Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги

Фиолетовая трава, красные деревья, чёрные и пурпурные кусты вполне могут расти на некоторых планетах. Никакой фантастики — таковы результаты научного исследования. Современные приборы уже позволяют изучать спектры экстрасолнечных планет. И если на некоторых из них есть жизнь — наши знания помогут нам "увидеть" её признаки, даже если жизнь эта будет сильно отличаться по виду от земной.
На что может быть похожа природа экстрасолнечных миров — мы можем лишь гадать. Или, теперь уже, не совсем гадать (иллюстрация Lynette R. Cook).
На что может быть похожа природа экстрасолнечных миров — мы можем лишь гадать. Или, теперь уже, не совсем гадать (иллюстрация Lynette R. Cook).
Нэнси Кианг (Nancy Kiang) из института космических исследований Годдарда (NASA Goddard Institute for Space Studies) провела исследование, показавшее, что растения на других планетах могут иметь почти любой цвет, кроме, вероятно, синего.

То, что давно и с удовольствием расписывают фантасты, оказывается, имеет научную подоплёку. Если жизнь во Вселенной распространена, наша, покрытая зелёной растительностью планета вполне может оказаться исключением. Различные землеподобные миры должны щеголять лесами с листьями почти всех цветов радуги.

Логика проста: далеко не только хлорофилл может использоваться растением для усвоения солнечного света. А уж какое соединение будет взято жизнью за основу для обеспечения процесса фотосинтеза — зависит от эволюции. В ней же есть простое правило: растения должны постараться взять от своей звезды максимум доступной энергии.

Кианг и её коллеги смоделировали условия на экстрасолнечных планетах, похожих по основным параметрам на Землю и вращающихся вокруг звёзд разного типа, о чём подробно написали в статье в журнале Astrobiology.

Пока экстрасолнечные планеты земного типа лишь рисуют художники. Но скоро они должны попасть в объективы телескопов (иллюстрации Lynette R. Cook).
Пока экстрасолнечные планеты земного типа лишь рисуют художники. Но скоро они должны попасть в объективы телескопов (иллюстрации Lynette R. Cook).
"Эти планеты могут иметь растительность глобального масштаба, сопоставимую с таковой на Земле, — говорит Кианг, — это означает, что, если вы хотите обнаружить жизнь телескопом, у вас есть шанс увидеть достаточное количество явных признаков жизни".

Разные спектры солнц, различные атмосферы, химия которых увязана с параметрами родительских звёзд — всё это окажет огромное влияние на развитие фотосинтезирующих растений. Ведь распределение энергии излучения, доходящего до поверхности планеты, по спектру будет сильно отличаться у планет, живущих у звёзд разных спектральных типов (от горячих F2, через G2, K2 к очень тусклым M5), да ещё оно будет зависеть от концентрации в атмосфере кислорода, озона, водяных паров и углекислого газа.

А дальше просто — растения на таких планетах должны приспособиться к поглощению наиболее энергетически насыщенной части спектра. Где-то это будет синий цвет, где-то максимум "подкормки" придётся на инфракрасное излучение, и так далее. Каждому типу звезды и планеты исследователи сопоставили свой неповторимый, предпочтительный для фотосинтеза, участок спектра.

Цвет же листьев растения зависит от частоты света, которым оно пренебрегает (хлорофилл, скажем, поглощает в основном синий и красный цвет, но отражает зелёный). Так что на разных планетах растения будут иметь самые различные оттенки, и учёные точно могут сказать — какие именно.

Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги
А, к примеру, растения на планете, вращающейся вокруг красного карлика, должны выглядеть чёрными! Ведь такая звезда испускает во много раз меньше света, чем наше Солнце. И местные растения должны в ходе эволюции и естественного отбора приобрести набор веществ, помогающих им усваивать практически весь спектр падающего излучения.

Но почему синие листья деревьев и траву Нэнси считает маловероятными? Просто синий цвет, то есть свет большей частоты, несёт и больше энергии. Это важно с точки зрения эволюции живого. "Вообще, растения будут "желать" использовать синий свет, как только смогут", — поясняет эту мысль Виктория Мидоуз (Victoria Meadows) из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), соавтор исследования.

