Есть ли растения на других планетах? В конце концов, учитывая всё их разнообразие, на многих экзопланетах, вероятно, есть условия, благоприятные для развития жизни и растений, даже если эволюция там никогда не приведет к развитию сложных организмов.
Внеземная флора может быть совсем не такой, какой мы привыкли ее видеть на Земле. Большинство обнаруженных на данный момент каменистых экзопланет вращаются вокруг красных карликов, самого распространенного типа звезд в нашей галактике. Они излучают более красный и более слабый свет, чем Солнце. Фотосинтез у растений на Земле происходит в диапазоне видимого света от 400 до 700 нанометров, и если мы будем рассматривать звезду, которая тусклее, холоднее и краснее, чем Солнце, достаточно ли будет ее света для поддержания фотосинтеза? Ученые говорят - Да! Теоретически жизнь могла бы приспособиться к свету красных солнц.
Большинство растений на Земле, включая лиственные растения, мхи и цианобактерии, используют процесс фотосинтеза для превращения солнечного света и углекислого газа в энергию и кислород. Растения используют пигмент- хлорофилл для преобразования солнечной энергии в химическую. Хлорофилл придает растениям зеленый цвет и служит для поглощения солнечного света в той части спектра, которая лежит в диапазоне от фиолетово-синего до оранжево-красного. Но биологи отмечают, что у растительности есть так называемый "красный предел", а это означает, что хлорофилл не поглощает много фотонов света на красных длинах волн, превышающих 700 нанометров.
Это именно те длины волн, на которых излучают больше всего света красные карлики. Похоже, это создает проблему для фотосинтезирующих видов. Тем не менее ученые попытались смоделировать как будет работать фотосинтез в этих необычных условиях. В частности, они смоделировали пигментно-белковые комплексы, которые есть у всех фотосинтезирующих организмов, которые собирают фотоны и направляют световую энергию в реакционный центр клеток, который осуществляет фотохимию, необходимую для превращения света в химическую энергию.
Ученые пришли к выводу, что такие организмы действительно смогут поглощать тусклый свет красных карликов с длиной волны более 700 нм, но при этом кислородный фотосинтез может оказаться сложной задачей. Таким организмам придется вкладывать много энергии только для того, чтобы поддерживать работу механизма фотосинтеза. Эволюционно это может ограничить их существование, скажем, в виде сине-зеленых бактерий, обитающих в водоемах. И такие организмы не смогут эволюционировать и выйти на сушу.
И хотя на Земле доминируют зеленые растения, зависящие от хлорофилла и солнечного света, ни биология, ни химия не требуют, чтобы это работало таким образом. Мы уже знаем виды на нашей планете, которые следуют другим правилам. Существуют подземные бактерии, которые выделяют так называемый "темный кислород" в отсутствие света. А есть пурпурные бактерии и зеленые серобактерии, в которых также идет процесс фотосинтеза без выделения кислорода, они используют разные пигменты и различные вещества, например серу. Эти организмы поглощают инфракрасное излучение длиной волн от 800 до 1000 нанометров. Это диапазон находится в пределах спектра света красных карликов.
Ученые предположили, что на отдаленных планетах сообщества пурпурных бактерий могут развиться в сернистых океанах или распространиться пленками вокруг местных источников сероводорода. Если представить что такие растения развились бы на суше, они могли бы быть фиолетовыми, красными или оранжевыми, в зависимости от длин волн света, которые бы эти растения поглощали. У них также будут скопления клеток, которые добывают питательные вещества из грунта (аналог корней), но они будут поглощать другие питательные вещества (для растений на Земле решающее значение имеют нитраты и фосфаты.)
Если астробиологи правы в том, что растительная жизнь может возникнуть в системах красных карликов, астрономам придется выяснить, куда направить свои телескопы, чтобы найти ее. Ученые обычно сосредотачиваются на обитаемой зоне вокруг каждой звезды, поскольку здесь не слишком жарко и не слишком холодно, для того чтобы вода на поверхности находилась в жидком состоянии. Поскольку вода, вероятно, необходима для большинства видов живых организмов; большое событие в научном мире, когда астрономы обнаруживают в этой обитаемой зоне каменистую планету, или множество планет, как например в системе TRAPPIST-1.
Астробиологи же говорит, что, возможно, пришло время переосмыслить понятие обитаемой зоны, и уделить внимание не только наличию жидкой воды, но и интенсивности света от звезды. Сосредоточившись на таких факторах, как - интенсивность света звезды, температура поверхности планеты, плотность ее атмосферы и то, сколько энергии организму придется затратить просто на выживание, а не на рост, ученые выделили "фотосинтетическую обитаемую зону". Эта зона располагается немного ближе к звезде, чем традиционная обитаемая зона выделенная по наличию жидкой воды на поверхности планеты.
Были выделены пять многообещающих экзопланет: Kepler-452 b, Kepler-1638 b, Kepler-1544 b, Kepler-62 e и Kepler-62 f. Это каменистые планеты, в основном немного крупнее Земли, но не газовые гиганты вроде "горячих Юпитеров" или "мини-Нептунов". Орбиты этих планет находятся, в фотосинтетической обитаемой зоне своих звезд.
Конечно, самое сложное - попытаться обнаружить явные признаки жизни на расстоянии более 1000 световых лет. Астробиологи ищут особые химические признаки, в атмосферах экзопланет. Поиск идет по признаку химического неравновесия. Так, есть ряд газов которые могут указывать на наличие жизни. Наличие этих газов может указывать на процессы жизнедеятельности, такие как дыхание или разложение.
Комбинация углекислого газа и метана может быть ярким примером такого процесса, поскольку оба газа выделяются различными формами жизни. Метан в атмосфере, сам по себе не может сохраняться долгое время, если он не производится постоянно, например, в результате разложения растительности бактериями. Но с другой стороны углекислый газ и метан выделяются при вулканической активности. Другим признаком наличия жизни может быть кислород или его побочный спутник, озон. Наличие сернистых газов также может указывать на наличие фотосинтеза без выделения кислорода. Однако все эти газы могут выделяться из природных источников - озон из водяного пара в атмосфере, а сернистые газы при вулканической активности.
Хотя наша планета Земля является для нас естественным ориентиром, учёным не следует ограничиваться поисками такой жизни, какой мы её знаем. Поиск подходящих условий для кислородного фотосинтеза, может означать слишком сильное сужение зоны поиска. Возможно, жизнь не так уж и редка во Вселенной. Если чужеродные растения смогут выжить или даже процветать без кислородного фотосинтеза, это в конечном итоге может означать расширение, а не сужение обитаемой зоны. Возможно нужно искать признаки жизни более тщательнее?
А что думаете вы?