Какого цвета будут растения на других планетах?
Поиски внеземной жизни – больше не монополия уфологов и научных фантастов. В настоящее время это разумный и серьезный вопрос для «официальной» науки. К настоящему времени открыто более 200 планет, находящихся за пределами Солнечной системы. Вполне возможно, что многие из них – пригодны для жизни, а на некоторых – она уже есть. Точно выяснить, обитаемы ли планеты, расположенные от нас на большом расстоянии, ученые пока не могут, но это вопрос времени. Статья на эту тему появилась в июльском номере русской версии « Scientific American », журнале «В мире науки».
В июле 2007 года астрономы проанализировали звездный свет, прошедший сквозь атмосферу одной из экзопланет, и выяснили, что там есть вода. Понятно, что если на космическом объекте есть жизнь, то на нем есть растения. Поэтому в настоящее время ученые разрабатывают телескопы, специально предназначенные для спектрального анализа следов растительности на планете. В этом случае самый важный вопрос — о том, какого цвета будет эта растительность. В настоящее время таким важным делом, как предварительный прогноз цвета внеземных растений заняты многие специалисты — от физиологов растений до астрономов и биохимиков.
Чтобы говорить об этом, нужно прежде всего прикинуть, может ли быть на других планетах фотосинтез – то есть, преобразование в тканях растений одних в веществ с другие с помощью световой энергии. Гипотеза о том, что фотосинтез – не уникальное свойство земных растений, выглядит вполне жизнеспособной. А значит, оценив яркость звезды, можно сделать выводы о предполагаемом цвете растений, которые должны появиться на окружающих ее планетах. И соответственно «нацелить» телескоп и связанную с ним вычислительную технику.
Ученые предполагают, что звезды спектрального класса М (красные карлики) светят слабо, поэтому растения на окружающих их планетах будут черными, чтобы поглощать как можно больше света (на рисунке такие растения занимают первую панель). Молодые М-звезды должны будут время от времени опалять поверхность планет ультрафиолетовыми вспышками, поэтому организмы на них должны быть водными (вторая панель). Наша солнце относится к классу G (третья панель). А вблизи свет класса F растения получают слишком много света, а значит, должны будут отражать значительную его часть (четвертая панель). Они могут иметь почти тот же цвет, что и земные, однако, скорее всего, экранирующие пигменты придадут растениям голубоватую окраску.
Занимаясь поиском инопланетных фотосинтезирующих организмов, астрономы должны учитывать и то, что они могут находиться на различных этапах эволюции. Планета, которую они исследуют, может походить на Землю, какой она была, скажем, два миллиарда лет назад. К тому же, инопланетные растения могут быть способными к химическим реакциям, которые не свойственны их земным сородичам, например – расщеплять молекулы воду с помощью высокоэнергетических фотонов.
Космические агентства мира готовят для исследования внеземной жизни все новые космические аппараты. В ближайшие 10 лет Европейское космическое агентство ( ESA ) планирует запустить аппарат «Дарвин» для подробного изучения спектров экзопланет земного типа, а «Кеплер», намеченный NASA к запуску в 2009 году будет фиксировать снижение блеска звезд при прохождении перед ними планет земного типа. Аппарат NASA SIM будет искать слабые колебания звезд под влиянием планет.
В связи с этим ученые предполагают, что обнаружить на других планетах настоящую жизнь, а не только ископаемые останки – предстоит в самом ближайшем будущем. Однако ученые пока колеблются, какие планеты им нужно детально исследовать первыми.
Относительно легко выбрать подходящий космический объект лишь в конкретной планетной системе. Дело в том, что возлег каждой звезды существует так называемая «зона жизни» — диапазон орбит, находясь на которых, планеты имеют температуру, необходимую для существования жидкой воды. В Солнечной системе такой зоной является кольцо, ограниченное орбитами Марса и Земли. У горячих F-звезд зона жизни находится дальше от звезды, а у более холодных М-звезд она ближе.
Так или иначе, проблемы такой сложности, как поиск внеземной жизни, могут быть решены только на стыке различных наук. Сама возможность обнаружения на других планетах животных, растений или даже микроорганизмов будет прежде всего зависеть от того, насколько глубоко мы понимаем основы жизни на Земле.
Источник
Какого цвета будут растения на других планетах
Новая модель фотосинтеза вывела эволюционный принцип, согласно которому питающаяся светом растительность не может быть другого цвета, кроме как зеленого. И это правило действует во всей Вселенной.
Земные растения зеленые потому, что их фотосинтетические пигменты отражают зеленый свет. При этом на данных длинах волн передается гораздо больше энергии. Почему же растения их «отвергают»? Ученые, наконец, нашли ответ.
Растения поглощают почти все фотоны в красной, а также синей областях спектра, и только около 90% — в зеленой. Если бы они поглощали больше зеленого спектра, то выглядели бы черными. Но это расточительно — упускать энергию, которой питаешься, тем более что зеленая часть спектра — самая «калорийная». Существует предположение, что зеленый свет может быть слишком мощным для растений, из-за чего может наносить вред. Это действительно так — получен исчерпывающий ответ. При этом ученые не ожидали, что созданная ими модель также предскажет цвет фотосинтетических форм жизни на других планетах. В ходе исследования был выявлен эволюционный принцип, управляющий организмами, питающимися светом, который может применяться во всей Вселенной — стабильность важнее эффективности.
