Басқа экзопланеталардағы өсімдіктер қандай көрінеді?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Жерден тыс тіршілікті іздеу енді ғылыми фантастика немесе НЛО аңшыларының саласы емес. Мүмкін қазіргі заманғы технологиялар әлі қажетті деңгейге жеткен жоқ, бірақ олардың көмегімен біз тірі заттардың негізінде жатқан іргелі процестердің физикалық және химиялық көріністерін анықтай аламыз.

Астрономдар Күн жүйесінен тыс жұлдыздарды айналып өтетін 200-ден астам планетаны тапты. Әзірге біз оларда өмірдің болуы ықтималдығы туралы біржақты жауап бере алмаймыз, бірақ бұл уақыт мәселесі. 2007 жылдың шілдесінде астрономдар экзопланетаның атмосферасынан өткен жұлдыз жарығын талдағаннан кейін онда судың бар екенін растады. Қазір телескоптар жасалып жатыр, бұл Жер сияқты планеталарда спектрлері бойынша тіршілік іздерін іздеуге мүмкіндік береді.

Планета шағылған жарық спектріне әсер ететін маңызды факторлардың бірі фотосинтез процесі болуы мүмкін. Бірақ бұл басқа әлемде мүмкін бе? Өте жақсы! Жерде фотосинтез барлық дерлік тірі заттардың негізі болып табылады. Кейбір организмдер метан мен мұхиттың гидротермиялық саңылауларында жоғары температурада өмір сүруді үйренгеніне қарамастан, біз планетамыздың бетіндегі экожүйелердің байлығы үшін күн сәулесіне қарыздармыз.

Бір жағынан, фотосинтез процесінде одан түзілген озонмен бірге планетаның атмосферасында кездесетін оттегі пайда болады. Екінші жағынан, планетаның түсі оның бетінде хлорофилл сияқты арнайы пигменттердің болуын көрсетуі мүмкін. Бір ғасырға жуық уақыт бұрын Марс бетінің маусымдық қараюын байқаған астрономдар ондағы өсімдіктер бар деп күдіктенген. Планетаның бетінен шағылысқан жарық спектрінде жасыл өсімдіктердің белгілерін анықтау әрекеттері жасалды. Бірақ бұл тәсілдің күмәнділігін жазушы Герберт Уэллс де байқады, ол өзінің «Әлемдер соғысында» былай деп атап көрсетті: «Әрине, жасыл түс басым болатын жердегіден айырмашылығы, Марстың өсімдік патшалығының қаны бар. қызыл түс». Біз қазір Марста өсімдіктердің жоқ екенін білеміз, ал жер бетіндегі қараңғы аймақтардың пайда болуы шаңды дауылмен байланысты. Уэллстің өзі Марстың түсі оның бетін жабатын өсімдіктермен анықталатынына сенімді болды.

Тіпті Жердің өзінде фотосинтездеуші организмдер жасыл түспен шектелмейді: кейбір өсімдіктердің жапырақтары қызыл, ал түрлі балдырлар мен фотосинтездеуші бактериялар кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырайды. Ал күлгін бактериялар көзге көрінетін жарықтан басқа Күннің инфрақызыл сәулелерін пайдаланады. Сонымен, басқа планеталарда не басым болады? Ал біз мұны қалай көре аламыз? Жауап бөтен фотосинтездің Күннен келетін радиация сипатымен ерекшеленетін жұлдызының жарығын ассимиляциялау механизмдеріне байланысты. Сонымен қатар, атмосфераның басқа құрамы планетаның бетіне түсетін радиацияның спектрлік құрамына да әсер етеді.

М спектрлік класының жұлдыздары (қызыл ергежейлілер) әлсіз жарқырайды, сондықтан оларға жақын жер тәрізді планеталардағы өсімдіктер жарықты барынша көп сіңіру үшін қара түсті болуы керек. Жас M жұлдыздары планеталардың бетін ультракүлгін жарқыраумен күйдіреді, сондықтан ондағы организмдер суда тіршілік етуі керек. Біздің Күн – G класы. Ал F класындағы жұлдыздардың жанында өсімдіктер тым көп жарық алады және оның маңызды бөлігін көрсетуі керек.

Басқа әлемдерде фотосинтездің қандай болатынын елестету үшін алдымен өсімдіктердің оны Жерде қалай жүргізетінін түсіну керек. Күн сәулесінің энергетикалық спектрінің көк-жасыл аймақта шыңы бар, бұл ғалымдарды ұзақ уақыт бойы өсімдіктер неге ең қолжетімді жасыл жарықты сіңірмейді, керісінше оны көрсетеді? Фотосинтез процесі күн энергиясының жалпы мөлшеріне емес, жеке фотондардың энергиясына және жарықты құрайтын фотондардың санына байланысты екені белгілі болды.

Әрбір көк фотон қызылға қарағанда көбірек энергияны тасымалдайды, бірақ күн негізінен қызыл түсті шығарады. Өсімдіктер көгілдір фотондарды сапасына байланысты, ал қызылды санына байланысты пайдаланады. Жасыл жарықтың толқын ұзындығы дәл қызыл мен көктің арасында жатыр, бірақ жасыл фотондардың қолжетімділігі немесе энергиясы бойынша айырмашылығы жоқ, сондықтан өсімдіктер оларды пайдаланбайды.

Фотосинтез кезінде бір көміртек атомын бекіту үшін (көмірқышқыл газынан, СО₂) қант молекуласында кем дегенде сегіз фотон қажет, ал су молекуласындағы сутегі-оттегі байланысының үзілуі үшін (H)₂О) - бір ғана. Бұл жағдайда одан әрі реакция үшін қажет бос электрон пайда болады. Барлығы бір оттегі молекуласының түзілуі үшін (О₂) осындай төрт байланысты үзу керек. Қант молекуласын қалыптастыру үшін екінші реакция үшін кем дегенде тағы төрт фотон қажет. Фотосинтезге қатысу үшін фотонның минималды энергиясы болуы керек екенін атап өткен жөн.

Өсімдіктердің күн сәулесін сіңіру тәсілі шынымен де табиғаттың кереметтерінің бірі. Фотосинтетикалық пигменттер жеке молекулалар түрінде болмайды. Олар көптеген антенналардан тұратын кластерлерді құрайды, олардың әрқайсысы белгілі бір толқын ұзындығының фотондарын қабылдауға бейімделген. Хлорофилл ең алдымен қызыл және көк жарықты сіңіреді, ал күзгі жапырақтарды қызыл және сары беретін каротиноидтық пигменттер көк түстің басқа реңктерін қабылдайды. Осы пигменттер жинаған барлық энергия реакция орталығында орналасқан хлорофилл молекуласына жеткізіледі, онда су оттегін түзу үшін бөлінеді.

Реакция орталығындағы молекулалар кешені қызыл фотондарды немесе қандай да бір басқа формада энергияның баламалы мөлшерін алған жағдайда ғана химиялық реакцияларды жүргізе алады. Көгілдір фотондарды пайдалану үшін антенна пигменттері өздерінің жоғары энергиясын төменгі энергияға түрлендіреді, мысалы, төмендеткіш трансформаторлар сериясы 100 000 вольт электр желісін 220 вольттық розеткаға азайтады. Процесс көк фотон көк жарықты жұтып, энергияны оның молекуласындағы электрондардың біріне беретін пигментке соқтығысқанда басталады. Электрон бастапқы күйіне оралғанда, ол бұл энергияны шығарады, бірақ жылу мен тербеліс жоғалтуларына байланысты, ол сіңірілгеннен азырақ.

Дегенмен, пигмент молекуласы алынған энергияны фотон түрінде емес, төменгі деңгейдегі энергияны сіңіруге қабілетті басқа пигменттік молекуламен электрлік әрекеттесу түрінде береді. Өз кезегінде, екінші пигмент одан да аз энергия бөледі және бұл процесс бастапқы көк фотонның энергиясы қызыл деңгейге дейін төмендегенше жалғасады.

Реакция орталығы каскадтың қабылдағыш ұшы ретінде қол жетімді фотондарды минималды энергиямен жұтуға бейімделген. Біздің планетамыздың бетінде қызыл фотондар ең көп және сонымен бірге көрінетін спектрдегі фотондар арасында ең аз энергияға ие.

Бірақ су астындағы фотосинтездеушілер үшін қызыл фотондардың ең көп болуы міндетті емес. Фотосинтез үшін қолданылатын жарық ауданы су, ондағы еріген заттар сияқты тереңдікпен өзгереді, ал жоғарғы қабаттардағы ағзалар жарықты сүзеді. Нәтиже - пигменттердің жиынтығына сәйкес тірі формалардың айқын стратификациясы. Судың терең қабаттарындағы организмдерде жоғарыдағы қабаттар сіңірмеген түстердің жарығына бейімделген пигменттер болады. Мысалы, балдырлар мен цианияларда жасыл және сары фотондарды сіңіретін фикоцианин және фикоэритрин пигменттері бар. Аноксигенді (яғниоттегі түзбейтін) бактериялар - бұл алыс қызыл және жақын инфрақызыл (ИК) аймақтардан жарықты жұтатын, судың күңгірт тереңдіктеріне ғана енуге қабілетті бактериохлорофилл.

Төмен жарыққа бейімделген организмдер баяу өседі, өйткені оларға қол жетімді барлық жарықты сіңіру үшін көп жұмыс істеу керек. Жарық көп болатын планетаның бетінде өсімдіктердің артық пигменттерді шығаруы тиімсіз болар еді, сондықтан олар түстерді таңдап пайдаланады. Дәл осындай эволюциялық принциптер басқа планеталық жүйелерде де жұмыс істеуі керек.

Су жәндіктері сумен сүзілген жарыққа бейімделгені сияқты, жердегілер де атмосфералық газдармен сүзілген жарыққа бейімделді. Жер атмосферасының жоғарғы бөлігінде ең көп таралған фотондар сары түсті, толқын ұзындығы 560-590 нм. Фотондар саны ұзын толқындарға қарай бірте-бірте азаяды және қысқа толқындарға қарай кенет үзіледі. Күн сәулесі атмосфераның жоғарғы қабатынан өткенде су буы 700 нм-ден ұзын бірнеше жолақтарда ИҚ-ны сіңіреді. Оттегі 687 және 761 нм жақын абсорбция сызықтарының тар диапазонын жасайды. Бұл озонды бәрі біледі (О₃) стратосферада ультракүлгін (УК) сәулені белсенді түрде сіңіреді, бірақ спектрдің көрінетін аймағында да аздап жұтады.

Сонымен, біздің атмосфера радиация планетаның бетіне жетуі мүмкін терезелерді қалдырады. Көрінетін радиацияның диапазоны көк жағынан қысқа толқын ұзындығы аймағындағы күн спектрінің күрт кесілуімен және озонның ультракүлгін сәулесін сіңіруімен шектеледі. Қызыл шекара оттегін сіңіру сызықтарымен анықталады. Фотондар санының шыңы көрінетін аймақта озонның кең сіңуіне байланысты сарыдан қызылға (шамамен 685 нм) ауысады.

Өсімдіктер негізінен оттегімен анықталатын осы спектрге бейімделген. Бірақ өсімдіктердің өздері атмосфераны оттегімен қамтамасыз ететінін есте ұстаған жөн. Жерде алғашқы фотосинтездеуші организмдер пайда болған кезде атмосферада оттегі аз болды, сондықтан өсімдіктер хлорофиллден басқа пигменттерді қолдануға мәжбүр болды. Біраз уақыттан кейін ғана фотосинтез атмосфераның құрамын өзгерткен кезде хлорофилл оңтайлы пигментке айналды.

