Boshqa ekzosayyoralarda o'simliklar qanday ko'rinishga ega?

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Erdan tashqaridagi hayotni izlash endi ilmiy fantastika yoki NUJ ovchilarining sohasi emas. Ehtimol, zamonaviy texnologiyalar hali kerakli darajaga etib bormagan, ammo ularning yordami bilan biz tirik mavjudotlar asosidagi fundamental jarayonlarning fizik va kimyoviy ko'rinishlarini aniqlay olamiz.

Astronomlar Quyosh tizimidan tashqarida yulduzlarni aylanib yuruvchi 200 dan ortiq sayyoralarni aniqladilar. Hozircha biz ularda hayot mavjudligi ehtimoli haqida aniq javob bera olmaymiz, ammo bu faqat vaqt masalasidir. 2007 yil iyul oyida astronomlar ekzosayyora atmosferasidan o'tgan yulduz nurini tahlil qilib, unda suv borligini tasdiqladilar. Hozirda Yer kabi sayyoralarda ularning spektrlari bo‘yicha hayot izlarini izlash imkonini beruvchi teleskoplar ishlab chiqilmoqda.

Sayyora tomonidan aks ettirilgan yorug'lik spektriga ta'sir qiluvchi muhim omillardan biri fotosintez jarayoni bo'lishi mumkin. Ammo boshqa dunyolarda bu mumkinmi? Judayam! Erda fotosintez deyarli barcha tirik mavjudotlar uchun asosdir. Ba'zi organizmlar metan va okean gidrotermal teshiklarida yuqori haroratlarda yashashni o'rganganiga qaramay, biz sayyoramiz yuzasidagi ekotizimlarning boyligi quyosh nuriga qarzdormiz.

Bir tomondan, fotosintez jarayonida kislorod ishlab chiqariladi, undan hosil bo'lgan ozon bilan birga sayyora atmosferasida ham mavjud. Boshqa tomondan, sayyoraning rangi uning yuzasida xlorofill kabi maxsus pigmentlar mavjudligini ko'rsatishi mumkin. Deyarli bir asr oldin, Mars yuzasining mavsumiy qorayishini payqagan astronomlar unda o'simliklar borligiga shubha qilishgan. Sayyora yuzasidan aks ettirilgan yorug‘lik spektrida yashil o‘simliklarning belgilarini aniqlashga urinishlar bo‘ldi. Ammo bu yondashuvning shubhaliligini hatto yozuvchi Gerbert Uells ham ko'rdi, u o'zining "Dunyolar urushi" da shunday dedi: "Shubhasiz, Marsning sabzavotlar shohligi, yashil rang ustunlik qiladigan erdagidan farqli o'laroq, qonga ega. qizil rang." Biz endi bilamizki, Marsda o'simliklar yo'q va sirtda qorong'u joylar paydo bo'lishi chang bo'ronlari bilan bog'liq. Uellsning o'zi Marsning rangi uning yuzasini qoplagan o'simliklar tomonidan aniqlanishiga amin edi.

Hatto Yerda ham fotosintez qiluvchi organizmlar yashil rang bilan chegaralanmaydi: ba'zi o'simliklarning qizil barglari bor, turli xil suv o'tlari va fotosintetik bakteriyalar kamalakning barcha ranglari bilan porlaydi. Binafsha rangli bakteriyalar esa ko'rinadigan yorug'likdan tashqari Quyoshdan infraqizil nurlanishdan foydalanadi. Xo'sh, boshqa sayyoralarda nima hukmronlik qiladi? Va buni qanday ko'rishimiz mumkin? Javob o'zga sayyoralik fotosintez o'z yulduzining yorug'ligini o'zlashtirish mexanizmlariga bog'liq bo'lib, u Quyoshdan radiatsiya tabiatida farqlanadi. Bundan tashqari, atmosferaning boshqa tarkibi ham sayyora yuzasida radiatsiya hodisasining spektral tarkibiga ta'sir qiladi.

M spektral sinf yulduzlari (qizil mittilar) zaif porlaydilar, shuning uchun ularga yaqin bo'lgan Yerga o'xshash sayyoralardagi o'simliklar iloji boricha yorug'likni o'zlashtirishi uchun qora rangda bo'lishi kerak. Yosh M yulduzlar sayyoralar yuzasini ultrabinafsha nurlari bilan kuydiradi, shuning uchun u erdagi organizmlar suvda yashovchi bo'lishi kerak. Bizning Quyoshimiz G sinfidir. F-sinf yulduzlari yaqinida esa o'simliklar juda ko'p yorug'lik oladi va uning muhim qismini aks ettirishi kerak.

