Bitkiler diğer ötegezegenlerde neye benziyor?

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Dünya dışı yaşam arayışı artık bilim kurgu veya UFO avcılarının alanı değil. Belki de modern teknolojiler henüz gerekli seviyeye ulaşmadı, ancak onların yardımıyla, canlıların altında yatan temel süreçlerin fiziksel ve kimyasal tezahürlerini zaten tespit edebiliyoruz.

Gökbilimciler, güneş sisteminin dışındaki yıldızların etrafında dönen 200'den fazla gezegen keşfettiler. Şu ana kadar üzerlerinde yaşam olma olasılığı hakkında net bir cevap veremiyoruz, ancak bu sadece bir zaman meselesi. Temmuz 2007'de, gökbilimciler, ötegezegenin atmosferinden geçen yıldız ışığını analiz ettikten sonra, üzerinde suyun varlığını doğruladılar. Şimdi, Dünya gibi gezegenlerde tayflarına göre yaşam izlerini aramayı mümkün kılacak teleskoplar geliştiriliyor.

Bir gezegenden yansıyan ışık spektrumunu etkileyen önemli faktörlerden biri fotosentez süreci olabilir. Ama bu diğer dünyalarda mümkün mü? Epeyce! Yeryüzünde, fotosentez hemen hemen tüm canlıların temelidir. Bazı organizmaların metan ve okyanus hidrotermal menfezlerinde yüksek sıcaklıklarda yaşamayı öğrenmiş olmalarına rağmen, gezegenimizin yüzeyindeki ekosistemlerin zenginliğini güneş ışığına borçluyuz.

Bir yandan, fotosentez sürecinde, ondan oluşan ozonla birlikte gezegenin atmosferinde bulunabilen oksijen üretilir. Öte yandan, bir gezegenin rengi, yüzeyinde klorofil gibi özel pigmentlerin varlığını gösterebilir. Neredeyse bir asır önce, Mars yüzeyinin mevsimsel olarak karardığını fark eden gökbilimciler, üzerinde bitkilerin varlığından şüphelendiler. Gezegenin yüzeyinden yansıyan ışık tayfında yeşil bitkilerin belirtilerini tespit etmek için girişimlerde bulunuldu. Ancak bu yaklaşımın şüphesi, "Dünyalar Savaşı"nda şunları söyleyen yazar Herbert Wells tarafından bile görüldü: "Açıkçası, yeşilin hakim olduğu dünyevi olanın aksine, Mars'ın bitki krallığı, kan- kırmızı renk." Artık Mars'ta bitki olmadığını ve yüzeydeki daha koyu alanların görünümünün toz fırtınalarıyla ilişkili olduğunu biliyoruz. Wells'in kendisi, Mars'ın renginin, yüzeyini kaplayan bitkiler tarafından belirlenmediğine ikna olmuştu.

Yeryüzünde bile fotosentetik organizmalar yeşille sınırlı değildir: bazı bitkilerin kırmızı yaprakları vardır ve çeşitli algler ve fotosentetik bakteriler gökkuşağının tüm renkleri ile parıldar. Ve mor bakteriler, görünür ışığa ek olarak Güneş'ten gelen kızılötesi radyasyonu kullanır. Peki diğer gezegenlerde ne geçerli olacak? Ve bunu nasıl görebiliriz? Cevap, uzaylı fotosentezinin, Güneş'ten gelen radyasyonun doğası gereği farklı olan yıldızının ışığını özümsediği mekanizmalara bağlıdır. Ayrıca atmosferin farklı bir bileşimi de gezegenin yüzeyine gelen radyasyonun spektral bileşimini etkiler.

M tayf sınıfındaki yıldızlar (kırmızı cüceler) zayıf bir şekilde parlarlar, bu nedenle yakınlardaki Dünya benzeri gezegenlerdeki bitkiler, mümkün olduğu kadar çok ışığı emmek için siyah olmalıdır. Genç M yıldızları, ultraviyole parlamalarıyla gezegenlerin yüzeyini kavuruyor, bu nedenle oradaki organizmalar suda yaşıyor olmalı. Güneşimiz G sınıfıdır. Ve F sınıfı yıldızların yakınında bitkiler çok fazla ışık alır ve bunun önemli bir bölümünü yansıtmak zorundadır.

Diğer dünyalarda fotosentezin nasıl olacağını hayal etmek için öncelikle bitkilerin Dünya'da bunu nasıl gerçekleştirdiğini anlamanız gerekir. Güneş ışığının enerji spektrumu mavi-yeşil bölgede bir zirveye sahiptir, bu da bilim adamlarını uzun süre merak ettirdi, neden bitkiler en uygun yeşil ışığı emmez, tam tersine yansıtır? Fotosentez sürecinin toplam güneş enerjisi miktarına değil, bireysel fotonların enerjisine ve ışığı oluşturan fotonların sayısına bağlı olduğu ortaya çıktı.

Her mavi foton, kırmızı olandan daha fazla enerji taşır, ancak güneş ağırlıklı olarak kırmızı olanları yayar. Bitkiler mavi fotonları kalitelerinden dolayı, kırmızı fotonları ise miktarlarından dolayı kullanırlar. Yeşil ışığın dalga boyu tam olarak kırmızı ve mavi arasındadır, ancak yeşil fotonlar kullanılabilirlik veya enerji bakımından farklılık göstermez, bu nedenle bitkiler onları kullanmaz.

Fotosentez sırasında bir karbon atomunu sabitlemek için (karbon dioksitten türetilen CO₂) bir şeker molekülünde en az sekiz foton gereklidir ve bir su molekülünde (H) bir hidrojen-oksijen bağının bölünmesi için₂O) - sadece bir tane. Bu durumda, daha fazla reaksiyon için gerekli olan serbest bir elektron ortaya çıkar. Toplamda, bir oksijen molekülünün oluşumu için (O₂) bu tür dört bağın kırılması gerekir. İkinci reaksiyonun bir şeker molekülü oluşturması için en az dört foton daha gereklidir. Bir fotonun fotosentezde yer alabilmesi için bir miktar minimum enerjiye sahip olması gerektiğine dikkat edilmelidir.

Bitkilerin güneş ışığını emme şekli gerçekten de doğanın harikalarından biridir. Fotosentetik pigmentler tek tek moleküller olarak oluşmazlar. Her biri belirli bir dalga boyundaki fotonları algılamak üzere ayarlanmış birçok antenden oluşan kümeler oluştururlar. Klorofil öncelikle kırmızı ve mavi ışığı emerken, sonbahar yapraklarına kırmızı ve sarı veren karotenoid pigmentler farklı bir mavi tonunu algılar. Bu pigmentler tarafından toplanan tüm enerji, suyun oksijen oluşturmak üzere ayrıldığı reaksiyon merkezinde bulunan klorofil molekülüne iletilir.

Bir reaksiyon merkezindeki bir molekül kompleksi, ancak kırmızı fotonlar veya başka bir biçimde eşdeğer miktarda enerji alırsa kimyasal reaksiyonları gerçekleştirebilir. Mavi fotonları kullanmak için, anten pigmentleri yüksek enerjilerini daha düşük enerjiye dönüştürürler, tıpkı bir dizi düşürücü transformatörün 100.000 voltluk bir güç hattını 220 voltluk bir duvar prizine indirgemesi gibi. Süreç, mavi bir foton, mavi ışığı emen ve molekülündeki elektronlardan birine enerji aktaran bir pigmente çarptığında başlar. Bir elektron orijinal durumuna döndüğünde, bu enerjiyi yayar, ancak ısı ve titreşim kayıpları nedeniyle emdiğinden daha az olur.

Ancak pigment molekülü aldığı enerjiyi foton şeklinde değil, daha düşük seviyedeki enerjiyi emebilen başka bir pigment molekülü ile elektriksel etkileşim şeklinde verir. Buna karşılık, ikinci pigment daha da az enerji salar ve bu süreç, orijinal mavi fotonun enerjisi kırmızı seviyesine düşene kadar devam eder.

Reaksiyon merkezi, kademenin alıcı ucu olarak mevcut fotonları minimum enerjiyle absorbe edecek şekilde uyarlanmıştır. Gezegenimizin yüzeyinde, kırmızı fotonlar en çok sayıdadır ve aynı zamanda görünür spektrumdaki fotonlar arasında en düşük enerjiye sahiptir.

Ancak sualtı fotosentezleyicileri için kırmızı fotonların en bol olması gerekmez. Fotosentez için kullanılan ışığın alanı, su, içindeki çözünmüş maddeler ve üst katmanlardaki organizmalar ışığı süzdükçe derinlikle değişir. Sonuç, canlı formların pigment setlerine göre net bir tabakalaşmasıdır. Daha derin su katmanlarından gelen organizmalar, yukarıdaki katmanlar tarafından emilmeyen renklerin ışığına ayarlanmış pigmentlere sahiptir. Örneğin, algler ve siyane, yeşil ve sarı fotonları emen fikosiyanin ve fikoeritrin pigmentlerine sahiptir. Oksijensiz (yaniOksijen üretmeyen bakteriler, uzak kırmızı ve yakın kızılötesi (IR) bölgelerinden gelen ışığı emen ve yalnızca suyun kasvetli derinliklerine nüfuz edebilen bakteriyoklorofildir.

Düşük ışığa adapte olmuş organizmalar, kendilerine sunulan tüm ışığı emmek için daha çok çalışmak zorunda oldukları için daha yavaş büyümeye eğilimlidirler. Işığın bol olduğu gezegenin yüzeyinde, bitkilerin aşırı pigment üretmesi dezavantajlı olurdu, bu yüzden seçici olarak renkleri kullanırlar. Aynı evrimsel ilkeler diğer gezegen sistemlerinde de çalışmalıdır.

Sudaki canlıların su tarafından süzülen ışığa adapte olması gibi, karada yaşayanlar da atmosferik gazlar tarafından süzülen ışığa adapte oldular. Dünya atmosferinin üst kısmında, en bol bulunan fotonlar 560-590 nm dalga boyuna sahip sarıdır. Foton sayısı uzun dalgalara doğru giderek azalır ve kısa dalgalara doğru aniden kopar. Güneş ışığı üst atmosferden geçerken, su buharı IR'yi 700 nm'den daha uzun birkaç bantta emer. Oksijen, 687 ve 761 nm civarında dar bir absorpsiyon hattı aralığı üretir. Ozonu herkes bilir (Oh₃) stratosferde aktif olarak ultraviyole (UV) ışığı emer, ancak aynı zamanda spektrumun görünür bölgesinde hafifçe emer.

Böylece atmosferimiz, radyasyonun gezegenin yüzeyine ulaşabileceği pencereler bırakır. Görünür radyasyon aralığı, kısa dalga boyu bölgesinde güneş spektrumunun keskin bir şekilde kesilmesi ve ozon tarafından UV absorpsiyonu ile mavi tarafta sınırlıdır. Kırmızı sınır, oksijen absorpsiyon çizgileri ile tanımlanır. Foton sayısının tepe noktası, görünür bölgede ozonun yoğun absorpsiyonu nedeniyle sarıdan kırmızıya (yaklaşık 685 nm) kayar.

Bitkiler, esas olarak oksijen tarafından belirlenen bu spektruma uyarlanmıştır. Ancak bitkilerin kendilerinin atmosfere oksijen sağladığı unutulmamalıdır. İlk fotosentetik organizmalar Dünya'da ortaya çıktığında atmosferde çok az oksijen vardı, bu yüzden bitkiler klorofil dışında pigmentler kullanmak zorunda kaldılar. Ancak bir süre sonra, fotosentez atmosferin bileşimini değiştirdiğinde, klorofil optimal pigment haline geldi.

Fotosentezin güvenilir fosil kanıtı yaklaşık 3.4 milyar yaşındadır, ancak daha önceki fosil kalıntıları bu sürecin belirtilerini göstermektedir. İlk fotosentetik organizmalar, kısmen suyun biyokimyasal reaksiyonlar için iyi bir çözücü olması ve ayrıca atmosferik bir ozon tabakasının yokluğunda önemli olan güneş UV radyasyonundan koruma sağlaması nedeniyle su altında olmak zorundaydı. Bu tür organizmalar, kızılötesi fotonları emen su altı bakterileriydi. Kimyasal reaksiyonları hidrojen, hidrojen sülfür, demir içeriyordu, ancak su içermiyordu; bu nedenle oksijen yaymazlardı. Ve sadece 2, 7 milyar yıl önce, okyanuslardaki siyanobakteriler, oksijen salınımı ile oksijenli fotosentez yapmaya başladılar. Oksijen miktarı ve ozon tabakası kademeli olarak artarak kırmızı ve kahverengi alglerin yüzeye çıkmasına izin verdi. Ve sığ sulardaki su seviyesi UV'ye karşı koruma sağlamak için yeterli olduğunda, yeşil algler ortaya çıktı. Birkaç fikobiliproteinleri vardı ve su yüzeyine yakın parlak ışığa daha iyi adapte oldular. Atmosferde oksijen birikmeye başladıktan 2 milyar yıl sonra, yeşil alglerin torunları - bitkiler - karada ortaya çıktı.

Flora önemli değişiklikler geçirdi - formların çeşitliliği hızla arttı: yosunlardan ve ciğer otlarından daha fazla ışığı emen ve farklı iklim bölgelerine uyarlanmış yüksek taçlı vasküler bitkilere. İğne yapraklı ağaçların konik taçları, güneşin ufkun üzerinde pek yükselmediği yüksek enlemlerde ışığı etkili bir şekilde emer. Gölge seven bitkiler, parlak ışığa karşı koruma sağlamak için antosiyanin üretir. Yeşil klorofil, yalnızca atmosferin modern bileşimine iyi uyum sağlamakla kalmaz, aynı zamanda gezegenimizi yeşil tutarak onu korumaya da yardımcı olur. Evrimdeki bir sonraki adımın, ağaçların taçlarının altında gölgede yaşayan ve yeşil ve sarı ışığı emmek için fikobilinleri kullanan bir organizmaya avantaj sağlaması olasıdır. Ancak görünüşe göre üst katmanın sakinleri yeşil kalacak.

dünyayı kırmızıya boyamak

Gökbilimciler, diğer yıldız sistemlerindeki gezegenlerde fotosentetik pigmentleri ararken, bu nesnelerin farklı evrim aşamalarında olduğunu unutmamalıdır. Örneğin 2 milyar yıl önceki Dünya'ya benzer bir gezegenle karşılaşabilirler. Uzaylı fotosentetik organizmaların, karasal "akrabalarının" özelliği olmayan özelliklere sahip olabileceği de akılda tutulmalıdır. Örneğin, daha uzun dalga boyundaki fotonları kullanarak su moleküllerini bölebilirler.

Dünyadaki en uzun dalga boyuna sahip organizma, yaklaşık 1015 nm dalga boyuna sahip kızılötesi radyasyon kullanan mor anoksijenik bakteridir. Oksijenli organizmalar arasında rekor sahipleri, 720 nm'de absorbe eden deniz siyanobakterileridir. Fizik yasaları tarafından belirlenen dalga boyunun bir üst sınırı yoktur. Sadece fotosentez sistemi, kısa dalga boylu fotonlara kıyasla daha fazla sayıda uzun dalga boylu foton kullanmak zorundadır.