Фотосинтездің сенімді қазба деректері шамамен 3,4 миллиард жыл болды, бірақ бұрынғы қазба қалдықтары бұл процестің белгілерін көрсетеді. Алғашқы фотосинтездеуші организмдер су астында болуы керек еді, ішінара су биохимиялық реакциялар үшін жақсы еріткіш болғандықтан, сонымен қатар ол атмосфералық озон қабаты болмаған кезде маңызды болған күннің ультракүлгін сәулеленуінен қорғауды қамтамасыз етеді. Мұндай организмдер инфрақызыл фотондарды сіңіретін су астындағы бактериялар болды. Олардың химиялық реакцияларына сутек, күкіртсутек, темір, бірақ су емес; сондықтан олар оттегін шығармайды. Ал небәрі 2,7 миллиард жыл бұрын мұхиттардағы цианобактериялар оттегінің бөлінуімен оттегі фотосинтезін бастады. Оттегі мен озон қабатының мөлшері бірте-бірте көбейіп, қызыл және қоңыр балдырлардың бетіне көтерілуіне мүмкіндік берді. Ал таяз сулардағы су деңгейі ультракүлгін сәулелерден қорғану үшін жеткілікті болғанда, жасыл балдырлар пайда болды. Оларда фикобилипротеиндер аз болды және су бетіне жақын жарыққа жақсы бейімделді. Атмосферада оттегі жинала бастағаннан кейін 2 миллиард жылдан кейін құрлықта жасыл балдырлардың ұрпақтары – өсімдіктер пайда болды.

Флора айтарлықтай өзгерістерге ұшырады - пішіндердің алуан түрлілігі тез өсті: мүк пен бауырдан бастап жарықты көбірек сіңіретін және әртүрлі климаттық аймақтарға бейімделген жоғары тәждері бар тамырлы өсімдіктерге дейін. Қылқан жапырақты ағаштардың конустық тәждері күн көкжиектен әрең көтерілетін биік ендіктерде жарықты тиімді сіңіреді. Көлеңке сүйгіш өсімдіктер жарқын жарықтан қорғау үшін антоцианин шығарады. Жасыл хлорофилл атмосфераның заманауи құрамына жақсы бейімделіп қана қоймайды, сонымен қатар оны сақтауға көмектеседі, планетамызды жасыл күйде сақтайды. Эволюцияның келесі қадамы ағаштардың тәжі астында көлеңкеде өмір сүретін және жасыл және сары жарықты сіңіру үшін фикобилиндерді пайдаланатын ағзаға артықшылық беруі мүмкін. Бірақ жоғарғы қабаттың тұрғындары жасыл болып қала береді.

Дүниені қызылға бояу

Басқа жұлдыздық жүйелердегі планеталарда фотосинтетикалық пигменттерді іздеу кезінде астрономдар бұл нысандар эволюцияның әртүрлі кезеңдерінде екенін есте ұстауы керек. Мысалы, олар Жерге ұқсас планетаны кездестіруі мүмкін, айталық, 2 миллиард жыл бұрын. Сондай-ақ бөтен фотосинтездеуші организмдердің жердегі «туыстарына» тән емес қасиеттері болуы мүмкін екенін есте ұстаған жөн. Мысалы, олар ұзағырақ толқын ұзындығы фотондарды пайдаланып су молекулаларын бөлуге қабілетті.

Жердегі ең ұзын толқын ұзындығы организм - шамамен 1015 нм толқын ұзындығы бар инфрақызыл сәулелерді пайдаланатын күлгін аноксигенді бактерия. Оттегі бар организмдердің рекордшылары 720 нм-де сіңіретін теңіз цианобактериялары болып табылады. Толқын ұзындығының физика заңдарымен анықталатын жоғарғы шегі жоқ. Фотосинтездеу жүйесі қысқа толқындармен салыстырғанда ұзын толқынды фотондардың көбірек санын пайдалануы керек.

Шектеу факторы пигменттердің әртүрлілігі емес, планетаның бетіне түсетін жарық спектрі, бұл өз кезегінде жұлдыздың түріне байланысты. Астрономдар жұлдыздарды температурасына, өлшеміне және жасына байланысты түсіне қарай жіктейді. Барлық жұлдыздар көрші планеталарда өмірдің пайда болуы және дамуы үшін жеткілікті ұзақ өмір сүрмейді. Жұлдыздар ұзақ өмір сүреді (температураның төмендеу реті бойынша) спектрлік кластары F, G, K және M. Күн G класына жатады. F класындағы жұлдыздар Күннен үлкенірек және жарықырақ, олар жанады, жарқыраған сәуле шығарады. көгілдір жарық және шамамен 2 миллиард жыл ішінде жанып кетеді. К және М класындағы жұлдыздар диаметрі кішірек, сұрғылт, қызылырақ және ұзақ өмір сүретін жұлдыздар қатарына жатады.