Boshqa dunyolarda fotosintez qanday bo'lishini tasavvur qilish uchun avvalo o'simliklar uni Yerda qanday amalga oshirishini tushunishingiz kerak. Quyosh nurlarining energiya spektri ko'k-yashil mintaqada cho'qqisiga ega, bu olimlarni uzoq vaqt davomida hayratda qoldirdi, nega o'simliklar eng mavjud yashil nurni o'zlashtirmaydi, aksincha, uni aks ettiradi? Ma'lum bo'lishicha, fotosintez jarayoni quyosh energiyasining umumiy miqdoriga emas, balki alohida fotonlarning energiyasiga va yorug'likni tashkil etuvchi fotonlar soniga bog'liq.

Har bir ko'k foton qizildan ko'ra ko'proq energiya olib yuradi, lekin quyosh asosan qizilni chiqaradi. O'simliklar sifatiga ko'ra ko'k fotonlardan, miqdoriga ko'ra qizil rangga ega. Yashil yorug'likning to'lqin uzunligi to'liq qizil va ko'k o'rtasida yotadi, lekin yashil fotonlar mavjudlik yoki energiya jihatidan farq qilmaydi, shuning uchun o'simliklar ulardan foydalanmaydi.

Fotosintez jarayonida bitta uglerod atomi (karbonat angidriddan olingan, CO₂) shakar molekulasida kamida sakkizta foton talab qilinadi va suv molekulasidagi vodorod-kislorod bog'ining ajralishi uchun (H)₂O) - faqat bitta. Bunday holda, keyingi reaktsiya uchun zarur bo'lgan erkin elektron paydo bo'ladi. Hammasi bo'lib, bitta kislorod molekulasini hosil qilish uchun (O₂) to'rtta bunday bog'lanishni buzish kerak. Shakar molekulasini hosil qilish uchun ikkinchi reaktsiya uchun yana kamida to'rtta foton kerak bo'ladi. Shuni ta'kidlash kerakki, foton fotosintezda ishtirok etishi uchun minimal energiyaga ega bo'lishi kerak.

O'simliklarning quyosh nurlarini o'zlashtirishi haqiqatan ham tabiatning ajoyibotlaridan biridir. Fotosintetik pigmentlar alohida molekulalar sifatida yuzaga kelmaydi. Ular ko'plab antennalardan tashkil topgan klasterlarni hosil qiladi, ularning har biri ma'lum bir to'lqin uzunligidagi fotonlarni qabul qilish uchun sozlangan. Xlorofil, birinchi navbatda, qizil va ko'k nurni o'zlashtiradi, kuzgi barglarning qizil va sariq rangini beruvchi karotenoid pigmentlari esa ko'kning boshqa soyasini qabul qiladi. Ushbu pigmentlar tomonidan to'plangan barcha energiya reaktsiya markazida joylashgan xlorofill molekulasiga etkaziladi, bu erda suv kislorod hosil qilish uchun bo'linadi.

Reaksiya markazidagi molekulalar majmuasi qizil fotonlarni yoki boshqa shaklda unga teng miqdorda energiya olsagina kimyoviy reaksiyalarni amalga oshirishi mumkin. Moviy fotonlardan foydalanish uchun antenna pigmentlari o'zlarining yuqori energiyasini pastroq energiyaga aylantiradilar, xuddi bir qator pastga tushiruvchi transformatorlar 100 000 voltli elektr tarmog'ini 220 voltli rozetkaga kamaytiradi. Jarayon ko'k foton ko'k nurni o'zlashtiradigan va energiyani molekulasidagi elektronlardan biriga o'tkazadigan pigmentga urilganda boshlanadi. Elektron asl holatiga qaytganida, u bu energiyani chiqaradi, lekin issiqlik va tebranish yo'qotishlari tufayli so'rilganidan kamroq.

Biroq, pigment molekulasi olingan energiyani foton shaklida emas, balki quyi darajadagi energiyani o'zlashtirishga qodir bo'lgan boshqa pigment molekulasi bilan elektr o'zaro ta'sir qilish shaklida beradi. O'z navbatida, ikkinchi pigment undan ham kamroq energiya chiqaradi va bu jarayon asl ko'k fotonning energiyasi qizil darajaga tushguncha davom etadi.

Reaktsiya markazi kaskadning qabul qiluvchi uchi sifatida mavjud fotonlarni minimal energiya bilan yutish uchun moslashtirilgan. Sayyoramiz yuzasida qizil fotonlar eng ko'p va ayni paytda ko'rinadigan spektrdagi fotonlar orasida eng past energiyaga ega.

Ammo suv osti fotosintezatorlari uchun qizil fotonlar eng ko'p bo'lishi shart emas. Fotosintez uchun ishlatiladigan yorug'lik maydoni suv, undagi erigan moddalar kabi chuqurlikka qarab o'zgaradi va yuqori qatlamlardagi organizmlar yorug'likni filtrlaydi. Natijada tirik shakllarning pigmentlar to'plamiga muvofiq aniq tabaqalanishi. Suvning chuqur qatlamlaridagi organizmlar yuqoridagi qatlamlar tomonidan so'rilmagan ranglarning yorug'ligiga moslashtirilgan pigmentlarga ega. Misol uchun, suv o'tlari va siyaneyada yashil va sariq fotonlarni o'zlashtiradigan fikokyanin va fikoeritrin pigmentlari mavjud. Anoksijenik (ya'ni.kislorod ishlab chiqarmaydigan) bakteriyalar bakterioxlorofil bo'lib, u uzoq qizil va yaqin infraqizil (IQ) hududlardan yorug'likni o'zlashtiradi, ular faqat suvning g'amgin chuqurliklariga kirishga qodir.

Kam yorug'likka moslashgan organizmlar sekinroq o'sadi, chunki ular mavjud bo'lgan barcha yorug'likni olish uchun ko'proq harakat qilishlari kerak. Sayyora yuzasida yorug'lik ko'p bo'lsa, o'simliklar ortiqcha pigmentlarni ishlab chiqarish uchun noqulay bo'lar edi, shuning uchun ular ranglardan tanlab foydalanadilar. Xuddi shu evolyutsiya tamoyillari boshqa sayyora tizimlarida ham ishlashi kerak.

Suv jonzotlari suv bilan filtrlangan yorug'likka moslashgani kabi, quruqlikda yashovchilar ham atmosfera gazlari tomonidan filtrlangan yorug'likka moslashgan. Yer atmosferasining yuqori qismida eng ko'p fotonlar sariq rangda bo'lib, to'lqin uzunligi 560-590 nm. Fotonlar soni asta-sekin uzun to'lqinlar tomon kamayib boradi va qisqa to'lqinlarga to'satdan parchalanadi. Quyosh nurlari atmosferaning yuqori qatlamidan o'tayotganda, suv bug'lari 700 nm dan uzunroq bir necha diapazonlarda IQni o'zlashtiradi. Kislorod 687 va 761 nm yaqinida tor diapazondagi assimilyatsiya chiziqlarini hosil qiladi. Ozonni hamma biladi (Oh₃) stratosferada ultrabinafsha (UV) nurni faol ravishda yutadi, lekin u spektrning ko'rinadigan mintaqasida ham bir oz yutadi.

Shunday qilib, bizning atmosferamiz radiatsiya sayyora yuzasiga etib borishi mumkin bo'lgan derazalarni qoldiradi. Ko'rinadigan radiatsiya diapazoni ko'k tomondan qisqa to'lqin uzunlikdagi mintaqada quyosh spektrining keskin kesilishi va ozon tomonidan UVni yutilishi bilan cheklangan. Qizil chegara kislorodni yutish chiziqlari bilan belgilanadi. Fotonlar sonining eng yuqori nuqtasi ko'rinadigan hududda ozonning keng singishi tufayli sariqdan qizil rangga (taxminan 685 nm) o'tadi.

O'simliklar asosan kislorod bilan belgilanadigan bu spektrga moslashgan. Ammo shuni esda tutish kerakki, o'simliklarning o'zi atmosferaga kislorod etkazib beradi. Er yuzida birinchi fotosintetik organizmlar paydo bo'lganda, atmosferada kislorod kam edi, shuning uchun o'simliklar xlorofilldan boshqa pigmentlardan foydalanishga majbur bo'ldi. Bir muncha vaqt o'tgach, fotosintez atmosfera tarkibini o'zgartirganda, xlorofill optimal pigmentga aylandi.