Интересно, что теоретические выкладки астробиологов опираются на уже известные учёным фотосинтетические системы. К примеру, пурпурный и красный цвет имеют некоторые фотосинтезирующие бактерии и водоросли. А недавно учёные нашли в океане новую группу одноклеточных водорослей с необычным фотосинтезирующим аппаратом. Более того, на дне океана открыта бактерия, которая является фотосинтезирующей, хотя солнечный свет в такие глубины не проникает. Зато там есть инфракрасное излучение от термальных донных источников.

Как видим, даже земная жизнь предлагает нам массу решений — как усваивать свет на самых разных длинах волн. Что уж говорить об эволюции жизни внеземной. Кстати, недавнее исследование показало, что примерно треть звёзд, имеющих планетные семьи среди нашего ближнего окружения, обладает подобными Земле планетами, с жидкими водными океанами на поверхности и условиями, пригодными для зарождения жизни.

Спектральные характеристики на поверхностях планет разных звёзд. По вертикали — энергетика излучения — число фотонов, отнесённое к квадратному метру, одной секунде и длине волны; по горизонтали — длина волны в микрометрах. Отмечен видимый участок спектра. Характеристика Солнечного света на Земле отмечена жёлтой кривой. Другие цвета соответствуют звёздам разных спектральных типов (от F2V — красная линия, до M5V — зелёная). Серым и чёрным показаны линии поглощения света некоторыми микроорганизмами Земли, как пример успешной работы с инфракрасной частью спектра (иллюстрация NASA).
Спектральные характеристики на поверхностях планет разных звёзд. По вертикали — энергетика излучения — число фотонов, отнесённое к квадратному метру, одной секунде и длине волны; по горизонтали — длина волны в микрометрах. Отмечен видимый участок спектра. Характеристика Солнечного света на Земле отмечена жёлтой кривой. Другие цвета соответствуют звёздам разных спектральных типов (от F2V — красная линия, до M5V — зелёная). Серым и чёрным показаны линии поглощения света некоторыми микроорганизмами Земли, как пример успешной работы с инфракрасной частью спектра (иллюстрация NASA).
Также надо сказать, что возможности техники по обнаружению планет постоянно и ощутимо растут. Одна из самых маленьких из найденных экстрасолнечных планет больше Земли по массе всего в 5,5 раз, а по диаметру — намного ближе. Есть в улове астрономов и планеты куда меньшей массы, правда, вращающиеся вокруг пульсара. А ведь когда-то мы умели "ловить" лишь экстрасолнечные газовые гиганты, превосходящие по размеру Юпитер.

Но интересно, следует ли наша земная растительность описанным выше правилам? Оказывается, не вполне. Свет, который падает на земную поверхность, "богат" зелёными лучами, но преобладающая растительность именно этот цвет как раз и не использует для фотосинтеза.

Учёные полагают, что здесь перед нами, возможно, пример не самой удачной эволюции. Однако, если говорить о солнечном свете, достигающем поверхности Земли, красный цвет здесь превосходит другие, так сказать, "массовостью" — по числу фотонов. А синий обладает большей энергией на каждый фотон (в полном соответствии с формулой Планка). Так что в выборе красного и синего цветов в качестве "питания" есть своя логика. И всё же...

Другое недавнее исследование показало, что ранняя Земля вполне могла иметь пурпурную растительность, а не зелёную как сейчас. Об этом говорит Шил Дасшарма (Shil DasSarma) из университета Мэриленда (University of Maryland).

Результаты мониторинга земной поверхности спутником SeaWiFS. По двум отдельным шкалам в искусственных цветах показано распределение хлорофилла на суше (леса) и в океане (фитопланктон). Это пример того, как техника способна улавливать спектральные следы хлорофилла и даже определять его содержание на поверхности планеты (иллюстрация SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center, ORBIMAGE).
Результаты мониторинга земной поверхности спутником SeaWiFS. По двум отдельным шкалам в искусственных цветах показано распределение хлорофилла на суше (леса) и в океане (фитопланктон). Это пример того, как техника способна улавливать спектральные следы хлорофилла и даже определять его содержание на поверхности планеты (иллюстрация SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center, ORBIMAGE).
Действительно, эволюция привела к тому, что наши глаза очень чувствительны к зелёному свету. Почему бы растениям не обладать такой же способностью? Причина, по мнению Шила, в том, что хлорофилл появился после того, как другая светочувствительная молекула — ретинол — уже присутствовала на ранней Земле. Ретинол, сегодня находимый, к примеру, в мембране фотосинтетических микробов, называемых галобактериями, поглощает зелёный свет и отражает назад красный и фиолетовый, комбинация которых и кажется нам фиолетовой.