Sınırlayıcı faktör, pigmentlerin çeşitliliği değil, gezegenin yüzeyine ulaşan ışığın spektrumudur ve bu da yıldızın türüne bağlıdır. Gökbilimciler yıldızları sıcaklıklarına, boyutlarına ve yaşlarına bağlı olarak renklerine göre sınıflandırır. Tüm yıldızlar, komşu gezegenlerde yaşamın ortaya çıkması ve gelişmesi için yeterince uzun süre var değildir. Yıldızlar F, G, K ve M spektral sınıflarının uzun ömürlüdür (azalan sıcaklık sırasına göre). Güneş G sınıfına aittir. F sınıfı yıldızlar Güneş'ten daha büyük ve daha parlaktır, yanarlar, daha parlak bir ışık yayarlar. mavi ışık ve yaklaşık 2 milyar yıl içinde yanar. K ve M sınıfı yıldızların çapı daha küçük, daha soluk, daha kırmızı ve uzun ömürlü olarak sınıflandırılıyor.

Her yıldızın etrafında, gezegenlerin sıvı suyun varlığı için gerekli sıcaklığa sahip olduğu bir dizi yörünge - sözde bir "yaşam bölgesi" vardır. Güneş sisteminde, böyle bir bölge, Mars ve Dünya'nın yörüngeleriyle sınırlanan bir halkadır. Sıcak F yıldızlarının yaşam alanı yıldızdan daha uzaktayken, daha soğuk K ve M yıldızları daha yakındır. F-, G- ve K-yıldızlarının yaşam bölgesindeki gezegenler, Dünya'nın Güneş'ten aldığı kadar görünür ışık alırlar. Pigmentlerin rengi görünür aralık içinde kaymış olsa da, Dünya'dakiyle aynı oksijenli fotosenteze dayalı olarak bunlarda yaşamın ortaya çıkması muhtemeldir.

Kırmızı cüceler olarak adlandırılan M-tipi yıldızlar, Galaksimizde en yaygın yıldız türü oldukları için bilim adamlarının özellikle ilgisini çekmektedir. Güneş'ten gözle görülür şekilde daha az görünür ışık yayarlar: spektrumlarındaki yoğunluk zirvesi, IR'ye yakın bölgede meydana gelir. İskoçya'daki Dundee Üniversitesi'nden biyolog John Raven ve Edinburgh'daki Kraliyet Gözlemevi'nden bir astronom olan Ray Wolstencroft, oksijenli fotosentezin yakın kızılötesi fotonlar kullanılarak teorik olarak mümkün olduğunu öne sürdüler. Bu durumda organizmalar bir su molekülünü kırmak için üç hatta dört IR foton kullanmak zorunda kalırken, karasal bitkiler sadece iki foton kullanır, bu bir roketin bir kimyasalı gerçekleştirmek için bir elektrona enerji veren adımlarına benzetilebilir. reaksiyon.

Genç M yıldızları, yalnızca su altında önlenebilecek güçlü UV parlamaları sergiler. Ancak su sütunu tayfın diğer kısımlarını da emer, bu nedenle derinlikte bulunan organizmalar fena halde ışıktan yoksun kalacaklardır. Eğer öyleyse, bu gezegenlerde fotosentez gelişmeyebilir. M yıldızı yaşlandıkça, yayılan ultraviyole radyasyon miktarı azalır, evrimin sonraki aşamalarında Güneşimizin yaydığından daha az olur. Bu süre zarfında koruyucu bir ozon tabakasına ihtiyaç yoktur ve gezegenlerin yüzeyindeki yaşam oksijen üretmese bile gelişebilir.

Bu nedenle, gökbilimciler, yıldızın türüne ve yaşına bağlı olarak dört olası senaryoyu göz önünde bulundurmalıdır.

Anaerobik Okyanus Yaşamı. Gezegen sistemindeki bir yıldız, her türden gençtir. Organizmalar oksijen üretemez. Atmosfer, metan gibi diğer gazlardan oluşabilir.

Aerobik Okyanus Yaşamı. Yıldız artık hiçbir türden genç değil. Oksijenik fotosentezin başlamasından bu yana atmosferde oksijen birikmesi için yeterli zaman geçti.

Aerobik kara yaşamı. Yıldız her türden olgundur. Arazi bitkilerle kaplıdır. Dünyadaki yaşam tam da bu aşamada.

Anaerobik kara yaşamı. Zayıf UV radyasyonuna sahip soluk bir M yıldızı. Bitkiler toprağı kaplar ama oksijen üretemezler.

