Ako vyzerajú rastliny na iných exoplanétach?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Pátranie po mimozemskom živote už nie je doménou sci-fi či lovcov UFO. Možno, že moderné technológie ešte nedosiahli požadovanú úroveň, ale s ich pomocou sme už schopní odhaliť fyzikálne a chemické prejavy základných procesov, ktoré sú základom živých vecí.

Astronómovia objavili viac ako 200 planét obiehajúcich okolo hviezd mimo slnečnej sústavy. Zatiaľ nevieme dať jednoznačnú odpoveď o pravdepodobnosti existencie života na nich, ale je to len otázka času. V júli 2007, po analýze hviezdneho svetla, ktoré prešlo atmosférou exoplanéty, astronómovia potvrdili prítomnosť vody na nej. Teraz sa vyvíjajú teleskopy, ktoré umožnia podľa ich spektier hľadať stopy života na planétach ako je Zem.

Jedným z dôležitých faktorov ovplyvňujúcich spektrum svetla odrážaného planétou môže byť proces fotosyntézy. Je to však možné v iných svetoch? Celkom! Na Zemi je fotosyntéza základom takmer všetkých živých vecí. Napriek tomu, že niektoré organizmy sa naučili žiť pri zvýšených teplotách v metáne a v oceánskych hydrotermálnych prieduchoch, za bohatstvo ekosystémov na povrchu našej planéty vďačíme slnečnému žiareniu.

Na jednej strane v procese fotosyntézy vzniká kyslík, ktorý sa spolu s ozónom z neho vytvoreným nachádza v atmosfére planéty. Na druhej strane, farba planéty môže naznačovať prítomnosť špeciálnych pigmentov, ako je chlorofyl, na jej povrchu. Takmer pred storočím, keď astronómovia zaznamenali sezónne stmavnutie povrchu Marsu, mali podozrenie na prítomnosť rastlín na ňom. Boli urobené pokusy odhaliť znaky zelených rastlín v spektre svetla odrazeného od povrchu planéty. Pochybnosť tohto prístupu však videl aj spisovateľ Herbert Wells, ktorý vo svojej „Vojne svetov“poznamenal: „Je zrejmé, že rastlinná ríša Marsu, na rozdiel od tej pozemskej, kde prevláda zelená, má krvotvorbu. červená farba. Teraz vieme, že na Marse nie sú žiadne rastliny a výskyt tmavších oblastí na povrchu súvisí s prachovými búrkami. Sám Wells bol presvedčený, že farbu Marsu v neposlednom rade určujú rastliny, ktoré pokrývajú jeho povrch.

Ani na Zemi sa fotosyntetické organizmy neobmedzujú len na zelenú: niektoré rastliny majú červené listy a rôzne riasy a fotosyntetické baktérie sa lesknú všetkými farbami dúhy. A fialové baktérie využívajú okrem viditeľného svetla aj infračervené žiarenie zo Slnka. Čo teda zavládne na iných planétach? A ako to môžeme vidieť? Odpoveď závisí od mechanizmov, ktorými mimozemská fotosyntéza asimiluje svetlo svojej hviezdy, ktorá sa líši povahou žiarenia zo Slnka. Odlišné zloženie atmosféry navyše ovplyvňuje aj spektrálne zloženie žiarenia dopadajúceho na povrch planéty.

Hviezdy spektrálnej triedy M (červení trpaslíci) slabo svietia, takže rastliny na planétach podobných Zemi v ich blízkosti musia byť čierne, aby absorbovali čo najviac svetla. Mladé hviezdy M spaľujú povrch planét ultrafialovými erupciami, takže organizmy tam musia byť vodné. Naše Slnko patrí do triedy G. A v blízkosti hviezd triedy F dostávajú rastliny príliš veľa svetla a musia odrážať jeho významnú časť.

Aby ste si predstavili, aká bude fotosyntéza v iných svetoch, musíte najprv pochopiť, ako ju rastliny vykonávajú na Zemi. Energetické spektrum slnečného svetla má vrchol v modro-zelenej oblasti, čo vedcov dlho zaujímalo, prečo rastliny najdostupnejšie zelené svetlo neabsorbujú, ale naopak odrážajú? Ukázalo sa, že proces fotosyntézy nezávisí ani tak od celkového množstva slnečnej energie, ale od energie jednotlivých fotónov a od počtu fotónov, ktoré tvoria svetlo.

Každý modrý fotón nesie viac energie ako červený, ale Slnko vyžaruje prevažne červené. Rastliny využívajú modré fotóny kvôli ich kvalite a červené kvôli ich množstvu. Vlnová dĺžka zeleného svetla leží presne medzi červenou a modrou, ale zelené fotóny sa nelíšia dostupnosťou ani energiou, takže ich rastliny nevyužívajú.

Počas fotosyntézy sa fixuje jeden atóm uhlíka (odvodený z oxidu uhličitého, CO₂) v molekule cukru je potrebných aspoň osem fotónov a na štiepenie väzby vodík-kyslík v molekule vody (H₂O) - len jeden. V tomto prípade sa objaví voľný elektrón, ktorý je nevyhnutný pre ďalšiu reakciu. Celkovo na vytvorenie jednej molekuly kyslíka (O₂) je potrebné prerušiť štyri takéto väzby. Pre druhú reakciu na vytvorenie molekuly cukru sú potrebné najmenej štyri ďalšie fotóny. Treba poznamenať, že fotón musí mať určitú minimálnu energiu, aby sa mohol zúčastniť fotosyntézy.

Spôsob, akým rastliny absorbujú slnečné svetlo, je skutočne jedným z divov prírody. Fotosyntetické pigmenty sa nevyskytujú ako jednotlivé molekuly. Tvoria zhluky pozostávajúce akoby z mnohých antén, z ktorých každá je naladená na vnímanie fotónov určitej vlnovej dĺžky. Chlorofyl primárne absorbuje červené a modré svetlo, zatiaľ čo karotenoidné pigmenty, ktoré dodávajú jesenným lístiam červenú a žltú, vnímajú iný odtieň modrej. Všetka energia zhromaždená týmito pigmentmi sa dodáva do molekuly chlorofylu umiestnenej v reakčnom centre, kde sa voda štiepi a vytvára kyslík.

Komplex molekúl v reakčnom centre môže vykonávať chemické reakcie iba vtedy, ak dostane červené fotóny alebo ekvivalentné množstvo energie v nejakej inej forme. Na využitie modrých fotónov premieňajú anténne pigmenty svoju vysokú energiu na nižšiu energiu, rovnako ako séria znižovacích transformátorov redukuje 100 000 voltov elektrického vedenia na 220 voltovú zásuvku. Proces začína, keď modrý fotón narazí na pigment, ktorý absorbuje modré svetlo a odovzdá energiu jednému z elektrónov vo svojej molekule. Keď sa elektrón vráti do pôvodného stavu, vyžaruje túto energiu, ale v dôsledku tepelných a vibračných strát menej, ako absorboval.

Molekula pigmentu sa však prijatej energie vzdáva nie vo forme fotónu, ale vo forme elektrickej interakcie s inou molekulou pigmentu, ktorá je schopná absorbovať energiu nižšej úrovne. Druhý pigment zase uvoľňuje ešte menej energie a tento proces pokračuje, kým energia pôvodného modrého fotónu neklesne na úroveň červenej.

Reakčné centrum ako prijímací koniec kaskády je prispôsobené na absorbovanie dostupných fotónov s minimálnou energiou. Na povrchu našej planéty sú červené fotóny najpočetnejšie a zároveň majú najnižšiu energiu spomedzi fotónov vo viditeľnom spektre.

Ale pre podvodné fotosyntetizátory červené fotóny nemusia byť najpočetnejšie. Oblasť svetla využívaná na fotosyntézu sa mení s hĺbkou, pretože voda, rozpustené látky v nej a organizmy v horných vrstvách filtrujú svetlo. Výsledkom je jasná stratifikácia živých foriem v súlade s ich súborom pigmentov. Organizmy z hlbších vrstiev vody majú pigmenty, ktoré sú naladené na svetlo tých farieb, ktoré vyššie položené vrstvy nepohltili. Napríklad riasy a cyanea majú pigmenty fykocyanín a fykoerytrín, ktoré pohlcujú zelené a žlté fotóny. V anoxygénnom (t.j.baktérie neprodukujúce kyslík) sú bakteriochlorofyl, ktorý absorbuje svetlo z ďalekej červenej a blízkej infračervenej oblasti (IR), ktoré je schopné preniknúť len do temných hlbín vody.

Organizmy, ktoré sa prispôsobili slabému svetlu, majú tendenciu rásť pomalšie, pretože musia tvrdšie pracovať, aby absorbovali všetko svetlo, ktoré majú k dispozícii. Na povrchu planéty, kde je dostatok svetla, by bolo pre rastliny nevýhodné produkovať nadbytočné pigmenty, preto selektívne používajú farby. Rovnaké evolučné princípy by mali fungovať aj v iných planetárnych systémoch.

Tak ako sa vodné tvory prispôsobili svetlu filtrovanému vodou, suchozemci sa prispôsobili svetlu filtrovanému atmosférickými plynmi. V hornej časti zemskej atmosféry sú najpočetnejšie fotóny žlté, s vlnovou dĺžkou 560-590 nm. Počet fotónov sa smerom k dlhým vlnám postupne znižuje a smerom ku krátkym sa náhle odlamuje. Keď slnečné svetlo prechádza hornou vrstvou atmosféry, vodná para absorbuje IR v niekoľkých pásmach dlhších ako 700 nm. Kyslík vytvára úzky rozsah absorpčných čiar v blízkosti 687 a 761 nm. Každý vie, že ozón (Oh₃) v stratosfére aktívne absorbuje ultrafialové (UV) svetlo, ale mierne absorbuje aj vo viditeľnej oblasti spektra.

Takže naša atmosféra opúšťa okná, cez ktoré sa žiarenie môže dostať na povrch planéty. Rozsah viditeľného žiarenia je na modrej strane obmedzený ostrým prerušením slnečného spektra v oblasti krátkych vlnových dĺžok a absorpciou UV žiarenia ozónom. Červený okraj je definovaný čiarami absorpcie kyslíka. Vrchol počtu fotónov je posunutý zo žltej na červenú (asi 685 nm) v dôsledku rozsiahlej absorpcie ozónu vo viditeľnej oblasti.

Rastliny sú prispôsobené tomuto spektru, ktoré je determinované najmä kyslíkom. Ale treba si uvedomiť, že samotné rastliny dodávajú kyslík do atmosféry. Keď sa na Zemi objavili prvé fotosyntetické organizmy, v atmosfére bolo málo kyslíka, takže rastliny museli používať iné pigmenty ako chlorofyl. Až s odstupom času, keď fotosyntéza zmenila zloženie atmosféry, sa chlorofyl stal optimálnym pigmentom.

Spoľahlivé fosílne dôkazy fotosyntézy sú staré asi 3,4 miliardy rokov, no skoršie fosílne pozostatky vykazujú známky tohto procesu. Prvé fotosyntetické organizmy museli byť pod vodou, čiastočne preto, že voda je dobrým rozpúšťadlom pre biochemické reakcie a tiež preto, že poskytuje ochranu pred slnečným UV žiarením, čo bolo dôležité pri absencii atmosférickej ozónovej vrstvy. Takéto organizmy boli podmorské baktérie, ktoré absorbovali infračervené fotóny. Ich chemické reakcie zahŕňali vodík, sírovodík, železo, ale nie vodu; preto nevypúšťali kyslík. A len pred 2, 7 miliardami rokov začali sinice v oceánoch kyslíkovú fotosyntézu s uvoľňovaním kyslíka. Množstvo kyslíka a ozónová vrstva sa postupne zvyšovali, čo umožnilo červeným a hnedým riasam vystúpiť na povrch. A keď bola hladina vody v plytkých vodách dostatočná na ochranu pred UV žiarením, objavili sa zelené riasy. Mali málo fykobiliproteínov a boli lepšie prispôsobené jasnému svetlu v blízkosti vodnej hladiny. 2 miliardy rokov po tom, čo sa v atmosfére začal hromadiť kyslík, sa na súši objavili potomkovia zelených rias – rastlín.

Flóra prešla výraznými zmenami – rapídne narástla rozmanitosť foriem: od machov a pečeňoviek až po cievnaté rastliny s vysokými korunami, ktoré absorbujú viac svetla a sú prispôsobené rôznym klimatickým pásmam. Kužeľovité koruny ihličnatých stromov účinne pohlcujú svetlo vo vysokých zemepisných šírkach, kde slnko takmer nevychádza nad obzor. Tieňomilné rastliny produkujú antokyanín na ochranu pred jasným svetlom. Zelený chlorofyl je nielen dobre prispôsobený modernému zloženiu atmosféry, ale pomáha ju aj udržiavať, čím udržuje našu planétu zelenú. Je možné, že ďalší krok evolúcie zvýhodní organizmus, ktorý žije v tieni pod korunami stromov a využíva fykobilíny na pohlcovanie zeleného a žltého svetla. Obyvatelia vyššej vrstvy však zrejme zostanú zelení.

Maľovanie sveta na červeno

Pri hľadaní fotosyntetických pigmentov na planétach v iných hviezdnych systémoch by astronómovia mali pamätať na to, že tieto objekty sú v rôznych štádiách vývoja. Môžu sa napríklad stretnúť s planétou podobnou Zemi, povedzme pred 2 miliardami rokov. Treba mať tiež na pamäti, že cudzie fotosyntetické organizmy môžu mať vlastnosti, ktoré nie sú charakteristické pre ich pozemských „príbuzných“. Napríklad sú schopné rozdeliť molekuly vody pomocou fotónov s dlhšími vlnovými dĺžkami.

Organizmus s najdlhšou vlnovou dĺžkou na Zemi je fialová anoxygénna baktéria, ktorá využíva infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou asi 1015 nm. Rekordmanmi medzi kyslíkatými organizmami sú morské sinice, ktoré absorbujú pri 720 nm. Neexistuje horná hranica vlnovej dĺžky, ktorá je určená fyzikálnymi zákonmi. Ide len o to, že fotosyntetizujúci systém musí použiť väčší počet dlhovlnných fotónov v porovnaní s krátkovlnnými.

Limitujúcim faktorom nie je rôznorodosť pigmentov, ale spektrum svetla dopadajúceho na povrch planéty, ktoré zasa závisí od typu hviezdy. Astronómovia klasifikujú hviezdy na základe ich farby v závislosti od ich teploty, veľkosti a veku. Nie všetky hviezdy existujú dostatočne dlho na to, aby na susedných planétach vznikol a rozvinul život. Hviezdy majú dlhú životnosť (v poradí podľa klesajúcej teploty) spektrálnych tried F, G, K a M. Slnko patrí do triedy G. Hviezdy triedy F sú väčšie a jasnejšie ako Slnko, horia a vyžarujú jasnejšie modré svetlo a vyhorí asi za 2 miliardy rokov. Hviezdy triedy K a M majú menší priemer, sú slabšie, červenšie a klasifikované ako dlhoveké.

Okolo každej hviezdy je takzvaná "životná zóna" - rozsah obežných dráh, na ktorých majú planéty teplotu potrebnú na existenciu tekutej vody. V slnečnej sústave je takouto zónou prstenec ohraničený dráhami Marsu a Zeme. Horúce hviezdy F majú zónu života ďalej od hviezdy, zatiaľ čo chladnejšie hviezdy K a M ju majú bližšie. Planéty v životnej zóne F-, G- a K-hviezd dostávajú približne rovnaké množstvo viditeľného svetla, aké prijíma Zem zo Slnka. Je pravdepodobné, že by na nich mohol vzniknúť život na základe rovnakej kyslíkovej fotosyntézy ako na Zemi, hoci farba pigmentov môže byť posunutá vo viditeľnom rozsahu.

Hviezdy typu M, takzvaní červení trpaslíci, sú pre vedcov mimoriadne zaujímavé, pretože sú najbežnejším typom hviezd v našej Galaxii. Vyžarujú zreteľne menej viditeľného svetla ako Slnko: vrchol intenzity v ich spektre sa vyskytuje v blízkom IR. John Raven, biológ z University of Dundee v Škótsku, a Ray Wolstencroft, astronóm z Kráľovského observatória v Edinburghu, navrhli, že kyslíková fotosyntéza je teoreticky možná pomocou fotónov v blízkosti infračerveného žiarenia. V tomto prípade organizmy budú musieť použiť tri alebo dokonca štyri infračervené fotóny na rozbitie molekuly vody, zatiaľ čo suchozemské rastliny používajú iba dva fotóny, čo možno prirovnať ku krokom rakety, ktorá dodáva energiu elektrónu na uskutočnenie chemickej látky. reakciu.

Mladé hviezdy M vykazujú silné UV erupcie, ktorým sa dá vyhnúť iba pod vodou. Ale vodný stĺpec absorbuje aj iné časti spektra, takže organizmom umiestneným v hĺbke bude svetlo veľmi chýbať. Ak áno, potom sa fotosyntéza na týchto planétach nemusí rozvinúť. Ako M-hviezda starne, množstvo vyžarovaného ultrafialového žiarenia klesá, v neskorších štádiách evolúcie je ho menej, ako vyžaruje naše Slnko. V tomto období nie je potrebná ochranná ozónová vrstva a život na povrchu planét môže prekvitať, aj keď neprodukuje kyslík.

Astronómovia by teda mali zvážiť štyri možné scenáre v závislosti od typu a veku hviezdy.

Anaeróbny oceánsky život. Hviezda v planetárnom systéme je mladá, akéhokoľvek typu. Organizmy nemusia produkovať kyslík. Atmosféra môže byť zložená z iných plynov, ako je metán.

Aeróbny oceánsky život. Hviezda už nie je mladá, akéhokoľvek typu. Od začiatku kyslíkovej fotosyntézy uplynulo dosť času na akumuláciu kyslíka v atmosfére.

Aeróbny suchozemský život. Hviezda je zrelá, akéhokoľvek typu. Pozemok je pokrytý rastlinami. Život na Zemi je práve v tomto štádiu.

Anaeróbny suchozemský život. Slabá hviezda M so slabým UV žiarením. Rastliny pokrývajú krajinu, ale nemusia produkovať kyslík.

Prirodzene, prejavy fotosyntetických organizmov budú v každom z týchto prípadov odlišné. Skúsenosti zo snímania našej planéty zo satelitov naznačujú, že je nemožné odhaliť život v hlbinách oceánu pomocou ďalekohľadu: prvé dva scenáre nám nesľubujú farebné známky života. Jedinou šancou na jeho nájdenie je hľadanie atmosférických plynov organického pôvodu. Preto sa výskumníci využívajúci farebné metódy na hľadanie mimozemského života budú musieť zamerať na štúdium suchozemských rastlín s kyslíkovou fotosyntézou na planétach blízko F-, G- a K-hviezd alebo na planétach M-hviezd, ale s akýmkoľvek typom fotosyntézy.

Známky života

Látky, ktoré okrem farby rastlín môžu byť znakom prítomnosti života

Kyslík (O₂) a voda (H₂O) … Dokonca aj na neživej planéte svetlo materskej hviezdy ničí molekuly vodnej pary a vytvára v atmosfére malé množstvo kyslíka. Ale tento plyn sa rýchlo rozpúšťa vo vode a tiež oxiduje horniny a sopečné plyny. Preto, ak je na planéte s tekutou vodou vidieť veľa kyslíka, znamená to, že ho produkujú ďalšie zdroje, s najväčšou pravdepodobnosťou fotosyntéza.

Ozón (O₃) … V stratosfére Zeme ultrafialové svetlo ničí molekuly kyslíka, ktoré po spojení vytvárajú ozón. Spolu s tekutou vodou je ozón dôležitým ukazovateľom života. Zatiaľ čo kyslík je viditeľný vo viditeľnom spektre, ozón je viditeľný v infračervenom spektre, čo je jednoduchšie odhaliť pomocou niektorých teleskopov.

Metán (CH₄) plus kyslík alebo sezónne cykly … Kombináciu kyslíka a metánu je ťažké získať bez fotosyntézy. Sezónne výkyvy koncentrácie metánu sú tiež istým znakom života. A na mŕtvej planéte je koncentrácia metánu takmer konštantná: klesá len pomaly, keď slnečné svetlo rozkladá molekuly

Chlórmetán (CH₃Cl) … Na Zemi sa tento plyn tvorí spaľovaním rastlín (hlavne pri lesných požiaroch) a vystavením planktónu a chlóru v morskej vode slnečnému žiareniu. Oxidácia ho ničí. Ale relatívne slabé vyžarovanie M-hviezd môže umožniť, aby sa tento plyn akumuloval v množstve dostupnom na registráciu.