Әрбір жұлдыздың айналасында «өмір зонасы» деп аталатын - орбиталардың ауқымы бар, оларда планеталар сұйық судың болуы үшін қажетті температураға ие. Күн жүйесінде мұндай аймақ Марс пен Жердің орбиталарымен шектелген сақина болып табылады. Ыстық F жұлдыздарының өмір сүру аймағы жұлдыздан алысырақ, ал салқынырақ K және M жұлдыздары жақынырақ. F-, G- және K-жұлдыздарының өмір сүру аймағындағы планеталар Жер Күннен алатындай көрінетін жарық мөлшерін алады. Пигменттердің түсі көрінетін диапазонда ауысуы мүмкін болса да, оларда Жердегі сияқты оттегі фотосинтезі негізінде өмір пайда болуы мүмкін.

Қызыл гномдар деп аталатын М типті жұлдыздар ғалымдарды ерекше қызықтырады, өйткені олар біздің Галактикадағы жұлдыздардың ең көп таралған түрі. Олар Күнге қарағанда айтарлықтай аз көрінетін жарық шығарады: олардың спектріндегі интенсивтіліктің шыңы ИҚ-ға жақын жерде болады. Шотландиядағы Данди университетінің биологы Джон Равен мен Эдинбургтегі Корольдік обсерваторияның астрономы Рэй Волстенкрофт жақын инфрақызыл фотондарды қолдану арқылы оттегі фотосинтезін теориялық тұрғыдан мүмкін деп болжады. Бұл жағдайда организмдер су молекуласын бұзу үшін үш, тіпті төрт ИК фотонды қолдануға мәжбүр болады, ал жердегі өсімдіктер химиялық әрекетті жүзеге асыру үшін электронға энергия беретін зымыранның қадамдарымен салыстыруға болатын екі фотонды ғана пайдаланады. реакция.

Жас M жұлдыздары тек су астында болдырмауға болатын күшті ультракүлгін сәулелерді көрсетеді. Бірақ су бағанасы спектрдің басқа бөліктерін де сіңіреді, сондықтан тереңдікте орналасқан организмдерге жарық қатты жетіспейді. Олай болса, бұл планеталарда фотосинтез дамымауы мүмкін. М-жұлдызының қартаюына қарай, шығарылатын ультракүлгін сәулелену мөлшері азаяды, эволюцияның кейінгі кезеңдерінде ол біздің Күн шығаратындан аз болады. Бұл кезеңде қорғаныш озон қабаты қажет емес, планеталар бетіндегі тіршілік оттегін шығармаса да гүлдей алады.

Осылайша, астрономдар жұлдыздың түрі мен жасына байланысты мүмкін болатын төрт сценарийді қарастыруы керек.

Анаэробты мұхиттағы тіршілік. Планеталық жүйедегі жұлдыз кез келген түрдегі жас. Организмдер оттегін шығармауы мүмкін. Атмосфера метан сияқты басқа газдардан тұруы мүмкін.

Аэробты мұхиттағы тіршілік. Жұлдыз енді жас емес, кез келген түрі. Атмосферада оттегінің жиналуы үшін оттегі фотосинтезі басталғаннан бері жеткілікті уақыт өтті.

Аэробты жердегі тіршілік. Жұлдыз жетілген, кез келген түрдегі. Жер өсімдіктермен көмкерілген. Жердегі тіршілік дәл осы кезеңде.

Құрлықтағы анаэробты тіршілік. Әлсіз ультракүлгін сәулеленуі бар әлсіз М жұлдызы. Өсімдіктер жерді жауып тұрады, бірақ оттегін шығармауы мүмкін.