Doğal olarak, bu vakaların her birinde fotosentetik organizmaların tezahürleri farklı olacaktır. Gezegenimizi uydulardan çekme deneyimi, okyanusun derinliklerinde bir teleskop kullanarak yaşamı tespit etmenin imkansız olduğunu gösteriyor: ilk iki senaryo bize renkli yaşam belirtileri vaat etmiyor. Onu bulmanın tek şansı, organik kökenli atmosferik gazları aramaktır. Bu nedenle, uzaylı yaşamı aramak için renk yöntemlerini kullanan araştırmacılar, F-, G- ve K-yıldızlarına yakın gezegenlerde veya M-yıldızlı gezegenlerde, ancak herhangi bir fotosentez ile oksijenli fotosentezi olan kara bitkilerini incelemeye odaklanmak zorunda kalacaklar.

Yaşam belirtileri

Bitkilerin rengine ek olarak, yaşamın varlığının bir işareti olabilecek maddeler

Oksijen (O₂) ve su (H₂Ö) … Cansız bir gezegende bile, ana yıldızdan gelen ışık, su buharı moleküllerini yok eder ve atmosferde az miktarda oksijen üretir. Ancak bu gaz suda hızla çözünür ve ayrıca kayaları ve volkanik gazları oksitler. Bu nedenle, sıvı su bulunan bir gezegende çok fazla oksijen görülüyorsa, ek kaynakların onu ürettiği, büyük olasılıkla fotosentez olduğu anlamına gelir.

Ozon (O₃) … Dünyanın stratosferinde, ultraviyole ışık, birleştiğinde ozon oluşturan oksijen moleküllerini yok eder. Sıvı su ile birlikte ozon, yaşamın önemli bir göstergesidir. Görünür spektrumda oksijen görünürken, bazı teleskoplarla tespit edilmesi daha kolay olan ozon kızılötesinde görünür.

metan (CH₄) artı oksijen veya mevsimsel döngüler … Oksijen ve metan kombinasyonunu fotosentez olmadan elde etmek zordur. Metan konsantrasyonundaki mevsimsel dalgalanmalar da kesin bir yaşam belirtisidir. Ve ölü bir gezegende metan konsantrasyonu neredeyse sabittir: Güneş ışığı molekülleri parçaladıkça yalnızca yavaşça azalır.

Klorometan (CH₃Cl) … Yeryüzünde bu gaz, bitkilerin yakılması (çoğunlukla orman yangınlarında) ve plankton üzerinde güneş ışığına ve deniz suyunda klora maruz bırakılmasıyla oluşur. Oksidasyon onu yok eder. Ancak nispeten zayıf M-yıldız emisyonu, bu gazın kayıt için uygun bir miktarda birikmesine izin verebilir.

Azot oksit (N₂Ö) … Organizmalar çürürken, azot oksit şeklinde salınır. Bu gazın biyolojik olmayan kaynakları ihmal edilebilir düzeydedir.

Siyah yeni yeşildir

Gezegenin özelliklerinden bağımsız olarak, fotosentetik pigmentler Dünya'dakiyle aynı gereksinimleri karşılamalıdır: en kısa dalga boyuna sahip (yüksek enerjili), en uzun dalga boyuna sahip (reaksiyon merkezinin kullandığı) veya en uygun fotonları emer. Yıldız türünün bitkilerin rengini nasıl belirlediğini anlamak için farklı uzmanlık alanlarından araştırmacıların çabalarını birleştirmek gerekiyordu.

yıldız ışığı geçişi

Bitkilerin rengi, astronomların kolayca gözlemleyebildiği yıldız ışığının spektrumuna ve yazarın ve meslektaşlarının atmosferin olası bileşimine ve yaşamın özelliklerine dayanarak modellediği ışığın hava ve su tarafından emilmesine bağlıdır. Resim "Bilim dünyasında"