Fotosintezning ishonchli qazilma dalillari taxminan 3,4 milliard yilni tashkil etadi, ammo avvalgi fotoalbom qoldiqlari bu jarayonning belgilarini ko'rsatadi. Birinchi fotosintetik organizmlar suv ostida bo'lishi kerak edi, chunki qisman suv biokimyoviy reaktsiyalar uchun yaxshi hal qiluvchi, shuningdek, atmosfera ozon qatlami yo'qligida muhim bo'lgan quyosh ultrabinafsha nurlanishidan himoya qiladi. Bunday organizmlar infraqizil fotonlarni o'zlashtiradigan suv osti bakteriyalari edi. Ularning kimyoviy reaktsiyalari vodorod, vodorod sulfidi, temir, lekin suv emas; shuning uchun ular kislorod chiqarmagan. Va faqat 2, 7 milliard yil oldin, okeanlardagi siyanobakteriyalar kislorodning chiqishi bilan kislorodli fotosintezni boshladilar. Kislorod va ozon qatlamining miqdori asta-sekin ortib, qizil va jigarrang suv o'tlarining yuzaga chiqishiga imkon berdi. Va sayoz suvlardagi suv darajasi ultrabinafsha nurlanishidan himoya qilish uchun etarli bo'lganda, yashil yosunlar paydo bo'ldi. Ularda fikobiliproteinlar kam edi va ular suv yuzasi yaqinidagi yorqin nurga yaxshiroq moslashgan. Atmosferada kislorod to'plana boshlaganidan 2 milliard yil o'tgach, quruqlikda yashil suvo'tlarning avlodlari - o'simliklar paydo bo'ldi.

O'simlik dunyosi sezilarli o'zgarishlarga duch keldi - shakllarning xilma-xilligi tez ko'paydi: mox va jigar o'simliklaridan tortib, ko'proq yorug'likni o'zlashtiradigan va turli iqlim zonalariga moslashgan baland tojli tomir o'simliklarigacha. Ignabargli daraxtlarning konussimon tojlari quyosh ufqdan deyarli ko'tarilmaydigan baland kengliklarda yorug'likni samarali qabul qiladi. Soyani yaxshi ko'radigan o'simliklar yorqin nurdan himoya qilish uchun antosiyanin ishlab chiqaradi. Yashil xlorofill nafaqat atmosferaning zamonaviy tarkibiga yaxshi moslashgan, balki sayyoramizni yashil rangda saqlashga yordam beradi. Evolyutsiyaning keyingi bosqichi daraxtlar tojlari ostida soyada yashovchi va yashil va sariq nurni o'zlashtirish uchun fikobilinlardan foydalanadigan organizmga afzallik berishi mumkin. Ammo yuqori qavat aholisi, ehtimol, yashil bo'lib qoladi.

Dunyoni qizil rangga bo'yash

Boshqa yulduz tizimlaridagi sayyoralarda fotosintetik pigmentlarni qidirishda astronomlar bu ob'ektlar evolyutsiyaning turli bosqichlarida ekanligini unutmasliklari kerak. Misol uchun, ular Yerga o'xshash sayyoraga duch kelishlari mumkin, deylik, 2 milliard yil oldin. Shuni ham yodda tutish kerakki, begona fotosintetik organizmlar o'zlarining quruqlikdagi "qarindoshlari" ga xos bo'lmagan xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. Misol uchun, ular uzunroq to'lqin uzunlikdagi fotonlar yordamida suv molekulalarini ajratishga qodir.

Yerdagi eng uzun to'lqin uzunligi organizmi binafsha rangli anoksigen bakteriya bo'lib, u to'lqin uzunligi taxminan 1015 nm bo'lgan infraqizil nurlanishdan foydalanadi. Kislorodli organizmlar orasida rekordchilar dengiz siyanobakteriyalari bo'lib, ular 720 nm da so'riladi. To'lqin uzunligining fizika qonunlari bilan belgilanadigan yuqori chegarasi yo'q. Shunchaki, fotosintez tizimi qisqa to‘lqinlilarga nisbatan ko‘proq uzun to‘lqinli fotonlardan foydalanishi kerak.

Cheklovchi omil pigmentlarning xilma-xilligi emas, balki sayyora yuzasiga etib boradigan yorug'lik spektridir, bu esa o'z navbatida yulduz turiga bog'liq. Astronomlar yulduzlarni harorati, hajmi va yoshiga qarab rangiga qarab tasniflaydilar. Qo'shni sayyoralarda hayot paydo bo'lishi va rivojlanishi uchun barcha yulduzlar etarlicha uzoq vaqt mavjud emas. Yulduzlar F, G, K va M spektral sinflariga mansub uzoq umr koʻradi (haroratning pasayish tartibida). Quyosh G sinfiga kiradi. F sinf yulduzlari Quyoshdan kattaroq va yorqinroq, ular yonib, yorqinroq nur chiqaradi. ko'k chiroq va taxminan 2 milliard yil ichida yonib ketadi. K va M sinfidagi yulduzlar diametri kichikroq, xiraroq, qizilroq va uzoq umr ko'radiganlar deb tasniflanadi.

Har bir yulduz atrofida "hayot zonasi" - bir qator orbitalar mavjud bo'lib, ularda sayyoralar suyuq suv mavjudligi uchun zarur bo'lgan haroratga ega. Quyosh tizimida bunday zona Mars va Yer orbitalari bilan chegaralangan halqadir. Issiq F yulduzlari yulduzdan uzoqroqda hayot zonasiga ega, sovuqroq K va M yulduzlari esa yaqinroqdir. F-, G- va K-yulduzlarning hayot zonasidagi sayyoralar Yer Quyoshdan oladigan darajada ko'rinadigan yorug'likni oladi. Ehtimol, ularda hayot Yerdagi kabi kislorodli fotosintez asosida paydo bo'lishi mumkin, ammo pigmentlarning rangi ko'rinadigan diapazonda o'zgarishi mumkin.

Qizil mittilar deb ataladigan M tipidagi yulduzlar olimlar uchun alohida qiziqish uyg'otadi, chunki ular bizning Galaktikamizdagi eng keng tarqalgan yulduzlar turidir. Ular Quyoshga qaraganda sezilarli darajada kamroq ko'rinadigan yorug'lik chiqaradilar: ularning spektridagi intensivlik cho'qqisi yaqin IQda sodir bo'ladi. Shotlandiyadagi Dandi universiteti biologi Jon Raven va Edinburgdagi Qirollik rasadxonasi astronomi Rey Volstenkroft yaqin infraqizil fotonlar yordamida kislorodli fotosintezni nazariy jihatdan amalga oshirish mumkinligini taxmin qilishdi. Bunday holda, organizmlar suv molekulasini sindirish uchun uch yoki hatto to'rtta IQ fotonlaridan foydalanishlari kerak bo'ladi, quruqlikdagi o'simliklar esa faqat ikkita fotondan foydalanadi, bu kimyoviy jarayonni amalga oshirish uchun elektronga energiya beradigan raketaning qadamlariga o'xshatish mumkin. reaktsiya.

Yosh M yulduzlari faqat suv ostida oldini olish mumkin bo'lgan kuchli ultrabinafsha nurlarini namoyish etadi. Ammo suv ustuni spektrning boshqa qismlarini ham o'zlashtiradi, shuning uchun chuqurlikda joylashgan organizmlar yorug'likdan mahrum bo'ladi. Agar shunday bo'lsa, unda bu sayyoralarda fotosintez rivojlanmasligi mumkin. M-yulduz yoshi oshgani sayin, chiqarilgan ultrabinafsha nurlanish miqdori kamayadi, evolyutsiyaning keyingi bosqichlarida u bizning Quyosh chiqaradigandan kamroq bo'ladi. Bu davrda himoya qiluvchi ozon qatlamiga ehtiyoj qolmaydi va sayyoralar yuzasida hayot kislorod hosil qilmasa ham gullab-yashnashi mumkin.

Shunday qilib, astronomlar yulduzning turi va yoshiga qarab to'rtta mumkin bo'lgan stsenariyni ko'rib chiqishlari kerak.

Anaerob okean hayoti. Sayyora tizimidagi yulduz har qanday turdagi yoshdir. Organizmlar kislorod ishlab chiqarmasligi mumkin. Atmosfera metan kabi boshqa gazlardan iborat bo'lishi mumkin.

Aerob okean hayoti. Yulduz endi yosh emas, har qanday turdagi. Atmosferada kislorod to'planishi uchun kislorodli fotosintez boshlanganidan beri etarli vaqt o'tdi.

Aerob quruqlikdagi hayot. Yulduz etuk, har qanday turdagi. Yer o'simliklar bilan qoplangan. Erdagi hayot aynan shu bosqichda.

Quruqlikdagi anaerob hayot. Zaif ultrabinafsha nurlanishiga ega zaif M yulduz. O'simliklar erni qoplaydi, lekin kislorod ishlab chiqarmaydi.

Tabiiyki, bu holatlarning har birida fotosintetik organizmlarning namoyon bo'lishi har xil bo'ladi. Sayyoramizni sun'iy yo'ldoshlardan suratga olish tajribasi shuni ko'rsatadiki, teleskop yordamida okean tubida hayotni aniqlash mumkin emas: dastlabki ikkita stsenariy bizga hayotning rangli belgilarini va'da qilmaydi. Uni topishning yagona imkoniyati - organik kelib chiqadigan atmosfera gazlarini qidirish. Shu sababli, begona hayotni izlash uchun rang usullaridan foydalanadigan tadqiqotchilar F-, G- va K yulduzlari yaqinidagi sayyoralarda yoki M-yulduzli sayyoralarda, lekin fotosintezning har qanday turi bilan kislorodli fotosintezga ega quruqlikdagi o'simliklarni o'rganishga e'tibor qaratishlari kerak.

Hayot belgilari

O'simliklarning rangidan tashqari, hayot mavjudligining belgisi bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar

Kislorod (O₂) va suv (H₂O) … Hatto jonsiz sayyorada ham ota-yulduzning yorug'ligi suv bug'lari molekulalarini yo'q qiladi va atmosferada oz miqdorda kislorod hosil qiladi. Ammo bu gaz tezda suvda eriydi, shuningdek, jinslar va vulqon gazlarini oksidlaydi. Shuning uchun, agar suyuq suvli sayyorada juda ko'p kislorod ko'rinsa, demak, qo'shimcha manbalar uni, ehtimol fotosintezni ishlab chiqaradi.

Ozon (O₃) … Yerning stratosferasida ultrabinafsha nurlar kislorod molekulalarini yo'q qiladi, ular birlashganda ozon hosil qiladi. Suyuq suv bilan birga ozon hayotning muhim ko'rsatkichidir. Kislorod ko'rinadigan spektrda ko'rinadigan bo'lsa-da, ozon infraqizilda ko'rinadi, bu ba'zi teleskoplar bilan osonroq aniqlanadi.

Metan (CH₄) ortiqcha kislorod yoki mavsumiy davrlar … Kislorod va metan birikmasini fotosintezsiz olish qiyin. Metan kontsentratsiyasining mavsumiy o'zgarishi ham hayotning ishonchli belgisidir. Va o'lik sayyorada metan kontsentratsiyasi deyarli o'zgarmaydi: quyosh nuri molekulalarni parchalashi bilan u asta-sekin kamayadi.

Xlorometan (CH₃Cl) … Yerda bu gaz o'simliklarni yoqish (asosan o'rmon yong'inlarida) va dengiz suvidagi plankton va xlorga quyosh nuri ta'sirida hosil bo'ladi. Oksidlanish uni yo'q qiladi. Ammo M-yulduzlarning nisbatan zaif emissiyasi bu gazni ro'yxatga olish uchun mavjud bo'lgan miqdorda to'plash imkonini beradi.

Azot oksidi (N₂O) … Organizmlar parchalanganda azot oksidi shaklida ajralib chiqadi. Ushbu gazning biologik bo'lmagan manbalari ahamiyatsiz.

Qora - yangi yashil rang

Sayyoraning xususiyatlaridan qat'i nazar, fotosintetik pigmentlar Yerdagi kabi talablarni qondirishi kerak: eng qisqa to'lqin uzunligi (yuqori energiya), eng uzun to'lqin uzunligi (reaktsiya markazi foydalanadi) yoki eng mavjud bo'lgan fotonlarni o'zlashtirishi kerak. Yulduz turi o'simliklarning rangini qanday aniqlashini tushunish uchun turli mutaxassislikdagi tadqiqotchilarning sa'y-harakatlarini birlashtirish kerak edi.