Әрине, осы жағдайлардың әрқайсысында фотосинтетикалық организмдердің көріністері әртүрлі болады. Біздің планетаны спутниктерден түсіру тәжірибесі телескоптың көмегімен мұхиттың тереңдігінде өмірді анықтау мүмкін еместігін көрсетеді: алғашқы екі сценарий бізге өмірдің түрлі-түсті белгілерін уәде етпейді. Оны табудың жалғыз мүмкіндігі - органикалық шыққан атмосфералық газдарды іздеу. Сондықтан бөтен тіршілікті іздеу үшін түсті әдістерді қолданатын зерттеушілер F-, G- және K-жұлдыздарының жанындағы планеталардағы немесе М-жұлдыздарының планеталарындағы, бірақ фотосинтездің кез келген түрімен жүретін оттегі фотосинтезі бар жердегі өсімдіктерді зерттеуге назар аударуы керек.

Тіршілік белгілері

Өсімдіктердің түсіне қоса, тіршіліктің бар екендігінің белгісі бола алатын заттар

Оттегі (О₂) және су (H₂О) … Тіпті жансыз планетаның өзінде ата-жұлдыздың жарығы су буының молекулаларын бұзады және атмосферада аз мөлшерде оттегі шығарады. Бірақ бұл газ суда тез ериді, сонымен қатар тау жыныстары мен жанартаулық газдарды тотықтырады. Сондықтан, сұйық суы бар планетада көп оттегі байқалса, бұл қосымша көздер оны тудырады, ең алдымен, фотосинтез.

Озон (О₃) … Жердің стратосферасында ультракүлгін сәуле оттегі молекулаларын бұзады, олар біріктірілген кезде озонды құрайды. Сұйық сумен бірге озон өмірдің маңызды көрсеткіші болып табылады. Оттегі көрінетін спектрде көрінсе, озон инфрақызыл сәулелерде көрінеді, оны кейбір телескоптармен оңай анықтауға болады.

Метан (CH₄) плюс оттегі немесе маусымдық циклдар … Фотосинтезсіз оттегі мен метанның қосындысын алу қиын. Метан концентрациясының маусымдық ауытқуы да өмірдің сенімді белгісі болып табылады. Ал өлі планетада метанның концентрациясы дерлік тұрақты: ол тек баяу төмендейді, өйткені күн сәулесі молекулаларды ыдыратады.

Хлорометан (CH₃Cl) … Жерде бұл газ өсімдіктерді жағу (негізінен орман өрттерінде) және теңіз суындағы планктон мен хлордың күн сәулесінің әсерінен пайда болады. Тотығу оны бұзады. Бірақ М-жұлдыздарының салыстырмалы түрде әлсіз эмиссиясы бұл газдың тіркеуге болатын мөлшерде жиналуына мүмкіндік береді.

Азот оксиді (N₂О) … Организмдер ыдыраған кезде азот оксид түрінде бөлінеді. Бұл газдың биологиялық емес көздері елеусіз.

Қара - жаңа жасыл

Планетаның ерекшеліктеріне қарамастан, фотосинтетикалық пигменттер Жердегідей талаптарды қанағаттандыруы керек: ең қысқа толқын ұзындығы (жоғары энергиясы), ең ұзын толқын ұзындығы (реакция орталығы пайдаланатын) немесе ең қолжетімді фотондарды сіңіреді. Жұлдыздың түрі өсімдіктердің түсін қалай анықтайтынын түсіну үшін әртүрлі мамандықтардағы зерттеушілердің күш-жігерін біріктіру қажет болды.

Жұлдыз жарығы өтіп жатыр

Өсімдіктердің түсі астрономдар оңай бақылай алатын жұлдыз сәулесінің спектріне және автор мен оның әріптестері атмосфераның ықтимал құрамы мен тіршілік қасиеттеріне сүйене отырып модельдеген ауа мен судың жарықты сіңіруіне байланысты. «Ғылым әлемінде» суреті