Примитивные микробы, которые использовали ретинол для усвоения солнечного света, возможно, доминировали на молодой Земле, рассуждает Дасшарма. Так что первые биологические "горячие точки" на нашей планете вполне могли отличаться фиолетовой окраской.

Получается, что развитие сначала микроорганизмов, а затем и растений, использующих для фотосинтеза хлорофилл и, следовательно, красный и синий части спектра, явилось результатом их конкурентной борьбы с "фиолетовыми" микробами. Последние просто захватили зелёную часть спектра, и потому, чтобы выжить, "опоздавшие родиться" существа с хлорофиллом внутри были вынуждены приспособиться к "поеданию" той части спектра, которая осталась свободной. В общем — борьба за ресурс в чистом виде.

Легко вообразить ситуацию, когда, скажем так, хлорофильные микроорганизмы развивались под богатым слоем микроорганизмов ретиноловых, забиравших у них зелёные лучи.

Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги
Почему же в результате красно-фиолетовые (по внешнему виду) организмы были вытеснены куда-то на обочину, в то время как зелёные завоевали планету? Шил объясняет это очень просто. Хотя хлорофилл использует далеко не пик солнечного спектра, зато, по сравнению с ретинолом, он применяет его куда более эффективно.

Предположение Дасшармы — только лишь предположение. Но оно имеет весомое обоснование. Так, скажем, ретинол имеет более простую структуру, чем хлорофилл. Ретинол легче воспроизвести в тех условиях, что существовали на ранней Земле (с низким уровнем кислорода). Кроме того, процесс, необходимый для того, чтобы сделать ретинол, очень подобен цепочке реакций, необходимых для синтеза жирных кислот, которая (цепочка), полагают учёные, была одним из ключевых условий для развития живых клеток. "Жирные кислоты были необходимы, чтобы сформировать мембраны в самых ранних клетках", — говорит Дасшарма.

Наконец, галобактерии, которые используют ретинол для фотосинтеза, вообще-то — вовсе не бактерии. Эта группа организмов принадлежит надцарству по имени археи, чьё происхождение уходит так далеко назад во времени, что тогда у Земли ещё даже не было кислородной атмосферы! Всё это указывает на то, что ретинол возник раньше хлорофилла.

Однако не все учёные согласны с рассуждениями Дасшармы. Геохимик Дэвид Дес Марас (David Des Marais) из исследовательского центра Эймса (Ames Research Center) отмечает, что получение максимума энергии — это как обоюдоострый меч. Излишек энергии тоже может быть вредным, как и её недостаток. И растения на нашей планете вполне могли приспособиться к получению оптимального количества энергии.

Вместе с тем, "фиолетовая ранняя Земля" Дасшармы может оказать большое влияние на поиски жизни за пределами Солнечной системы. Действительно — учёные должны представлять, что именно им следует искать. Тут мы снова возвращаемся к работе Кианг с сотоварищами. Ведь её выкладки также нацелены именно на поиск реальных экстрасолнечных миров, дающих приют жизни.

Как показал практический опыт с пепельным светом Селены, даже в отражённом Луной спектре излучения нашей планеты вполне можно найти хлорофилл — явный признак жизни. А значит, у других планет можно обнаружить спектральные подписи других веществ, ассоциируемых с разнообразными фотосинтезирующими схемами.

Опираясь на расчёты Кианг, учёные могут предсказать — какие спектральные подписи следует искать на той или иной планете, условия на которой благоприятны для развития жизни. Фактически, у учёных, в частности, в группе Мидоуз, уже есть компьютерные модели экстрасолнечных планет земного типа, которые могут показать весь спектр самой планеты, в зависимости от типа родительской звезды.

Остаётся лишь направить телескопы в нужную точку неба, и фиолетовые, зелёные или пурпурные леса, покрывающие такие планеты, дадут знать о себе.

Правда, вопрос, "обязана" ли жизнь на других планетах хоть в чём-то следовать правилам, выведенным нами исходя из изучения жизни земной, – остаётся открытым.