Yulduz nuri o'tmoqda

O'simliklarning rangi astronomlar osongina kuzatishi mumkin bo'lgan yulduz nurlari spektriga va muallif va uning hamkasblari atmosferaning mumkin bo'lgan tarkibi va hayot xususiyatlariga asoslanib modellashtirilgan havo va suvning yorug'lik yutilishiga bog'liq. "Ilm olamida" rasmi

Berkli Kaliforniya universiteti astronomi Martin Koen F-yulduz (Bootes sigma), K-yulduz (epsilon Eridani), faol yonayotgan M-yulduz (AD Leo) va faraziy tinch M yulduzi haqida maʼlumot toʻpladi. -harorati 3100 ° C bo'lgan yulduz. Mexiko shahridagi Milliy avtonom universiteti astronomi Antigona Segura ushbu yulduzlar atrofidagi hayot zonasida Yerga o‘xshash sayyoralarning harakatini kompyuterda simulyatsiya qildi. Arizona universitetidan Aleksandr Pavlov va Pensilvaniya universitetidan Jeyms Kastingning modellaridan foydalangan holda Segura yulduzlar nurlanishining sayyora atmosferasining mumkin bo'lgan komponentlari bilan o'zaro ta'sirini o'rgandi (vulqonlar Yerdagi kabi bir xil gazlarni chiqaradi deb faraz qilgan holda) kislorodga ega bo'lmagan va uning tarkibi yerga yaqin bo'lgan atmosferalarning kimyoviy tarkibini aniqlash.

Segura natijalaridan foydalangan holda, London universiteti kolleji fizigi Jovanna Tinetti Devid Krispning Kaliforniya shtatidagi Pasadena shahridagi Jet Propulsion Laboratoriyasidagi modelidan foydalanib, sayyoralar atmosferasida radiatsiyaning yutilishini hisoblab chiqdi, u Marsda quyosh panellarining yoritilishini taxmin qildi. Bu hisob-kitoblarni talqin qilish uchun beshta mutaxassis: Rays universitetidan mikrobiolog Janet Sifert, Sent-Luisdagi Vashington universiteti biokimyogarlari Robert Blankenship va Urbanadagi Illinoys universitetidan Govindji, sayyorashunos va Vashington shtat universitetidan Shampanning (Viktoriya Meadouz) birgalikdagi sa'y-harakatlari zarur edi. va men, NASAning Goddard kosmik tadqiqot instituti biometeorologi.

Biz 451 nm cho'qqisiga ega ko'k nurlar asosan F-sinf yulduzlari yaqinidagi sayyoralar yuzasiga etib boradi degan xulosaga keldik. K-yulduzlar yaqinida cho'qqi 667 nm da joylashgan bo'lib, bu spektrning qizil mintaqasi bo'lib, u Yerdagi vaziyatga o'xshaydi. Bu holatda ozon muhim rol o'ynaydi, F yulduzlarning yorug'ligini ko'kroq qiladi va K-yulduzlarning yorug'ligini haqiqiydan qizilroq qiladi. Ma'lum bo'lishicha, bu holda fotosintez uchun mos bo'lgan nurlanish Yerdagi kabi spektrning ko'rinadigan hududida yotadi.

Shunday qilib, F va K yulduzlari yaqinidagi sayyoralardagi o'simliklar Yerdagi kabi deyarli bir xil rangga ega bo'lishi mumkin. Ammo F yulduzlarida energiyaga boy ko'k fotonlar oqimi juda kuchli, shuning uchun o'simliklar ularni hech bo'lmaganda antosiyanin kabi himoya pigmentlari yordamida qisman aks ettirishi kerak, bu esa o'simliklar mavimsi rang beradi. Biroq, ular fotosintez uchun faqat ko'k fotonlardan foydalanishlari mumkin. Bunday holda, yashildan qizil ranggacha bo'lgan barcha yorug'lik aks ettirilishi kerak. Bu teleskop bilan osongina aniqlanishi mumkin bo'lgan aks ettirilgan yorug'lik spektrida o'ziga xos ko'k kesishga olib keladi.

M yulduzlar uchun keng harorat diapazoni ularning sayyoralari uchun turli xil ranglarni taklif qiladi. Sokin M-yulduz atrofida aylanib, sayyora Yer energiyasining yarmini Quyoshdan oladi. Va bu, qoida tariqasida, hayot uchun etarli bo'lsa-da - bu Yerdagi soyani yaxshi ko'radigan o'simliklar uchun talab qilinadiganidan 60 baravar ko'p - bu yulduzlardan keladigan fotonlarning aksariyati spektrning IR-ga yaqin mintaqasiga tegishli. Ammo evolyutsiya ko'rinadigan va infraqizil nurlarning butun spektrini idrok eta oladigan turli xil pigmentlarning paydo bo'lishiga olib kelishi kerak. Deyarli barcha nurlanishni o'zlashtiradigan o'simliklar hatto qora ko'rinishi mumkin.