Натаниэль Габор, физик из Университета Калифорнии в Риверсайде, изучая процесс поглощения света углеродными нанотрубками, задумался о том, как должен выглядеть идеальный солнечный коллектор, впитывающий максимум энергии солнечного спектра. «У вас должно быть устройство, использующее максимальную мощность зеленого света. А потом мне сразу пришло в голову, что растения делают обратное: они «выплевывают» зеленый свет». Чтобы понять, почему растения отражают зеленый свет, Габор и команда ученых, в которую входил, в частности, ботаник Ричард Когделл из Университета Глазго, внимательно изучили, что происходит во время фотосинтеза. Первый этап фотосинтеза происходит в хлорофиллах, которые, словно антенны, поглощают свет и передают энергию в реакционный центр, где вырабатывается химическая энергия, необходимая для клеток. Эффективность данной квантово-механической стадии фотосинтеза почти идеальна — весь поглощаемый свет преобразуется в электроны.
Но «антенный комплекс» находится в постоянном движении. «Движение влияет на то, как энергия течет сквозь пигменты, из-за чего появляется шум, а эффективность снижается». На эффективность также влияет интенсивность света, падающего на растения.
Естественно, ради безопасности колебаний следует избегать, предпочитая постоянный ввод электрической энергии в сочетании с постоянным выходом химической энергии. «Слишком малое количество электронов, достигающих реакционного центра, может вызвать перебои питания, в то время как слишком большое количество энергии вызовет эффект перезарядки, способный повредить ткани», — говорит Габор. Проще говоря, сбор пиковой энергии в зеленом спектре света вреден для растений: когда солнечный свет мерцает, шум входного сигнала будет слишком сильно колебаться, а система не сможет регулировать поток энергии.
Для безопасного и стабильного выхода энергии пигменты фотосистемы должны быть очень точно настроены. Гораздо более стабильные потоки энергии находятся на концах солнечного спектра, а не в середине, — в красной и синей. Похоже, что фотосинтез у растений развивался не для максимальной эффективности, а для получения равномерного и безопасного питания.
Источник
Какого цвета могли быть растения, выросшие на других планетах?
Вопрос о том, существуют ли на других планетах формы жизни, подобные земным, давно волновал умы людей, независимо от их веры. Воодушевленные гуманистическим вольнодумием мыслители эпохи Возрождения, а затем и европейского Просвещения были убеждены в том, что небеса полны жизни. Первая книга Галилео Галилея «Звездный вестник» была моментально раскуплена именно потому, что его современники надеялись: с помощью телескопа Галилей увидел жителей Луны. Сожженный в последний год XVI века Джордано Бруно (Giordano Bruno, 1548–1600) утверждал, что жизнь есть на всех небесных телах.
Когда писатели фантасты изображали в своих произведениях далекую и нечеловеческую разумную жизнь, все понимали: это их способ обратиться к земным и человеческим проблемам. Мы во Вселенной одиноки, наше присутствие здесь быстротечно и случайно.
Группа ученых под руководством Виктории Медоуз (Victoria Meadows) из Виртуальной планетной лаборатории (VPL) Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) разработала компьютерные модели, имитирующие планеты, близкие по параметрам к Земле, и их световые спектры — в том виде, в каком их можно увидеть в космические телескопы. Растения на планетах около более ярких звезд (например, спектрального класса F) будут отражать красно-жёлто-оранжевую часть спектра, то есть иметь «осенний вид» — ведь в свете этих звезд преобладают синие и ультрафиолетовые лучи.
Растения же на планете, вращающейся вокруг красного карлика (звезды спектрального класса М, масса которых составляют от 10–50% массы Солнца) , могут выглядеть чёрными! Такие звезды тусклее Солнца и излучают в основном свет в инфракрасном, невидимом человеческому глазу, диапазоне, а местные растения должны будут стараться усвоить весь спектр падающего на них излучения. Черный же цвет, как известно, почти не отражает попадающие на него лучи.
Наименее вероятно, по словам Виктории Медоуз, то, что растительность на других планетах будет синей. Синий — свет большей частоты, следовательно, он несет и больше энергии, поэтому растения будут «стараться» как можно больше использовать его.
Помимо этих цветов, планеты земного типа могут быть и пурпурными, если на них развиваются микроорганизмы, синтезирующие пигменты фиолетового или пурпурного цвета (ретинол) , как это происходило на древней Земле. Организмы такого цвета существуют и сейчас — это так называемые галобактерии, в мембране которых ретинол поглощает зелёный свет и отражает красный и фиолетовый, комбинация которых и кажется нам фиолетовой.
Рассматривая модели ученых, можно предположить, какие «спектральные подписи» и цвета, свидетельствующие о наличии жизни, можно искать на планетах: фиолетовые, зеленые, желтые или черные. Однако не стоит забывать, что и компьютерные модели, и теоретические выкладки были сделаны на основании знаний о жизни земной, и предстоит ещё выяснить, насколько они справедливы для экзопланет.
Источник