Oxid dusný (N₂O) … Pri rozklade organizmov sa dusík uvoľňuje vo forme oxidu. Nebiologické zdroje tohto plynu sú zanedbateľné.

Čierna je nová zelená

Bez ohľadu na vlastnosti planéty musia fotosyntetické pigmenty spĺňať rovnaké požiadavky ako na Zemi: absorbovať fotóny s najkratšou vlnovou dĺžkou (vysokoenergetické), s najdlhšou vlnovou dĺžkou (ktorú využíva reakčné centrum) alebo najdostupnejšie. Aby sme pochopili, ako typ hviezdy určuje farbu rastlín, bolo potrebné spojiť úsilie výskumníkov z rôznych špecialít.

Prechod hviezd

Farba rastlín závisí od spektra hviezdneho svetla, ktoré môžu astronómovia ľahko pozorovať, a od absorpcie svetla vzduchom a vodou, ktoré autorka a jej kolegovia modelovali na základe pravdepodobného zloženia atmosféry a vlastností života. Obrázok „Vo svete vedy“

Martin Cohen, astronóm z Kalifornskej univerzity v Berkeley, zhromaždil údaje o F-hviezde (Bootes sigma), K-hviezde (epsilon Eridani), aktívne horiacej M-hviezde (AD Leo) a hypotetickom pokojnom M. -hviezda s teplotou 3100 °C. Astronómka Antigona Segura z Národnej autonómnej univerzity v Mexico City uskutočnila počítačové simulácie správania sa planét podobných Zemi v životnej zóne okolo týchto hviezd. Pomocou modelov Alexandra Pavlova z University of Arizona a Jamesa Kastinga z University of Pennsylvania Segura študoval interakciu žiarenia z hviezd s pravdepodobnými zložkami planetárnych atmosfér (za predpokladu, že sopky na nich vyžarujú rovnaké plyny ako na Zemi), pričom zistiť chemické zloženie atmosfér bez kyslíka a s jeho obsahom blízkym zemskému.

Fyzik Giovanna Tinetti z University College London pomocou výsledkov Segura vypočítal absorpciu žiarenia v planetárnych atmosférach pomocou modelu Davida Crispa v Laboratóriu prúdového pohonu v Pasadene v Kalifornii, ktorý sa použil na odhad osvetlenia solárnych panelov na Mars roveroch. Interpretácia týchto výpočtov si vyžadovala spoločné úsilie piatich odborníkov: mikrobiologičky Janet Siefert z Rice University, biochemikov Roberta Blankenshipa z Washingtonskej univerzity v St. Louis a Govindjeeho z University of Illinois v Urbane, planetologičky a Champaigne (Victoria Meadows) z Washington State University a ja, biometeorológ z Goddard Space Research Institute v NASA.

Dospeli sme k záveru, že modré lúče s vrcholom pri 451 nm väčšinou dopadajú na povrchy planét v blízkosti hviezd triedy F. V blízkosti K-hviezd sa vrchol nachádza pri 667 nm, ide o červenú oblasť spektra, ktorá pripomína situáciu na Zemi. V tomto prípade hrá dôležitú úlohu ozón, vďaka ktorému je svetlo F-hviezd modrejšie a svetlo K-hviezd červenšie, než v skutočnosti je. Ukazuje sa, že žiarenie vhodné na fotosyntézu v tomto prípade leží vo viditeľnej oblasti spektra ako na Zemi.

Rastliny na planétach v blízkosti hviezd F a K teda môžu mať takmer rovnakú farbu ako tie na Zemi. Ale v hviezdach F je tok energeticky bohatých modrých fotónov príliš intenzívny, takže rastliny ich musia aspoň čiastočne odrážať pomocou ochranných pigmentov, ako je antokyanín, ktorý rastlinám dodá modrasté sfarbenie. Na fotosyntézu však môžu použiť iba modré fotóny. V tomto prípade by sa malo odrážať všetko svetlo v rozsahu od zelenej po červenú. To povedie k výraznému modrému prerušeniu v spektre odrazeného svetla, ktoré možno ľahko spozorovať ďalekohľadom.

