Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги
Фиолетовая трава, красные деревья, тёмные и пурпурные кусты в полной мере смогут расти на некоторых планетах. Никакой фантастики — таковы результаты научного изучения. Современные устройства уже разрешают изучать спектры экстрасолнечных планет.
И в случае если на некоторых из них имеется жизнь — отечественные знания окажут помощь нам «встретиться» с ней показатели, даже в том случае, если жизнь эта будет очень сильно различаться по виду от земной.
Нэнси Кианг (Nancy Kiang) из университета космических изучений Годдарда (NASA Goddard Institute for Space Studies) совершила изучение, продемонстрировавшее, что растения на вторых планетах смогут иметь практически любой цвет, не считая, возможно, светло синий.
То, что в далеком прошлом и с наслаждением расписывают фантасты, оказывается, имеет научную подоплёку. В случае если жизнь во Вселенной распространена, отечественная, покрытая зелёной растительностью планета в полной мере может оказаться исключением. Разные землеподобные миры должны щеголять лесами с страницами практически всех цветов радуги.
Логика несложна: далеко не только хлорофилл может употребляться растением для усвоения солнечного света. А уж какое соединение будет забрано судьбой за базу для обеспечения процесса фотосинтеза — зависит от эволюции. В ней же имеется простое правило: растения должны попытаться забрать от собственной звезды максимум дешёвой энергии.
Кианг и её сотрудники смоделировали условия на экстрасолнечных планетах, похожих по главным параметрам на Землю и вращающихся около звёзд различного типа, о чём детально написали в статье в издании Astrobiology.
«Эти планеты смогут иметь растительность глобального масштаба, сопоставимую с такой на Земле, — говорит Кианг, — это указывает, что, если вы желаете найти жизнь телескопом, у вас имеется шанс заметить достаточное количество явных показателей судьбы».
Различные спектры солнц, разные воздухи, химия которых увязана с параметрами родительских звёзд — всё это окажет огромное влияние на развитие фотосинтезирующих растений. Так как распределение энергии излучения, доходящего до поверхности планеты, по спектру будет очень сильно различаться у планет, живущих у звёзд различных спектральных типов (от тёплых F2, через G2, K2 к весьма тусклым M5), да ещё оно будет зависеть от концентрации в воздухе кислорода, озона, водяных паров и углекислого газа.
А дальше легко — растения на таких планетах должны приспособиться к поглощению самый энергетически насыщенной части спектра. Где-то это будет светло синий цвет, где-то максимум «подкормки» будет необходимо на инфракрасное излучение, и без того потом. Каждому типу звезды и планеты исследователи сопоставили собственный неповторимый, предпочтительный для фотосинтеза, участок спектра.
Цвет же листочков растения зависит от частоты света, которым оно пренебрегает (хлорофилл, скажем, поглощает по большей части светло синий и красный цвет, но отражает зелёный). Так что на различных планетах растения будут иметь самые разные оттенки, и учёные совершенно верно смогут сообщить — какие конкретно как раз.
А, например, растения на планете, вращающейся около красного карлика, должны смотреться тёмными! Так как такая звезда испускает многократно меньше света, чем отечественное Солнце. И местные растения должны на протяжении естественного отбора и эволюции купить комплект веществ, помогающих им усваивать фактически целый спектр падающего излучения.
Но из-за чего светло синий листья деревьев и траву Нэнси вычисляет маловероятными? Легко светло синий цвет, другими словами свет большей частоты, несёт и больше энергии. Это принципиально важно с позиций эволюции живого. «По большому счету, растения будут „хотеть“ применять светло синий свет, когда смогут», — поясняет эту идея Виктория Мидоуз (Victoria Meadows) из Калифорнийского технологического университета (California Institute of Technology), соавтор изучения.
Растения на вторых планетах смогут поражать разнообразием красок. Увидьте, мы говорим не об осенних, пожелтевших и покрасневших, умирающих страницах, как на Земле, а об простых страницах, в которых идёт фотосинтез (иллюстрация Doug Cummings, Caltech).