Кроме того...
Футуристический гибридный... самосвал
Сканер отпечатка пальца и электронная система курсовой устойчивости, литий-ионные аккумуляторы и...
Секс-бессонница
Только не смейтесь сразу. Для несчастных американцев это и правда большая трагедия... Сексуальный компонент сна, оказывается, не столь безобиден....
Географические карты
Когда-то путешественники, отправлявшиеся в дальнюю дорогу, не имели ни карт, ни навигационных приборов - ничего, что позволяло бы определять...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Открыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкость
Открыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкость Открыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкость
В так называемом суперионном фазовом состоянии атомы кислорода в воде оказываются прочно замороженными в кристаллической решётке, но атомы водорода при этом остаются подвижными, как в газе
Невероятное Gömböc переворачивает само себя
Невероятное Gömböc переворачивает само себя Невероятное Gömböc переворачивает само себя
Все прекрасно представляют, как работает неваляшка: сочетание особой формы и утяжелённого дна даёт забавный эффект. Но возможно ли создать объект, который обладал бы аналогичными свойствами, будучи гомогенным внутри
Самая реалистичная виртуальная среда на планете окружает человека
Самая реалистичная виртуальная среда на планете окружает человека Самая реалистичная виртуальная среда на планете окружает человека
Прошлым летом в Айове былазавершена модернизация самой мощной и совершенной из всех комнат виртуальной реальности в мире: 100 миллионов пикселей, окружающих посетителя буквально со всех сторон, даже на полу
Механическая муха
Механическая муха Механическая муха
В лабораториях Гарвардского УниверситетаHarvard University создан летающий робот размером с муху. Работа по проектированию и производству этого устройства заняла 7 лет
Летательный офис надует стены деловым людям
Летательный офис надует стены деловым людям Летательный офис надует стены деловым людям
Эти гибридные летательные аппараты должны оказаться очень эффективными и в то же время очень безопасными. Причём под эффективностью их разработчики подразумевают не только их производительность как транспорта
Ошеломляюще гуманное оружие
Ошеломляюще гуманное оружие Ошеломляюще гуманное оружие
Осенью 2005 года у берегов Сомали скоростные катера пиратов окружили мирный круизный лайнер «Seabourn Spirit». Уверенные в своем превосходстве, морские разбойники потребовали спустить трап
Обнародован проект ядерного перехватчика астероидов
Обнародован проект ядерного перехватчика астероидов Обнародован проект ядерного перехватчика астероидов
Агентство NASA в лице своего центра Маршалла (Marshall Space Flight Center) подготовило проект перехватчика астероидов с разделяющимися ядерными боеголовками
Спорткомплекс по-пекински прячет пешеходов под открытым небом
Спорткомплекс по-пекински прячет пешеходов под открытым небом Спорткомплекс по-пекински прячет пешеходов под открытым небом
Cтадион без стадиона. Уже строится каркас, но самого здания не будет. Несущие структуры опираются друг на друга и сплетаются наподобие гигантского птичьего гнезда. Китайцы уверены
Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги
Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги Внеземные растения встретят людей всеми цветами радуги
Фиолетовая трава, красные деревья, чёрные и пурпурные кусты вполне могут расти на некоторых планетах. Никакой фантастики — таковы результаты научного исследования
Молодые звёзды высветили вальс чёрных сердец
Молодые звёзды высветили вальс чёрных сердец Молодые звёзды высветили вальс чёрных сердец
Любопытные вести пришли из созвездия Змееносца. Хорошо, чуть поближе — из Калифорнии. Но вести, относящиеся к объекту, удалённому от нас на гигантское расстояние. Впервые астрономы приоткрыли завесу тайны над тем
Новая экзопланета обращается по орбите схожей с земной
Новая экзопланета обращается по орбите схожей с земной Новая экзопланета обращается по орбите схожей с земной
Учёным из Университета штата Пенсильвания (США) под руководством Алекса Вольщана удалось обнаружить планету, обращающуюся вокруг красного гиганта по орбите схожей с земной, сообщает. Space.com
Затмение чёрной дыры доложило о гибели вещества
Затмение чёрной дыры доложило о гибели вещества Затмение чёрной дыры доложило о гибели вещества
Наконец это случилось. Восхитительные или даже ужасающие затмения Солнца и Луны – ничто по сравнению с этой недолгой, но куда более масштабной оказией, произошедшей в недрах далёкой галактики. Чёрная дыра
Отряд «Центроспас»
Отряд «Центроспас» Отряд «Центроспас»
Cамое тяжелое в их работе — сутками ждать, когда по громкой связи объявят: «Внимание, чрезвычайная ситуация! Готовность номер один!» Что случится дальше, предсказать нельзя
Биологи пересматривают своё отношение к мусорной ДНК
Биологи пересматривают своё отношение к мусорной ДНК Биологи пересматривают своё отношение к мусорной ДНК
Части генома, которые, кажется, не несут никакой информации (так называемая "мусорная ДНК"), в конце концов, могут оказаться куда более важными, чем ранее предполагали генетики
Итальянцам будут платить за сброшенные килограммы
Итальянцам будут платить за сброшенные килограммы Итальянцам будут платить за сброшенные килограммы
Мужчины будут получать по 50 евро за потерю четырех килограммов веса в месяц, сообщил мэр города Джанлука Буонанно (Gianluca Buonanno). Женщины получат ту же сумму за потерю трех килограммов
От чего они могут спасти мир?
От чего они могут спасти мир? От чего они могут спасти мир?
Весной 1929 года некто Патрик Мерфи вышел из бара в Бисби (штат Аризона), чтобы слетать в соседний — всего-то шестнадцать километров — мексиканский городок Нако и сбросить на него пару бомб — чемоданы с динамитом
Анабиоз без сна
Анабиоз без сна Анабиоз без сна
Биологи смогли немного разобраться в уникальном способе голодания, который практикуют змеи. Они могут очень долго, до двух лет, не есть и при этом оставаться активными. По словам учёных
На Сахалине появились белые акулы
На Сахалине появились белые акулы На Сахалине появились белые акулы
На юге Сахалина появились белые акулы. Если раньше сообщения о наблюдении акул-людоедов в этих краях научной общественностью воспринимались скептически, то недавно одну из акул удалось поймать
История изобретения кроссворда
История изобретения кроссворда История изобретения кроссворда
История кроссворда насчитывает всего около ста лет. Возможно, что его история гораздо древнее, просто на неё обратили внимание лишь тогда, когда кроссворд стал популярен во всём мире
Британские полицейские надели видеокамеры на головы
Британские полицейские надели видеокамеры на головы Британские полицейские надели видеокамеры на головы
Данная инициатива вполне себе тянет на революционное преобразование — британским патрульным полицейским решено раздать видеокамеры для ношения на голове. Беспристрастные "третьи глаза" будут фиксировать всё