Široký teplotný rozsah pre hviezdy M naznačuje rôzne farby ich planét. Planéta, ktorá obieha okolo pokojnej M-hviezdy, dostáva polovicu energie ako Zem zo Slnka. A hoci to v zásade na život stačí - to je 60-krát viac, ako je potrebné pre tieňomilné rastliny na Zemi - väčšina fotónov pochádzajúcich z týchto hviezd patrí do blízkej infračervenej oblasti spektra. Evolúcia by však mala viesť k vzniku rôznych pigmentov, ktoré dokážu vnímať celé spektrum viditeľného a infračerveného svetla. Rastliny, ktoré pohlcujú prakticky celé ich žiarenie, sa môžu dokonca javiť ako čierne.

Malá fialová bodka

História života na Zemi ukazuje, že rané morské fotosyntetické organizmy na planétach v blízkosti hviezd triedy F, G a K mohli žiť v primárnej atmosfére bez kyslíka a vyvinúť systém kyslíkovej fotosyntézy, ktorá by neskôr viedla k objaveniu sa suchozemských rastlín.. S hviezdami triedy M je situácia komplikovanejšia. Výsledky našich výpočtov naznačujú, že optimálne miesto pre fotosyntetizátory je 9 m pod vodou: vrstva tejto hĺbky zachytáva deštruktívne ultrafialové svetlo, ale umožňuje priechod dostatočného množstva viditeľného svetla. Samozrejme, tieto organizmy si v našich teleskopoch nevšimneme, no mohli by sa stať základom suchozemského života. V zásade platí, že na planétach blízko hviezd M môže byť život rastlín s použitím rôznych pigmentov takmer taký rôznorodý ako na Zemi.

Umožnia nám však budúce vesmírne teleskopy vidieť stopy života na týchto planétach? Odpoveď závisí od toho, aký bude pomer vodnej plochy k pevnine na planéte. V ďalekohľadoch prvej generácie budú planéty vyzerať ako body a detailné štúdium ich povrchu neprichádza do úvahy. Všetko, čo vedci získajú, je celkové spektrum odrazeného svetla. Na základe svojich výpočtov Tinetti tvrdí, že aspoň 20 % povrchu planéty musí byť suchá zem pokrytá rastlinami a nezakrytá mrakmi, aby bolo možné identifikovať rastliny v tomto spektre. Na druhej strane, čím väčšia je oblasť mora, tým viac kyslíka morské fotosyntetizátory uvoľňujú do atmosféry. Preto čím výraznejšie sú pigmentové bioindikátory, tým ťažšie je spozorovať bioindikátory kyslíka a naopak. Astronómovia budú schopní odhaliť buď jedno alebo druhé, ale nie oboje.

Hľadači planét

Európska vesmírna agentúra (ESA) plánuje v najbližších 10 rokoch vypustiť Darwinovu kozmickú loď na štúdium spektier pozemských exoplanét. Earth-Like Planet Seeker NASA urobí to isté, ak agentúra získa financie. Kozmická loď COROT vypustená ESA v decembri 2006 a kozmická loď Kepler, ktorej štart podľa NASA plánuje na rok 2009, sú navrhnuté tak, aby hľadali slabé zníženie jasu hviezd, keď pred nimi prechádzajú planéty podobné Zemi. Vesmírna sonda SIM NASA bude hľadať slabé vibrácie hviezd pod vplyvom planét.

Prítomnosť života na iných planétach - skutočného života, nielen fosílií alebo mikróbov, ktoré sotva prežijú v extrémnych podmienkach - môže byť objavená vo veľmi blízkej budúcnosti. Ktoré hviezdy by sme však mali študovať ako prvé? Budeme schopní zaregistrovať spektrá planét nachádzajúcich sa v blízkosti hviezd, čo je obzvlášť dôležité v prípade hviezd M? V akých rozsahoch a s akým rozlíšením by mali naše teleskopy pozorovať? Pochopenie základov fotosyntézy nám pomôže vytvoriť nové nástroje a interpretovať údaje, ktoré dostávame. Problémy takejto zložitosti možno riešiť len na priesečníku rôznych vied. Zatiaľ sme len na začiatku cesty. Samotná možnosť hľadania mimozemského života závisí od toho, ako hlboko rozumieme základom života tu na Zemi.