozására. A NASA Earth-Like Planet Seeker nevű szervezete ugyanezt fogja tenni, ha az ügynökség finanszírozást kap. Az ESA által 2006 decemberében felbocsátott COROT űrszonda és a NASA által 2009-re tervezett Kepler űrszonda arra szolgál, hogy a csillagok fényerejének halvány csökkenését keresse, amikor Föld-szerű bolygók haladnak el előttük. A NASA SIM űrszondája a csillagok halvány rezgését fogja keresni a bolygók hatása alatt.

Az élet jelenléte más bolygókon – a valódi élet, nem csak a kövületek vagy az extrém körülmények között alig túlélő mikrobák – a közeljövőben felfedezhető. De melyik csillagokat érdemes először tanulmányoznunk? Vajon sikerül-e regisztrálni a csillagok közelében elhelyezkedő bolygók spektrumát, ami M csillagok esetében különösen fontos? Milyen tartományokban és milyen felbontással figyeljenek távcsöveink? A fotoszintézis alapjainak megértése segít új eszközök létrehozásában és a kapott adatok értelmezésében. Az ilyen bonyolult problémákat csak a különböző tudományok metszéspontjában lehet megoldani. Egyelőre még csak az út elején járunk. A földönkívüli élet keresésének lehetősége attól függ, hogy milyen mélyen értjük a földi élet alapjait.

Ajánlott: