Ano ang hitsura ng mga halaman sa ibang mga exoplanet?

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang paghahanap para sa extraterrestrial na buhay ay hindi na domain ng science fiction o UFO hunters. Marahil ang mga modernong teknolohiya ay hindi pa umabot sa kinakailangang antas, ngunit sa kanilang tulong ay natutukoy na natin ang pisikal at kemikal na mga pagpapakita ng mga pangunahing proseso na pinagbabatayan ng mga nabubuhay na bagay.

Natuklasan ng mga astronomo ang higit sa 200 mga planeta na umiikot sa mga bituin sa labas ng solar system. Sa ngayon ay hindi kami makapagbibigay ng isang hindi malabo na sagot tungkol sa posibilidad ng pagkakaroon ng buhay sa kanila, ngunit ito ay sandali lamang. Noong Hulyo 2007, pagkatapos suriin ang liwanag ng bituin na dumaan sa atmospera ng exoplanet, kinumpirma ng mga astronomo ang pagkakaroon ng tubig dito. Binubuo na ngayon ang mga teleskopyo na gagawing posible na maghanap ng mga bakas ng buhay sa mga planeta tulad ng Earth sa pamamagitan ng kanilang spectra.

Ang isa sa mga mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa spectrum ng liwanag na sinasalamin ng isang planeta ay maaaring ang proseso ng photosynthesis. Ngunit posible ba ito sa ibang mga mundo? medyo! Sa Earth, ang photosynthesis ay ang batayan ng halos lahat ng nabubuhay na bagay. Sa kabila ng katotohanan na ang ilang mga organismo ay natutong mamuhay sa mataas na temperatura sa methane at sa mga hydrothermal vent ng karagatan, utang natin ang yaman ng mga ecosystem sa ibabaw ng ating planeta sa sikat ng araw.

Sa isang banda, sa proseso ng photosynthesis, ang oxygen ay ginawa, na, kasama ang ozone na nabuo mula dito, ay matatagpuan sa kapaligiran ng planeta. Sa kabilang banda, ang kulay ng isang planeta ay maaaring magpahiwatig ng pagkakaroon ng mga espesyal na pigment, tulad ng chlorophyll, sa ibabaw nito. Halos isang siglo na ang nakalilipas, nang napansin ang pana-panahong pagdidilim ng ibabaw ng Mars, pinaghihinalaan ng mga astronomo ang pagkakaroon ng mga halaman dito. Ang mga pagtatangka ay ginawa upang makita ang mga palatandaan ng mga berdeng halaman sa spectrum ng liwanag na makikita mula sa ibabaw ng planeta. Ngunit ang pagdududa ng pamamaraang ito ay nakita kahit ng manunulat na si Herbert Wells, na sa kanyang "Digmaan ng mga Mundo" ay nagsabi: "Malinaw, ang kaharian ng gulay ng Mars, sa kaibahan sa makalupang isa, kung saan ang berde ay nangingibabaw, ay may dugo- kulay pula." Alam na natin ngayon na walang mga halaman sa Mars, at ang hitsura ng mas madidilim na mga lugar sa ibabaw ay nauugnay sa mga bagyo ng alikabok. Si Wells mismo ay kumbinsido na ang kulay ng Mars ay hindi bababa sa tinutukoy ng mga halaman na sumasakop sa ibabaw nito.

Kahit na sa Earth, hindi limitado sa berde ang mga photosynthetic na organismo: ang ilang mga halaman ay may mga pulang dahon, at iba't ibang algae at photosynthetic bacteria na kumikinang sa lahat ng mga kulay ng bahaghari. At ang purple bacteria ay gumagamit ng infrared radiation mula sa Araw bilang karagdagan sa nakikitang liwanag. Kaya ano ang mananaig sa ibang mga planeta? At paano natin ito makikita? Ang sagot ay nakasalalay sa mga mekanismo kung saan ang alien photosynthesis ay nag-asimilasyon ng liwanag ng bituin nito, na naiiba sa likas na katangian ng radiation mula sa Araw. Bilang karagdagan, ang ibang komposisyon ng atmospera ay nakakaapekto rin sa parang multo na komposisyon ng insidente ng radiation sa ibabaw ng planeta.

Ang mga bituin ng spectral class M (red dwarf) ay bahagyang kumikinang, kaya ang mga halaman sa Earth-like planet na malapit sa kanila ay dapat na itim upang sumipsip ng mas maraming liwanag hangga't maaari. Ang mga batang M na bituin ay sumusunog sa ibabaw ng mga planeta gamit ang mga ultraviolet flare, kaya ang mga organismo doon ay dapat na nabubuhay sa tubig. Ang ating Araw ay class G. At malapit sa F-class na mga bituin, ang mga halaman ay tumatanggap ng masyadong maraming liwanag at dapat na sumasalamin sa isang mahalagang bahagi nito.

Upang isipin kung ano ang magiging photosynthesis sa ibang mga mundo, kailangan mo munang maunawaan kung paano ito isinasagawa ng mga halaman sa Earth. Ang spectrum ng enerhiya ng sikat ng araw ay may tuktok sa asul-berde na rehiyon, na naging dahilan ng pagtataka ng mga siyentipiko sa mahabang panahon kung bakit hindi nasisipsip ng mga halaman ang pinaka magagamit na berdeng ilaw, ngunit, sa kabaligtaran, pinapakita ito? Lumalabas na ang proseso ng photosynthesis ay hindi nakasalalay sa kabuuang halaga ng solar energy, ngunit sa enerhiya ng mga indibidwal na photon at ang bilang ng mga photon na bumubuo sa liwanag.

Ang bawat asul na photon ay nagdadala ng mas maraming enerhiya kaysa sa isang pula, ngunit ang araw ay higit na naglalabas ng mga pula. Ang mga halaman ay gumagamit ng mga asul na photon dahil sa kanilang kalidad, at mga pula dahil sa kanilang dami. Ang wavelength ng berdeng ilaw ay eksaktong nasa pagitan ng pula at asul, ngunit ang mga berdeng photon ay hindi naiiba sa availability o enerhiya, kaya hindi ginagamit ng mga halaman ang mga ito.

Sa panahon ng photosynthesis upang ayusin ang isang carbon atom (nagmula sa carbon dioxide, CO₂) sa isang molekula ng asukal, hindi bababa sa walong photon ang kinakailangan, at para sa cleavage ng isang hydrogen-oxygen bond sa isang molekula ng tubig (H₂O) - isa lang. Sa kasong ito, lumilitaw ang isang libreng elektron, na kinakailangan para sa karagdagang reaksyon. Sa kabuuan, para sa pagbuo ng isang molekula ng oxygen (O₂) apat na ganoong mga bono ang kailangang putulin. Para sa pangalawang reaksyon upang makabuo ng isang molekula ng asukal, hindi bababa sa apat na higit pang mga photon ang kinakailangan. Dapat tandaan na ang isang photon ay dapat magkaroon ng ilang pinakamababang enerhiya upang makilahok sa photosynthesis.

Ang paraan kung saan ang mga halaman ay sumisipsip ng sikat ng araw ay tunay na isa sa mga kababalaghan ng kalikasan. Ang mga photosynthetic na pigment ay hindi nangyayari bilang mga indibidwal na molekula. Bumubuo sila ng mga kumpol na binubuo, kumbaga, ng maraming antenna, ang bawat isa ay nakatutok upang makita ang mga photon ng isang tiyak na haba ng daluyong. Pangunahing sinisipsip ng chlorophyll ang pula at asul na liwanag, habang ang mga carotenoid pigment na nagbibigay sa mga dahon ng taglagas na pula at dilaw ay nakikita ang ibang lilim ng asul. Ang lahat ng enerhiya na nakolekta ng mga pigment na ito ay inihahatid sa molekula ng chlorophyll na matatagpuan sa sentro ng reaksyon, kung saan nahati ang tubig upang bumuo ng oxygen.

Ang isang kumplikadong mga molekula sa isang sentro ng reaksyon ay maaari lamang magsagawa ng mga reaksiyong kemikal kung ito ay tumatanggap ng mga pulang photon o isang katumbas na dami ng enerhiya sa ibang anyo. Upang magamit ang mga asul na photon, ang mga antenna pigment ay nagko-convert ng kanilang mataas na enerhiya sa mas mababang enerhiya, tulad ng isang serye ng mga step-down na transformer na binabawasan ang 100,000 volts ng isang linya ng kuryente sa isang 220 volt na saksakan sa dingding. Ang proseso ay nagsisimula kapag ang isang asul na photon ay tumama sa isang pigment na sumisipsip ng asul na liwanag at naglilipat ng enerhiya sa isa sa mga electron sa molekula nito. Kapag ang isang elektron ay bumalik sa orihinal nitong estado, ito ay naglalabas ng enerhiya na ito, ngunit dahil sa init at pagkalugi ng vibrational, mas mababa kaysa sa hinihigop nito.

Gayunpaman, ang molekula ng pigment ay nagbibigay ng natanggap na enerhiya hindi sa anyo ng isang photon, ngunit sa anyo ng isang elektrikal na pakikipag-ugnayan sa isa pang molekula ng pigment, na maaaring sumipsip ng enerhiya ng isang mas mababang antas. Sa turn, ang pangalawang pigment ay naglalabas ng mas kaunting enerhiya, at ang prosesong ito ay nagpapatuloy hanggang ang enerhiya ng orihinal na asul na photon ay bumaba sa antas ng pula.

Ang sentro ng reaksyon, bilang pagtanggap ng dulo ng kaskad, ay iniangkop upang sumipsip ng mga magagamit na photon na may kaunting enerhiya. Sa ibabaw ng ating planeta, ang mga pulang photon ang pinakamarami at sa parehong oras ay may pinakamababang enerhiya sa mga photon sa nakikitang spectrum.

Ngunit para sa mga underwater photosynthesizer, ang mga pulang photon ay hindi kailangang maging pinaka-sagana. Ang lugar ng liwanag na ginagamit para sa photosynthesis ay nagbabago nang may lalim habang ang tubig, mga natunaw na sangkap dito, at ang mga organismo sa itaas na mga layer ay sinasala ang liwanag. Ang resulta ay isang malinaw na stratification ng mga buhay na anyo alinsunod sa kanilang hanay ng mga pigment. Ang mga organismo mula sa mas malalim na mga layer ng tubig ay may mga pigment na nakatutok sa liwanag ng mga kulay na iyon na hindi nasisipsip ng mga layer sa itaas. Halimbawa, ang algae at cyanea ay may mga pigment na phycocyanin at phycoerythrin, na sumisipsip ng berde at dilaw na mga photon. Sa anoxygenic (i.e.non-oxygen-producing) bacteria ay bacteriochlorophyll, na sumisipsip ng liwanag mula sa malayong pula at malapit na infrared (IR) na mga rehiyon, na nakakapasok lamang sa madilim na kalaliman ng tubig.

Ang mga organismo na umangkop sa mahinang liwanag ay may posibilidad na lumaki nang mas mabagal dahil kailangan nilang magtrabaho nang mas mahirap para makuha ang lahat ng liwanag na magagamit sa kanila. Sa ibabaw ng planeta, kung saan maraming ilaw, magiging masama para sa mga halaman na makagawa ng labis na mga pigment, kaya pumipili sila ng mga kulay. Ang parehong mga prinsipyo ng ebolusyon ay dapat ding gumana sa iba pang mga planetary system.

Kung paanong ang mga nilalang sa tubig ay umangkop sa liwanag na sinala ng tubig, ang mga naninirahan sa lupa ay umangkop sa liwanag na sinala ng mga gas sa atmospera. Sa itaas na bahagi ng atmospera ng daigdig, ang pinakamaraming photon ay dilaw, na may wavelength na 560-590 nm. Ang bilang ng mga photon ay unti-unting bumababa patungo sa mahahabang alon at biglang humihiwalay patungo sa mga maikli. Habang dumadaan ang sikat ng araw sa itaas na atmospera, ang singaw ng tubig ay sumisipsip ng IR sa ilang banda na mas mahaba kaysa sa 700 nm. Ang oxygen ay gumagawa ng isang makitid na hanay ng mga linya ng pagsipsip malapit sa 687 at 761 nm. Alam ng lahat na ang ozone (Oh₃) sa stratosphere ay aktibong sumisipsip ng ultraviolet (UV) na ilaw, ngunit bahagyang sumisipsip din ito sa nakikitang rehiyon ng spectrum.

Kaya, ang ating kapaligiran ay nag-iiwan ng mga bintana kung saan maaaring maabot ng radiation ang ibabaw ng planeta. Ang hanay ng nakikitang radiation ay limitado sa asul na bahagi sa pamamagitan ng isang matalim na cutoff ng solar spectrum sa maikling wavelength na rehiyon at UV absorption ng ozone. Ang pulang hangganan ay tinukoy ng mga linya ng pagsipsip ng oxygen. Ang peak ng bilang ng mga photon ay inilipat mula dilaw hanggang pula (mga 685 nm) dahil sa malawak na pagsipsip ng ozone sa nakikitang rehiyon.

Ang mga halaman ay inangkop sa spectrum na ito, na pangunahing tinutukoy ng oxygen. Ngunit dapat tandaan na ang mga halaman mismo ay nagbibigay ng oxygen sa kapaligiran. Nang lumitaw ang mga unang organismong photosynthetic sa Earth, kaunti lamang ang oxygen sa atmospera, kaya ang mga halaman ay kailangang gumamit ng mga pigment maliban sa chlorophyll. Pagkatapos lamang ng isang paglipas ng panahon, kapag binago ng photosynthesis ang komposisyon ng kapaligiran, ang chlorophyll ay naging pinakamainam na pigment.

Ang maaasahang ebidensya ng fossil ng photosynthesis ay humigit-kumulang 3.4 bilyong taong gulang, ngunit ang mga naunang fossil ay nagpapakita ng mga palatandaan ng prosesong ito. Ang mga unang photosynthetic na organismo ay kailangang nasa ilalim ng tubig, sa bahagi dahil ang tubig ay isang magandang solvent para sa mga biochemical reaction, at dahil din ito ay nagbibigay ng proteksyon mula sa solar UV radiation, na mahalaga sa kawalan ng atmospheric ozone layer. Ang mga naturang organismo ay mga bakterya sa ilalim ng tubig na sumisipsip ng mga infrared na photon. Ang kanilang mga kemikal na reaksyon ay kinabibilangan ng hydrogen, hydrogen sulfide, iron, ngunit hindi tubig; samakatuwid, hindi sila naglalabas ng oxygen. At lamang 2, 7 bilyong taon na ang nakalilipas, ang cyanobacteria sa mga karagatan ay nagsimula ng oxygenic photosynthesis sa paglabas ng oxygen. Ang dami ng oxygen at ang ozone layer ay unti-unting tumaas, na nagpapahintulot sa pula at kayumangging algae na tumaas sa ibabaw. At kapag ang antas ng tubig sa mababaw na tubig ay sapat na upang maprotektahan laban sa UV, lumitaw ang berdeng algae. Mayroon silang kaunting phycobiliproteins at mas mahusay na inangkop sa maliwanag na liwanag malapit sa ibabaw ng tubig. 2 bilyong taon pagkatapos magsimulang maipon ang oxygen sa kapaligiran, ang mga inapo ng berdeng algae - mga halaman - ay lumitaw sa lupa.

Ang mga flora ay sumailalim sa mga makabuluhang pagbabago - ang iba't ibang mga anyo ay mabilis na tumaas: mula sa mga lumot at liverworts hanggang sa mga halamang vascular na may mataas na mga korona, na sumisipsip ng higit na liwanag at iniangkop sa iba't ibang mga klimatiko na zone. Ang mga conical crown ng mga coniferous tree ay epektibong sumisipsip ng liwanag sa matataas na latitude, kung saan halos hindi sumisikat ang araw sa abot-tanaw. Ang mga halamang mahilig sa lilim ay gumagawa ng anthocyanin upang maprotektahan laban sa maliwanag na liwanag. Ang green chlorophyll ay hindi lamang mahusay na inangkop sa modernong komposisyon ng kapaligiran, ngunit nakakatulong din ito upang mapanatili ito, na pinapanatili ang ating planeta na berde. Posible na ang susunod na hakbang sa ebolusyon ay magbibigay ng kalamangan sa isang organismo na naninirahan sa lilim sa ilalim ng mga korona ng mga puno at gumagamit ng phycobilins upang sumipsip ng berde at dilaw na liwanag. Ngunit ang mga naninirahan sa itaas na tier, tila, ay mananatiling berde.

Pagpinta ng pula sa mundo

Habang naghahanap ng mga photosynthetic na pigment sa mga planeta sa iba pang mga stellar system, dapat tandaan ng mga astronomo na ang mga bagay na ito ay nasa iba't ibang yugto ng ebolusyon. Halimbawa, maaari silang makatagpo ng isang planeta na katulad ng Earth, halimbawa, 2 bilyong taon na ang nakalilipas. Dapat ding tandaan na ang mga alien photosynthetic na organismo ay maaaring may mga katangian na hindi katangian ng kanilang mga "kamag-anak" sa lupa. Halimbawa, nagagawa nilang hatiin ang mga molekula ng tubig gamit ang mas mahabang wavelength na mga photon.

Ang pinakamahabang wavelength na organismo sa Earth ay ang purple anoxygenic bacterium, na gumagamit ng infrared radiation na may wavelength na humigit-kumulang 1015 nm. Ang mga may hawak ng record sa mga oxygenic na organismo ay marine cyanobacteria, na sumisipsip sa 720 nm. Walang pinakamataas na limitasyon sa wavelength na tinutukoy ng mga batas ng pisika. Kaya lang, ang sistema ng photosynthesizing ay kailangang gumamit ng mas malaking bilang ng mga photon na long-wavelength kumpara sa mga short-wavelength.

Ang naglilimita sa kadahilanan ay hindi ang iba't ibang mga pigment, ngunit ang spectrum ng liwanag na umaabot sa ibabaw ng planeta, na kung saan ay depende sa uri ng bituin. Inuuri ng mga astronomo ang mga bituin batay sa kanilang kulay, depende sa kanilang temperatura, laki, at edad. Hindi lahat ng mga bituin ay umiiral nang sapat na katagal upang ang buhay ay bumangon at umunlad sa mga kalapit na planeta. Ang mga bituin ay matagal na nabubuhay (sa pagkakasunud-sunod ng pagbaba ng temperatura) ng mga parang multo na klase F, G, K, at M. Ang araw ay kabilang sa klase G. Ang mga bituin sa klase ng F ay mas malaki at mas maliwanag kaysa sa Araw, sila ay nasusunog, naglalabas ng mas maliwanag. asul na liwanag at nasusunog sa loob ng halos 2 bilyong taon. Ang mga bituin ng Class K at M ay mas maliit ang diyametro, malabo, mas mapula at nauuri bilang mahaba ang buhay.

Sa paligid ng bawat bituin ay may tinatawag na "life zone" - isang hanay ng mga orbit, na kung saan ang mga planeta ay may temperatura na kinakailangan para sa pagkakaroon ng likidong tubig. Sa solar system, ang naturang zone ay isang singsing na napapalibutan ng mga orbit ng Mars at Earth. Ang mga hot F na bituin ay may life zone na mas malayo sa bituin, habang ang mas malalamig na K at M na mga bituin ay mas malapit. Ang mga planeta sa life zone ng F-, G- at K-stars ay tumatanggap ng halos parehong dami ng nakikitang liwanag gaya ng natatanggap ng Earth mula sa Araw. Malamang na ang buhay ay maaaring lumitaw sa kanila batay sa parehong oxygenic photosynthesis tulad ng sa Earth, kahit na ang kulay ng mga pigment ay maaaring ilipat sa loob ng nakikitang hanay.

Ang M-type na mga bituin, ang tinatawag na red dwarf, ay partikular na interesado sa mga siyentipiko dahil sila ang pinakakaraniwang uri ng mga bituin sa ating Galaxy. Naglalabas sila ng kapansin-pansing hindi gaanong nakikitang liwanag kaysa sa Araw: ang intensity peak sa kanilang spectrum ay nangyayari sa malapit-IR. Si John Raven, isang biologist sa Unibersidad ng Dundee sa Scotland, at Ray Wolstencroft, isang astronomo sa Royal Observatory sa Edinburgh, ay nagmungkahi na ang oxygenic photosynthesis ay theoretically posible gamit ang near-infrared photons. Sa kasong ito, ang mga organismo ay kailangang gumamit ng tatlo o kahit apat na IR photon upang masira ang isang molekula ng tubig, habang ang mga terrestrial na halaman ay gumagamit lamang ng dalawang photon, na maaaring maihalintulad sa mga hakbang ng isang rocket na nagbibigay ng enerhiya sa isang electron upang magsagawa ng isang kemikal. reaksyon.

Ang mga batang M na bituin ay nagpapakita ng malalakas na UV flare na maiiwasan lamang sa ilalim ng tubig. Ngunit ang column ng tubig ay sumisipsip din ng iba pang bahagi ng spectrum, kaya ang mga organismo na matatagpuan sa lalim ay magiging lubhang kulang sa liwanag. Kung gayon, maaaring hindi mabuo ang photosynthesis sa mga planetang ito. Habang tumatanda ang M-star, bumababa ang dami ng ibinubuga na ultraviolet radiation, sa mga huling yugto ng ebolusyon ito ay nagiging mas kaunti kaysa sa ibinubuga ng ating Araw. Sa panahong ito, hindi na kailangan ng proteksiyon na ozone layer, at ang buhay sa ibabaw ng mga planeta ay maaaring umunlad kahit na hindi ito gumagawa ng oxygen.

Kaya, dapat isaalang-alang ng mga astronomo ang apat na posibleng mga senaryo depende sa uri at edad ng bituin.

Anaerobic Ocean Life. Ang isang bituin sa planetary system ay bata pa, sa anumang uri. Ang mga organismo ay maaaring hindi makagawa ng oxygen. Ang kapaligiran ay maaaring binubuo ng iba pang mga gas tulad ng methane.

Aerobic Ocean Life. Ang bituin ay hindi na bata, ng anumang uri. Sapat na oras ang lumipas mula nang magsimula ang oxygenic photosynthesis para sa akumulasyon ng oxygen sa atmospera.

Aerobic na buhay sa lupa. Ang bituin ay mature, sa anumang uri. Ang lupa ay natatakpan ng mga halaman. Ang buhay sa Earth ay nasa yugtong ito lamang.

Anaerobic na buhay sa lupa. Isang malabong M star na may mahinang UV radiation. Sinasaklaw ng mga halaman ang lupa ngunit maaaring hindi makagawa ng oxygen.

Naturally, ang mga pagpapakita ng mga photosynthetic na organismo sa bawat isa sa mga kasong ito ay magkakaiba. Ang karanasan ng pagbaril sa ating planeta mula sa mga satellite ay nagmumungkahi na imposibleng tuklasin ang buhay sa kailaliman ng karagatan gamit ang isang teleskopyo: ang unang dalawang senaryo ay hindi nangangako sa atin ng mga kulay na palatandaan ng buhay. Ang tanging pagkakataon na mahanap ito ay ang paghahanap ng mga atmospheric gas na organikong pinagmulan. Samakatuwid, ang mga mananaliksik na gumagamit ng mga pamamaraan ng kulay upang maghanap ng dayuhan na buhay ay kailangang tumuon sa pag-aaral ng mga halaman sa lupa na may oxygenic photosynthesis sa mga planeta malapit sa F-, G- at K-stars, o sa mga planeta ng M-star, ngunit sa anumang uri ng photosynthesis.

Mga palatandaan ng buhay

Ang mga sangkap na, bilang karagdagan sa kulay ng mga halaman, ay maaaring maging tanda ng pagkakaroon ng buhay

Oxygen (O₂) at tubig (H₂O) … Kahit na sa isang walang buhay na planeta, ang liwanag mula sa magulang na bituin ay sumisira sa mga molekula ng singaw ng tubig at gumagawa ng kaunting oxygen sa atmospera. Ngunit ang gas na ito ay mabilis na natutunaw sa tubig at nag-oxidize din ng mga bato at mga gas ng bulkan. Samakatuwid, kung maraming oxygen ang nakikita sa isang planeta na may likidong tubig, nangangahulugan ito na ang mga karagdagang mapagkukunan ay gumagawa nito, malamang na photosynthesis.

Ozone (O₃) … Sa stratosphere ng Earth, ang ultraviolet light ay sumisira sa mga molekula ng oxygen, na, kapag pinagsama, ay bumubuo ng ozone. Kasama ng likidong tubig, ang ozone ay isang mahalagang tagapagpahiwatig ng buhay. Habang ang oxygen ay nakikita sa nakikitang spectrum, ang ozone ay nakikita sa infrared, na mas madaling makita sa ilang mga teleskopyo.

Methane (CH₄) kasama ang oxygen, o mga pana-panahong cycle … Ang kumbinasyon ng oxygen at methane ay mahirap makuha nang walang photosynthesis. Ang mga pana-panahong pagbabagu-bago sa konsentrasyon ng methane ay isang tiyak na tanda ng buhay. At sa isang patay na planeta, ang konsentrasyon ng methane ay halos pare-pareho: dahan-dahan lamang itong bumababa habang sinisira ng sikat ng araw ang mga molekula.

Chloromethane (CH₃Cl) … Sa Earth, ang gas na ito ay nabuo sa pamamagitan ng nasusunog na mga halaman (pangunahin sa mga sunog sa kagubatan) at sa pamamagitan ng pagkakalantad sa sikat ng araw sa plankton at chlorine sa tubig-dagat. Sinisira ito ng oksihenasyon. Ngunit ang medyo mahinang paglabas ng mga M-star ay maaaring pahintulutan ang gas na ito na maipon sa isang halagang magagamit para sa pagpaparehistro.

Nitrous oxide (N₂O) … Kapag ang mga organismo ay nabulok, ang nitrogen ay inilabas sa anyo ng isang oksido. Ang mga non-biological na pinagmumulan ng gas na ito ay bale-wala.

Itim ang bagong berde

Anuman ang mga katangian ng planeta, ang mga photosynthetic na pigment ay dapat matugunan ang parehong mga kinakailangan tulad ng sa Earth: sumisipsip ng mga photon na may pinakamaikling wavelength (high-energy), na may pinakamahabang wavelength (na ginagamit ng reaction center), o ang pinaka available. Upang maunawaan kung paano tinutukoy ng uri ng bituin ang kulay ng mga halaman, kinakailangan upang pagsamahin ang mga pagsisikap ng mga mananaliksik mula sa iba't ibang mga specialty.

Lumipas ang liwanag ng bituin

Ang kulay ng mga halaman ay nakasalalay sa spectrum ng liwanag ng bituin, na madaling maobserbahan ng mga astronomo, at ang pagsipsip ng liwanag sa pamamagitan ng hangin at tubig, na ginawa ng may-akda at ng kanyang mga kasamahan batay sa malamang na komposisyon ng atmospera at mga katangian ng buhay. Larawan "Sa mundo ng agham"

Si Martin Cohen, isang astronomer sa Unibersidad ng California, Berkeley, ay nangolekta ng data sa isang F-star (Bootes sigma), isang K-star (epsilon Eridani), isang aktibong sumiklab na M-star (AD Leo), at isang hypothetical calm M -bituin na may temperatura na 3100 ° C. Ang astronomo na si Antigona Segura ng National Autonomous University sa Mexico City ay nagsagawa ng mga computer simulation ng pag-uugali ng mga planetang tulad ng Earth sa life zone sa paligid ng mga bituin na ito. Gamit ang mga modelo ni Alexander Pavlov ng Unibersidad ng Arizona at James Kasting ng Unibersidad ng Pennsylvania, pinag-aralan ni Segura ang interaksyon ng radiation mula sa mga bituin na may malamang na mga bahagi ng mga planetary atmosphere (ipagpalagay na ang mga bulkan ay naglalabas ng parehong mga gas sa kanila tulad ng sa Earth), sinusubukan upang malaman ang komposisyon ng kemikal sa mga atmospera na parehong kulang sa oxygen at ang nilalaman nito ay malapit sa nilalaman ng lupa.

Gamit ang mga resulta ni Segura, kinakalkula ng pisiko ng University College London na si Giovanna Tinetti ang pagsipsip ng radiation sa mga planetary atmosphere gamit ang modelo ni David Crisp sa Jet Propulsion Laboratory sa Pasadena, California, na ginamit upang tantiyahin ang pag-iilaw ng mga solar panel sa Mars rovers. Ang pagbibigay-kahulugan sa mga kalkulasyong ito ay nangangailangan ng pinagsamang pagsisikap ng limang eksperto: microbiologist na si Janet Siefert sa Rice University, mga biochemist na si Robert Blankenship sa Washington University sa St. Louis, at Govindjee sa University of Illinois sa Urbana, planetologist at Champaigne. (Victoria Meadows) mula sa Washington State University at ako, isang biometeorologist mula sa Goddard Space Research Institute ng NASA.

Napagpasyahan namin na ang mga asul na sinag na may tuktok sa 451 nm ay kadalasang umaabot sa mga ibabaw ng mga planeta malapit sa mga bituin ng F-class. Malapit sa mga K-star, ang rurok ay matatagpuan sa 667 nm, ito ang pulang rehiyon ng spectrum, na kahawig ng sitwasyon sa Earth. Sa kasong ito, ang ozone ay gumaganap ng isang mahalagang papel, na ginagawang mas asul ang liwanag ng mga F-star, at ang liwanag ng mga K-star ay mas mapula kaysa sa aktwal. Lumalabas na ang radiation na angkop para sa photosynthesis sa kasong ito ay nasa nakikitang rehiyon ng spectrum, tulad ng sa Earth.

Kaya, ang mga halaman sa mga planeta na malapit sa F at K na mga bituin ay maaaring magkaroon ng halos kaparehong kulay ng mga nasa Earth. Ngunit sa F star, ang flux ng mayaman sa enerhiya na mga asul na photon ay masyadong matindi, kaya ang mga halaman ay dapat na bahagyang ipakita ang mga ito gamit ang mga shielding pigment tulad ng anthocyanin, na magbibigay sa mga halaman ng mala-bughaw na kulay. Gayunpaman, maaari lamang silang gumamit ng mga asul na photon para sa photosynthesis. Sa kasong ito, ang lahat ng liwanag sa hanay mula berde hanggang pula ay dapat na maipakita. Magreresulta ito sa isang natatanging asul na cutoff sa reflected light spectrum na madaling makita gamit ang isang teleskopyo.

Ang malawak na hanay ng temperatura para sa M star ay nagmumungkahi ng iba't ibang kulay para sa kanilang mga planeta. Sa pag-orbit sa isang kalmadong M-star, ang planeta ay tumatanggap ng kalahati ng enerhiya na ginagawa ng Earth mula sa Araw. At kahit na ito, sa prinsipyo, ay sapat na para sa buhay - ito ay 60 beses na higit pa kaysa sa kinakailangan para sa mga halaman na mapagmahal sa lilim sa Earth - karamihan sa mga photon na nagmumula sa mga bituin na ito ay nabibilang sa malapit-IR na rehiyon ng spectrum. Ngunit ang ebolusyon ay dapat humantong sa paglitaw ng iba't ibang mga pigment na maaaring madama ang buong spectrum ng nakikita at infrared na ilaw. Ang mga halaman na sumisipsip ng halos lahat ng kanilang radiation ay maaaring magmukhang itim.

Maliit na lilang tuldok

Ang kasaysayan ng buhay sa Earth ay nagpapakita na ang mga naunang marine photosynthetic na organismo sa mga planeta na malapit sa class F, G, at K na mga bituin ay maaaring mabuhay sa isang pangunahing oxygen-free na kapaligiran at bumuo ng isang sistema ng oxygenic photosynthesis, na sa kalaunan ay hahantong sa paglitaw ng mga terrestrial na halaman.. Ang sitwasyon sa M-class na mga bituin ay mas kumplikado. Ang mga resulta ng aming mga kalkulasyon ay nagpapahiwatig na ang pinakamainam na lugar para sa mga photosynthesizer ay 9 m sa ilalim ng tubig: ang isang layer ng lalim na ito ay nakakakuha ng mapanirang ultraviolet light, ngunit nagbibigay-daan sa sapat na nakikitang liwanag na dumaan. Siyempre, hindi natin mapapansin ang mga organismong ito sa ating mga teleskopyo, ngunit maaari silang maging batayan ng buhay sa lupa. Sa prinsipyo, sa mga planeta na malapit sa M na bituin, ang buhay ng halaman, gamit ang iba't ibang mga pigment, ay maaaring halos magkakaibang tulad ng sa Earth.

Ngunit papayagan ba tayo ng hinaharap na mga teleskopyo sa kalawakan na makakita ng mga bakas ng buhay sa mga planetang ito? Ang sagot ay depende sa kung ano ang magiging ratio ng ibabaw ng tubig sa lupa sa planeta. Sa mga teleskopyo ng unang henerasyon, ang mga planeta ay magmumukhang mga punto, at ang isang detalyadong pag-aaral ng kanilang ibabaw ay wala sa tanong. Ang makukuha lang ng mga scientist ay ang kabuuang spectrum ng reflected light. Batay sa kanyang mga kalkulasyon, sinabi ni Tinetti na hindi bababa sa 20% ng ibabaw ng planeta ay dapat na tuyong lupa na natatakpan ng mga halaman at hindi natatakpan ng mga ulap upang makilala ang mga halaman sa spectrum na ito. Sa kabilang banda, mas malaki ang lugar ng dagat, mas maraming oxygen ang inilalabas ng mga marine photosynthesizer sa atmospera. Samakatuwid, mas binibigkas ang mga bioindicator ng pigment, mas mahirap na mapansin ang mga bioindicator ng oxygen, at kabaliktaran. Magagawa ng mga astronomo na tuklasin ang alinman sa isa o ang isa pa, ngunit hindi pareho.

Mga naghahanap ng planeta

Plano ng European Space Agency (ESA) na ilunsad ang Darwin spacecraft sa susunod na 10 taon upang pag-aralan ang spectra ng terrestrial exoplanets. Gayon din ang gagawin ng Earth-Like Planet Seeker ng NASA kung ang ahensya ay makakakuha ng pondo. Ang COROT spacecraft, na inilunsad ng ESA noong Disyembre 2006, at ang Kepler spacecraft, na naka-iskedyul ng NASA para sa paglulunsad noong 2009, ay idinisenyo upang maghanap ng mahinang pagbaba ng liwanag ng mga bituin habang ang mga planetang tulad ng Earth ay dumadaan sa harap nila. Ang SIM spacecraft ng NASA ay maghahanap ng mahinang vibrations ng mga bituin sa ilalim ng impluwensya ng mga planeta.

Ang pagkakaroon ng buhay sa ibang mga planeta - totoong buhay, hindi lamang mga fossil o microbes na halos hindi nabubuhay sa matinding mga kondisyon - ay maaaring matuklasan sa malapit na hinaharap. Ngunit aling mga bituin ang dapat nating pag-aralan muna? Magagawa ba nating irehistro ang spectra ng mga planeta na matatagpuan malapit sa mga bituin, na kung saan ay lalong mahalaga sa kaso ng M bituin? Sa anong mga saklaw at sa anong resolusyon dapat obserbahan ng ating mga teleskopyo? Ang pag-unawa sa mga pangunahing kaalaman sa photosynthesis ay makakatulong sa amin na lumikha ng mga bagong instrumento at bigyang-kahulugan ang data na aming natatanggap. Ang mga problema ng naturang kumplikado ay malulutas lamang sa intersection ng iba't ibang mga agham. Sa ngayon ay nasa simula pa lamang tayo ng landas. Ang mismong posibilidad ng paghahanap ng extraterrestrial na buhay ay nakasalalay sa kung gaano natin kalalim ang pagkaunawa sa mga pangunahing kaalaman ng buhay dito sa Earth.