Примечательно, что теоретические выкладки астробиологов опираются на уже узнаваемые учёным фотосинтетические совокупности. К примеру, пурпурный и красный цвет имеют кое-какие водоросли и фотосинтезирующие бактерии. А сравнительно не так давно учёные нашли в океане новую группу одноклеточных водорослей с необыкновенным фотосинтезирующим аппаратом.
Более того, на дне океана открыта бактерия, которая есть фотосинтезирующей, не смотря на то, что солнечный свет в такие глубины не попадает. Но в том месте имеется инфракрасное излучение от термальных донных источников.
Как видим, кроме того жизнь предлагает нам массу ответов — как усваивать свет на самых различных длинах волн. Что уж сказать об эволюции судьбы внеземной. Кстати, недавнее изучение продемонстрировало, что приблизительно треть звёзд, имеющих планетные семьи среди отечественного ближнего окружения, владеет подобными Земле планетами, с жидкими водными океанами на поверхности и условиями, пригодными для зарождения судьбы.
Кроме этого нужно заявить, что возможности техники по обнаружению планет неизменно и ощутимо растут. Одна из самых мелких из отысканных экстрасолнечных планет больше Земли по массе всего в 5,5 раз, а по диаметру — намного ближе. Имеется в улове астрологов и планеты куда меньшей массы, действительно, вращающиеся около пульсара.
А ведь когда-то мы умели «ловить» только экстрасолнечные газовые гиганты, превосходящие по размеру Юпитер.
Но весьма интересно, направляться ли отечественная земная растительность обрисованным выше правилам? Выясняется, не в полной мере. Свет, что падает на земную поверхность, «богат» зелёными лучами, но преобладающая растительность этот цвет именно и не применяет для фотосинтеза.
Учёные считают, что тут перед нами, быть может, пример не самой успешной эволюции. Но, в случае если сказать о солнечном свете, достигающем поверхности Почвы, красный цвет тут превосходит другие, так сообщить, «массовостью» — по числу фотонов. А светло синий владеет большей энергией на любой фотон (в полном соответствии с формулой Планка). Так что в выборе синего цветов и красного в качестве «питания» имеется собственная логика.
И однако…
Второе недавнее изучение продемонстрировало, что ранняя Почва в полной мере имела возможность иметь пурпурную растительность, а не зелёную как на данный момент. Об этом говорит Шил Дасшарма (Shil DasSarma) из университета Мэриленда (University of Maryland).
Вправду, эволюция стала причиной тому, что отечественные глаза весьма чувствительны к зелёному свету. Из-за чего бы растениям не владеть такой же свойством? Обстоятельство, согласно точки зрения Шила, в том, что хлорофилл показался по окончании того, как вторая светочувствительная молекула — ретинол — уже находилась на ранней Почва.
Ретинол, сейчас находимый, например, в мембране фотосинтетических микробов, именуемых галобактериями, поглощает зелёный свет и отражает назад красный и фиолетовый, комбинация которых и думается нам фиолетовой.
Примитивные микробы, каковые применяли ретинол для усвоения солнечного света, быть может, господствовали на юный Почва, рассуждает Дасшарма. Так что первые биологические «тёплые точки» на отечественной планете в полной мере имели возможность различаться фиолетовой окраской.
Спектральные характеристики на поверхностях планет различных звёзд. По вертикали — энергетика излучения — число фотонов, отнесённое к квадратному метру, одной длине и секунде волны; по горизонтали — протяженность волны в микрометрах. Отмечен видимый участок спектра.
Черта Солнечного света на Земле отмечена жёлтой кривой. Другие цвета соответствуют звёздам различных спектральных типов (от F2V — красная линия, до M5V — зелёная). Серым и тёмным продемонстрированы линии поглощения света некоторыми микробами Почвы, как пример успешной работы с инфракрасной частью спектра (иллюстрация NASA).
Получается, что развитие сперва микроорганизмов, а после этого и растений, применяющих для фотосинтеза хлорофилл и, следовательно, красный и светло синий части спектра, было следствием их конкурентной борьбы с «фиолетовыми» микробами. Последние зелёную часть спектра, и потому, дабы выжить, «опоздавшие появиться» существа с хлорофиллом в были вынуждены приспособиться к «поеданию» той части спектра, которая осталась свободной. В общем — борьба за ресурс в чистом виде.