Берклидегі Калифорния университетінің астрономы Мартин Коэн F-жұлдызы (Bootes sigma), K-жұлдызы (epsilon Eridani), белсенді жанып тұрған М-жұлдызы (AD Leo) және гипотетикалық тыныш M туралы мәліметтер жинады. -температурасы 3100°С жұлдыз. Мехикодағы Ұлттық автономиялық университеттің астрономы Антигона Сегура осы жұлдыздардың айналасындағы тіршілік аймағында Жерге ұқсас планеталардың мінез-құлқын компьютерлік модельдеуді жүзеге асырды. Аризона университетінің қызметкері Александр Павлов пен Пенсильвания университетінен Джеймс Кастингтің модельдерін пайдалана отырып, Сегура жұлдыздардан келетін сәулеленудің планеталық атмосфераның ықтимал құрамдас бөліктерімен әрекеттесуін зерттеді (вулкандар Жердегі сияқты газдар шығарады деп есептей отырып), оттегі жетіспейтін атмосфераның химиялық құрамын және оның құрамында жердегіге жақын екенін анықтау.

Сегура нәтижелерін пайдалана отырып, Лондон университеттік колледжінің физигі Джованна Тинетти Калифорнияның Пасадена қаласындағы Реактивті қозғалыс зертханасында Дэвид Крисптің үлгісін пайдаланып планеталық атмосферадағы радиацияның жұтылуын есептеді, ол Марс роверлеріндегі күн панельдерінің жарықтандыруын бағалау үшін пайдаланылды. Бұл есептеулерді түсіндіру бес сарапшының бірлескен күш-жігерін қажет етті: Райс университетіндегі микробиолог Джанет Сиферт, Сент-Луистегі Вашингтон университетіндегі биохимиктер Роберт Бланкеншип және Урбанадағы Иллинойс университетіндегі Говинджи, планетаолог және Вашингтон мемлекеттік университетінен Шампейн (Виктория Мидоус). және мен, NASA-ның Годдард ғарыштық зерттеу институтының биометеорологы.

Біз 451 нм шыңы бар көгілдір сәулелер көбінесе F класындағы жұлдыздардың маңындағы планеталардың бетіне жетеді деген қорытындыға келдік. К-жұлдыздарының жанында шыңы 667 нм-де орналасқан, бұл жердегі жағдайға ұқсайтын спектрдің қызыл аймағы. Бұл жағдайда озон маңызды рөл атқарады, ол F-жұлдыздарының жарығын көгілдір, ал К-жұлдыздарының жарығы шын мәнінде қарағанда қызылырақ етеді. Бұл жағдайда фотосинтезге жарамды радиация Жердегі сияқты спектрдің көрінетін аймағында жатыр екен.

Осылайша, F және K жұлдыздарының жанындағы планеталардағы өсімдіктер жердегі өсімдіктермен бірдей дерлік түске ие болуы мүмкін. Бірақ F жұлдыздарында энергияға бай көгілдір фотондардың ағыны тым қарқынды, сондықтан өсімдіктер оларды кем дегенде ішінара антоцианин сияқты қорғағыш пигменттер арқылы көрсетуі керек, бұл өсімдіктерге көкшіл түс береді. Алайда олар фотосинтез үшін тек көк фотондарды пайдалана алады. Бұл жағдайда жасылдан қызылға дейінгі диапазондағы барлық жарық шағылысуы керек. Бұл телескоппен оңай байқалатын шағылысқан жарық спектрінде ерекше көк кесуге әкеледі.

M жұлдыздары үшін кең температура диапазоны олардың планеталары үшін әртүрлі түстерді ұсынады. Тыныш M-жұлдызының айналасында айнала отырып, планета Жер Күннен алатын энергияның жартысын алады. Бұл, негізінен, өмір сүру үшін жеткілікті болса да - бұл жердегі көлеңке сүйгіш өсімдіктер үшін талап етілетіннен 60 есе көп - бұл жұлдыздардан келетін фотондардың көпшілігі спектрдің IR-ға жақын аймағына жатады. Бірақ эволюция көрінетін және инфрақызыл сәулелердің бүкіл спектрін қабылдай алатын әртүрлі пигменттердің пайда болуына әкелуі керек. Іс жүзінде барлық радиациясын сіңіретін өсімдіктер тіпті қара болып көрінуі мүмкін.

Кішкентай күлгін нүкте

Жердегі тіршіліктің тарихы F, G және K класс жұлдыздарына жақын планеталардағы ерте теңіз фотосинтетикалық ағзалары оттегісіз бастапқы атмосферада өмір сүре алатынын және кейінірек жер бетіндегі өсімдіктердің пайда болуына әкелетін оттегі фотосинтезінің жүйесін дамыта алатынын көрсетеді.. М класындағы жұлдыздардың жағдайы күрделірек. Біздің есептеулеріміздің нәтижелері фотосинтездеушілер үшін оңтайлы жер су астында 9 м екенін көрсетеді: бұл тереңдіктің қабаты деструктивті ультракүлгін сәулені ұстайды, бірақ көрінетін жарықтың жеткілікті өтуіне мүмкіндік береді. Әрине, біз телескоптарымызда бұл организмдерді байқамаймыз, бірақ олар жердегі тіршіліктің негізіне айналуы мүмкін. Негізінде, M жұлдыздарының жанындағы планеталарда әртүрлі пигменттерді қолданатын өсімдіктер әлемі Жердегідей әр түрлі болуы мүмкін.

Бірақ болашақ ғарыштық телескоптар бізге осы планеталардағы тіршілік іздерін көруге мүмкіндік бере ме? Жауап жер бетіндегі су бетінің құрлыққа қатынасы қандай болатынына байланысты. Бірінші буын телескоптарында планеталар нүктелер сияқты көрінеді, ал олардың бетін егжей-тегжейлі зерттеу мүмкін емес. Ғалымдар шағылған жарықтың жалпы спектрін алады. Өзінің есептеулеріне сүйене отырып, Тинетти осы спектрдегі өсімдіктерді анықтау үшін планета бетінің кем дегенде 20% өсімдіктермен жабылған және бұлттармен жабылмаған құрғақ жер болуы керек деп санайды. Екінші жағынан, теңіз аумағы неғұрлым үлкен болса, теңіз фотосинтезизаторлары атмосфераға соғұрлым көп оттегі бөледі. Сондықтан пигменттік биоиндикаторлар неғұрлым айқын болса, соғұрлым оттегі биоиндикаторларын байқау қиынырақ және керісінше. Астрономдар екеуін де емес, біреуін де, екіншісін де анықтай алады.

Планетаны іздеушілер

Еуропалық ғарыш агенттігі (ESA) жердегі экзопланеталардың спектрін зерттеу үшін алдағы 10 жылда Дарвин ғарыш аппаратын ұшыруды жоспарлап отыр. NASA-ның Жерге ұқсас планета іздеушісі, егер агенттік қаржыландыру алса, дәл осылай жасайды. ESA 2006 жылы желтоқсанда ұшырған COROT ғарыш кемесі мен NASA 2009 жылы ұшыруы жоспарланған Kepler ғарыш кемесі жұлдыздардың алдынан Жерге ұқсас планеталар өтіп бара жатқанда олардың жарықтығындағы әлсіз төмендеуді іздеуге арналған. NASA-ның SIM ғарыш кемесі планеталардың әсерінен жұлдыздардың әлсіз тербелістерін іздейді.

Төтенше жағдайларда әрең өмір сүретін қазбалар немесе микробтар ғана емес, басқа планеталарда өмірдің болуы - нақты өмір - жақын арада анықталуы мүмкін. Бірақ алдымен қай жұлдыздарды зерттеуіміз керек? Біз жұлдыздарға жақын орналасқан планеталардың спектрлерін тіркей аламыз ба, бұл әсіресе M жұлдыздары жағдайында маңызды? Біздің телескоптар қандай диапазондарда және қандай рұқсатпен бақылауы керек? Фотосинтездің негіздерін түсіну бізге жаңа құралдарды жасауға және алынған деректерді түсіндіруге көмектеседі. Мұндай күрделі мәселелер әртүрлі ғылымдардың тоғысқан жерінде ғана шешіледі. Әзірге біз жолдың басында ғана тұрмыз. Жерден тыс тіршілікті іздеу мүмкіндігі жердегі тіршілік негіздерін қаншалықты терең түсінетінімізге байланысты.