Berkeley, California Üniversitesi'nde gökbilimci olan Martin Cohen, bir F-yıldızı (Bootes sigma), bir K-yıldızı (epsilon Eridani), aktif olarak parlayan bir M-yıldızı (AD Leo) ve varsayımsal bir sakin M-yıldızı hakkında veri topladı. - 3100 ° C sıcaklıktaki yıldız Mexico City'deki Ulusal Özerk Üniversite'den gökbilimci Antigona Segura, Dünya benzeri gezegenlerin bu yıldızların etrafındaki yaşam bölgesindeki davranışlarının bilgisayar simülasyonlarını gerçekleştirdi. Arizona Üniversitesi'nden Alexander Pavlov ve Pennsylvania Üniversitesi'nden James Kasting'in modellerini kullanan Segura, yıldızlardan gelen radyasyonun gezegen atmosferlerinin olası bileşenleriyle (volkanların Dünya'dakiyle aynı gazları yaydığını varsayarak) etkileşimini inceledi. hem oksijensiz hem de yeryüzüne yakın içeriği olan atmosferlerin kimyasal bileşimini bulmaktır.

University College London fizikçisi Giovanna Tinetti, Segura'nın sonuçlarını kullanarak, Mars gezicilerindeki güneş panellerinin aydınlatmasını tahmin etmek için kullanılan California Pasadena'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'nda David Crisp'in modelini kullanarak gezegen atmosferlerinde radyasyon emilimini hesapladı. Bu hesaplamaları yorumlamak, beş uzmanın ortak çabalarını gerektirdi: Rice Üniversitesi'nden mikrobiyolog Janet Siefert, St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nden biyokimyacılar Robert Blankenship ve Urbana'daki Illinois Üniversitesi'nden Govindjee, Washington Eyalet Üniversitesi'nden gezegenbilimci ve Champaigne (Victoria Meadows). ve ben, NASA'nın Goddard Uzay Araştırma Enstitüsü'nden bir biyometeorolog.

451 nm'de zirveye sahip mavi ışınların çoğunlukla F sınıfı yıldızların yakınındaki gezegenlerin yüzeylerine ulaştığı sonucuna vardık. K-yıldızlarının yakınında, zirve 667 nm'de bulunur, bu, tayfın Dünya'daki duruma benzeyen kırmızı bölgesidir. Bu durumda ozon, F yıldızlarının ışığını olduğundan daha mavi ve K yıldızlarının ışığını olduğundan daha kırmızı yaparak önemli bir rol oynar. Bu durumda fotosenteze uygun radyasyonun, Dünya'da olduğu gibi spektrumun görünür bölgesinde yer aldığı ortaya çıkıyor.

Böylece, F ve K yıldızlarına yakın gezegenlerdeki bitkiler, Dünya'dakilerle hemen hemen aynı renge sahip olabilir. Ancak F yıldızlarında, enerji açısından zengin mavi fotonların akışı çok yoğundur, bu nedenle bitkiler, bitkilere mavimsi bir renk verecek olan antosiyanin gibi koruyucu pigmentler kullanarak onları en azından kısmen yansıtmalıdır. Ancak fotosentez için sadece mavi fotonları kullanabilirler. Bu durumda, yeşilden kırmızıya kadar olan aralıktaki tüm ışık yansıtılmalıdır. Bu, yansıyan ışık tayfında bir teleskopla kolayca görülebilen belirgin bir mavi kesim ile sonuçlanacaktır.

M yıldızlarının geniş sıcaklık aralığı, gezegenleri için çeşitli renkler önerir. Sakin bir M-yıldızının yörüngesinde dönen gezegen, Dünya'nın Güneş'ten aldığı enerjinin yarısını alır. Ve bu, prensipte yaşam için yeterli olsa da - bu, Dünya'daki gölge seven bitkiler için gerekenden 60 kat daha fazladır - bu yıldızlardan gelen fotonların çoğu, spektrumun IR'ye yakın bölgesine aittir. Ancak evrim, tüm görünür ve kızılötesi ışık spektrumunu algılayabilen çeşitli pigmentlerin ortaya çıkmasına yol açmalıdır. Neredeyse tüm radyasyonlarını emen bitkiler siyah görünebilir.

Küçük mor nokta

Dünya'daki yaşamın tarihi, F, G ve K sınıfı yıldızların yakınındaki gezegenlerdeki erken deniz fotosentetik organizmalarının birincil oksijensiz bir atmosferde yaşayabileceğini ve daha sonra karasal bitkilerin ortaya çıkmasına yol açacak bir oksijenli fotosentez sistemi geliştirebileceğini gösteriyor.. M sınıfı yıldızlarla ilgili durum daha karmaşıktır. Hesaplamalarımızın sonuçları, fotosentezleyiciler için en uygun yerin su altında 9 m olduğunu gösteriyor: bu derinlikteki bir katman, yıkıcı ultraviyole ışığı yakalar, ancak yeterli görünür ışığın geçmesine izin verir. Tabii ki, bu organizmaları teleskoplarımızda fark etmeyeceğiz, ancak kara yaşamının temeli olabilirler. Prensip olarak, M yıldızlarının yakınındaki gezegenlerde, çeşitli pigmentler kullanan bitki yaşamı, neredeyse Dünya'daki kadar çeşitli olabilir.

Ancak gelecekteki uzay teleskopları bu gezegenlerde yaşam izlerini görmemize izin verecek mi? Cevap, su yüzeyinin gezegendeki karaya oranının ne olacağına bağlı. İlk neslin teleskoplarında gezegenler noktalar gibi görünecek ve yüzeylerinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesi söz konusu değil. Bilim adamlarının elde edeceği tek şey, yansıyan ışığın toplam spektrumudur. Tinetti, hesaplamalarına dayanarak, bu spektrumdaki bitkileri tanımlayabilmek için gezegenin yüzeyinin en az %20'sinin bitkilerle kaplı kuru arazi olması ve bulutlarla kaplı olmaması gerektiğini savunuyor. Öte yandan, deniz alanı ne kadar büyük olursa, deniz fotosentezleyicileri atmosfere o kadar fazla oksijen verir. Bu nedenle, pigment biyoindikatörleri ne kadar belirginse, oksijen biyoindikatörlerini fark etmek o kadar zor olur ve bunun tersi de geçerlidir. Gökbilimciler, birini veya diğerini tespit edebilecek, ancak ikisini birden değil.

gezegen arayanlar

Avrupa Uzay Ajansı (ESA), karasal ötegezegenlerin spektrumlarını incelemek için önümüzdeki 10 yıl içinde Darwin uzay aracını fırlatmayı planlıyor. NASA'nın Dünya Benzeri Gezegen Arayıcı, ajans fon alırsa aynısını yapacak. ESA tarafından Aralık 2006'da fırlatılan COROT uzay aracı ve NASA'nın 2009'da fırlatılması planlanan Kepler uzay aracı, Dünya benzeri gezegenler önlerinden geçerken yıldızların parlaklıklarında hafif azalmaları araştırmak üzere tasarlandı. NASA'nın SIM uzay aracı, gezegenlerin etkisi altındaki yıldızların zayıf titreşimlerini arayacak.

Diğer gezegenlerde yaşamın varlığı - sadece aşırı koşullarda hayatta kalamayan fosiller veya mikroplar değil, gerçek yaşam - çok yakın bir gelecekte keşfedilebilir. Ama önce hangi yıldızları incelemeliyiz? M yıldızları söz konusu olduğunda özellikle önemli olan, yıldızlara yakın olan gezegenlerin tayfını kaydedebilecek miyiz? Teleskoplarımız hangi aralıklarda ve hangi çözünürlükte gözlem yapmalıdır? Fotosentezin temellerini anlamak, yeni araçlar yaratmamıza ve aldığımız verileri yorumlamamıza yardımcı olacaktır. Bu tür karmaşıklığın sorunları ancak çeşitli bilimlerin kesiştiği noktada çözülebilir. Şimdiye kadar yolun sadece başındayız. Dünya dışı yaşamı arama olasılığı, burada, Dünya'daki yaşamın temellerini ne kadar derinden anladığımıza bağlıdır.