Легко вообразить обстановку, в то время, когда, скажем так, хлорофильные микробы развивались под богатым слоем микроорганизмов ретиноловых, забиравших у них зелёные лучи.
Отчего же в следствии красно-фиолетовые (по внешнему виду) организмы были вытеснены куда-то на обочину, тогда как зелёные завоевали планету? Шил растолковывает это весьма легко. Не смотря на то, что хлорофилл применяет далеко не пик солнечного спектра, но, если сравнивать с ретинолом, он использует его куда более действенно.
Результаты мониторинга земной поверхности спутником SeaWiFS. По двум отдельным шкалам в неестественных цветах продемонстрировано распределение хлорофилла на суше (леса) и в океане (фитопланктон). Это пример того, как техника способна улавливать спектральные следы хлорофилла а также определять его содержание на поверхности планеты (иллюстрация SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center, ORBIMAGE).
Предположение Дасшармы — лишь только предположение. Но оно имеет весомое обоснование. Так, скажем, ретинол имеет более несложную структуру, чем хлорофилл. Ретинол легче воспроизвести в тех условиях, что существовали на ранней Почва (с низким уровнем кислорода).
Помимо этого, процесс, нужный чтобы сделать ретинол, весьма подобен цепочке реакций, нужных для синтеза жирных кислот, которая (цепочка), полагают учёные, была одним из главных условий для развития живых клеток. «Жирные кислоты были нужны, дабы организовать мембраны в самых ранних клетках», — говорит Дасшарма.
Наконец, галобактерии, каковые применяют ретинол для фотосинтеза, вообще-то — вовсе не бактерии. Эта несколько организмов в собственности надцарству по имени археи, чьё происхождение уходит так на большом растоянии назад во времени, что тогда у Почвы ещё кроме того не было кислородной воздуха! Всё это показывает на то, что ретинол появился раньше хлорофилла.
Но не все учёные согласны с рассуждениями Дасшармы. Геохимик Дэвид Дес Марас (David Des Marais) из исследовательского центра Эймса (Ames Research Center) отмечает, что получение максимума энергии — это как обоюдоострый клинок. Излишек энергии также возможно вредным, как и её недочёт.
И растения на отечественной планете в полной мере имели возможность приспособиться к получению оптимального количества энергии.
Пульсар PSR B1257+12 и планета PSR B1257+12 C — её масса равна 3,9 земных весов. Это до тех пор пока самая близкая по массе к Почва из отысканных экстрасолнечных планет (иллюстрация NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, SSC).
К тому же, «фиолетовая ранняя Почва» Дасшармы может сильно повлиять на поиски судьбы за пределами Нашей системы. Вправду — учёные должны воображать, что именно им направляться искать. Тут мы опять возвращаемся к работе Кианг с сотоварищами.
Так как её выкладки кроме этого нацелены именно на поиск настоящих экстрасолнечных миров, дающих приют судьбы.
Как продемонстрировал практический опыт с пепельным светом Селены, кроме того в отражённом Луной спектре излучения отечественной планеты в полной мере возможно отыскать хлорофилл — признак судьбы. Соответственно, у других планет возможно найти спектральные автографы вторых веществ, ассоциируемых с разнообразными фотосинтезирующими схемами.
Опираясь на расчёты Кианг, учёные смогут угадать — какие конкретно спектральные автографы направляться искать на той либо другой планете, условия на которой благоприятны для развития судьбы. Практически, у учёных, например, в группе Мидоуз, уже имеется компьютерные модели экстрасолнечных планет земного типа, каковые смогут продемонстрировать целый спектр самой планеты, в зависимости от типа родительской звезды.
Остаётся только направить телескопы в нужную точку неба, и фиолетовые, зелёные либо пурпурные леса, покрывающие такие планеты, дадут знать о себе.
Действительно, вопрос, «обязана» ли жизнь на вторых планетах хоть в чём-то следовать правилам, выведенным нами исходя из изучения судьбы земной, – остаётся открытым.