Kichik binafsha nuqta

Erdagi hayotning tarixi shuni ko'rsatadiki, F, G va K yulduzlari yaqinidagi sayyoralardagi erta dengiz fotosintetik organizmlar birlamchi kislorodsiz atmosferada yashashi va kislorodli fotosintez tizimini rivojlantirishi mumkin, bu esa keyinchalik quruqlik o'simliklarining paydo bo'lishiga olib keladi.. M-sinf yulduzlari bilan vaziyat ancha murakkab. Bizning hisob-kitoblarimiz natijalari shuni ko'rsatadiki, fotosintezatorlar uchun eng maqbul joy 9 m suv ostidadir: bu chuqurlik qatlami halokatli ultrabinafsha nurlarini ushlab turadi, lekin etarli darajada ko'rinadigan yorug'lik o'tishiga imkon beradi. Albatta, biz teleskoplarimizda bu organizmlarni sezmaymiz, ammo ular quruqlikdagi hayotning asosiga aylanishi mumkin. Aslida, M yulduzlar yaqinidagi sayyoralarda turli pigmentlardan foydalangan holda o'simliklar hayoti Yerdagi kabi deyarli xilma-xil bo'lishi mumkin.

Ammo kelajakdagi kosmik teleskoplar bizga bu sayyoralarda hayot izlarini ko'rishga imkon beradimi? Javob suv sathining sayyoradagi quruqlikka nisbati qanday bo'lishiga bog'liq. Birinchi avlod teleskoplarida sayyoralar nuqta kabi ko'rinadi va ularning sirtini batafsil o'rganish mumkin emas. Olimlar faqat aks ettirilgan yorug'likning umumiy spektrini oladilar. Tinetti o'z hisob-kitoblariga asoslanib, ushbu spektrdagi o'simliklarni aniqlash uchun sayyora yuzasining kamida 20 foizi o'simliklar bilan qoplangan va bulutlar bilan qoplanmagan quruq quruqlik bo'lishi kerakligini ta'kidlaydi. Boshqa tomondan, dengiz maydoni qanchalik katta bo'lsa, dengiz fotosintezatorlari atmosferaga shunchalik ko'p kislorod chiqaradi. Shuning uchun pigment bioindikatorlari qanchalik aniq bo'lsa, kislorod bioindikatorlarini payqash shunchalik qiyin bo'ladi va aksincha. Astronomlar birini yoki boshqasini aniqlay oladi, lekin ikkalasini ham emas.

Sayyora izlovchilar

Yevropa kosmik agentligi (ESA) yaqin 10 yil ichida yerdagi ekzosayyoralar spektrlarini o‘rganish uchun Darvin nomidagi kosmik kemani uchirishni rejalashtirmoqda. NASAning Yerga o'xshash sayyora izlovchisi, agar agentlik moliyalashsa, xuddi shunday qiladi. 2006 yil dekabr oyida ESA tomonidan uchirilgan COROT kosmik apparati va NASA tomonidan 2009 yilda uchirilishi rejalashtirilgan Kepler kosmik kemasi yulduzlar oldida Yerga o'xshash sayyoralar o'tayotganda ularning yorqinligidagi zaif pasayishlarni qidirish uchun mo'ljallangan. NASAning SIM-koinot kemasi sayyoralar ta'sirida yulduzlarning zaif tebranishlarini qidiradi.

Boshqa sayyoralarda hayot borligi - haqiqiy hayot, nafaqat qazilma qoldiqlari yoki ekstremal sharoitlarda zo'rg'a omon qoladigan mikroblar - yaqin kelajakda aniqlanishi mumkin. Lekin birinchi navbatda qaysi yulduzlarni o'rganishimiz kerak? Yulduzlarga yaqin joylashgan sayyoralarning spektrlarini qayd eta olamizmi, bu ayniqsa M yulduzlar misolida muhim? Bizning teleskoplarimiz qaysi diapazonlarda va qanday ruxsatda kuzatishi kerak? Fotosintez asoslarini tushunish bizga yangi asboblarni yaratishga va olingan ma'lumotlarni sharhlashga yordam beradi. Bunday murakkablikdagi muammolarni faqat turli fanlar chorrahasida hal qilish mumkin. Hozircha biz faqat yo'lning boshida turibmiz. Erdan tashqaridagi hayotni izlash imkoniyati biz Yerdagi hayotning asoslarini qanchalik chuqur tushunganimizga bog'liq.