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • От чего они могут спасти мир?От чего они могут спасти мир?
    Весной 1929 года некто Патрик Мерфи вышел из бара в Бисби (штат Аризона), чтобы слетать в соседний — всего-то шестнадцать километров — мексиканский городок Нако и сбросить на него пару бомб — чемоданы с динамитом
  • Анабиоз без снаАнабиоз без сна
    Биологи смогли немного разобраться в уникальном способе голодания, который практикуют змеи. Они могут очень долго, до двух лет, не есть и при этом оставаться активными. По словам учёных
  • Широкое жерло для беспокойстваШирокое жерло для беспокойства
    Супервулканы долго не замечали
  • На Сахалине появились белые акулыНа Сахалине появились белые акулы
    На юге Сахалина появились белые акулы. Если раньше сообщения о наблюдении акул-людоедов в этих краях научной общественностью воспринимались скептически, то недавно одну из акул удалось поймать
  • История изобретений
  • История изобретения кроссворда История изобретения кроссворда
    История кроссворда насчитывает всего около ста лет. Возможно, что его история гораздо древнее, просто на неё обратили внимание лишь тогда, когда кроссворд стал популярен во всём мире
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Открыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкостьОткрыто экзотическое состояние воды: ни лёд, ни газ, ни жидкость
    В так называемом суперионном фазовом состоянии атомы кислорода в воде оказываются прочно замороженными в кристаллической решётке, но атомы водорода при этом остаются подвижными, как в газе
  • Невероятное Gömböc переворачивает само себяНевероятное Gömböc переворачивает само себя
    Все прекрасно представляют, как работает неваляшка: сочетание особой формы и утяжелённого дна даёт забавный эффект. Но возможно ли создать объект, который обладал бы аналогичными свойствами, будучи гомогенным внутри
  • Самая реалистичная виртуальная среда на планете окружает человекаСамая реалистичная виртуальная среда на планете окружает человека
    Прошлым летом в Айове былазавершена модернизация самой мощной и совершенной из всех комнат виртуальной реальности в мире: 100 миллионов пикселей, окружающих посетителя буквально со всех сторон, даже на полу
  • Механическая мухаМеханическая муха
    В лабораториях Гарвардского УниверситетаHarvard University создан летающий робот размером с муху. Работа по проектированию и производству этого устройства заняла 7 лет
  • Техника
  • Космос
007