Фотосинтез — одна из самых важных химических реакций для жизни на Земле. Используя его, растения производят углеводы, энергию, поглощенную из света, для объединения углекислого газа и воды в более сложные органические молекулы. Кислород — побочная реакция этого процесса, но он необходим для нашего существования. Благодаря фотосинтезу, из него на 20% состоит атмосфера Земли. Нет фотосинтеза, нет и жизни на Земле, какой мы ее знаем.
Основа жизни
Большинство растений используют хлорофилл как часть процесса фотосинтеза. Он отражает зеленый свет, поглощая красный и синий. И это несмотря на то, что самый интенсивный свет Солнца — в зеленой части спектра. Все дело в химическом веществе, известное как ретиналь. Он поглощает зеленый цвет и отражает красный и синий. Если бы растения использовали ретиналь вместо хлорофилла, то большинство растений были бы фиолетовыми.
Некоторые бактерии используют его, но, оказалось, что для солнечного света хлорофилл более эффективен. Возможно, представители ранней жизни использовали ретиналь, который представляет собой более простую молекулу, прежде чем «понять», как использовать хлорофилл.
В чем проблема?
Фотосинтез идеально подходит для планеты, которая вращается вокруг ярко-желтой звезды, как наше Солнце, которая излучает большую часть света в видимом спектре. Но такие звезды составляют менее 8% звезд главной последовательности в нашей галактике. А вот красные карлики составляют 75% звезд главной последовательности.
Красный карлик. Фото: NASA/Walt Feimer
Проблема еще и в том, что, по статистике, подавляющее большинство потенциально обитаемых планет вращается вокруг именно вокруг таких звезд. А красные карлики намного меньше и холоднее нашего Солнца. Большая часть света, который они излучают, находится в инфракрасном диапазоне. Он приятный и теплый (как у некоторых обогревателей в наших домах), но дает ли он импульс, необходимый для фотосинтеза? Именно это и пытались выяснить ученые.
Что сделали ученые?
Для этого итальянские ученые создали симулятор звездного света (на картинке ниже). Это массив светодиодов, которые имитируют спектр красного карлика. Вообще, устройство может показать спектры различных типов звезд. Но красные карлики настолько распространены, что их исследовали в первую очередь.
Симулятор звездного света (слева) и при освещении (справа). Предоставлено: Ла Рокка и др.
Затем в лабораторных условиях ученые создали атмосферу, которая могла бы быть типичной для раннего обитаемого мира, добавили немного бактерий и осветили ее смоделированным звездным светом.
Как проходил эксперимент?
Для эксперимента ученые использовали цианобактерии. Выбор пол на них, потому что они — одни из первых типов организмов на Земле, которые использовали фотосинтез для производства кислорода. Еще они особенно хороши для выживания в суровых условиях.
Спектр Солнца по сравнению со спектром красного карлика М-класса. Предоставлено: Т. Роджер/Europlanet 2024 RI
Оказалось, что цианобактерии процветали и росли под инфракрасным излучением красного карлика. Поэтому ученые «усложнили» задачу и повторили эксперимент с красными и зелеными водорослями. Оба справились и процветали!
Цианобактерии в цветущем водоеме. Фото: ru.freepik.com
Таким образом, несмотря на то, что красные карлики не излучают тот тип света, который управлял эволюцией фотосинтеза, земные организмы могли бы жить под светом красного карлика.
Что все это значит?
Результаты исследования — отличная новость для ученых, которые ищут внеземную жизнь. Возможно, красные карлики не так безнадежны.
Однако, есть и другие проблемы с этими звездами, которые «все портят». Красные карлики испускают мощные вспышки, которые могут лишить атмосферы планеты поблизости. Они, в итоге, могут лишиться элементарных ресурсов, необходимых для сложных организмов. И, все же, авторы исследования полны оптимизма — их исследование проливает свет на наше понимание жизни на других планетах.
Читать далее:
Катапульта отправила в небо спутники НАСА
Гигантская магнитная буря приближается к Земле
Воссоздать Солнце на Земле: как физики решили главную проблему термоядерного синтеза
На обложке: представление художника о системе Gliese 887 с двумя недавно открытыми суперземлями, вращающимися вокруг красного карлика в 11 световых годах от Солнца. Изображение предоставлено: Марк Гарлик