Si duken bimët në ekzoplanetët e tjerë?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Kërkimi për jetën jashtëtokësore nuk është më fushë e fantashkencës apo e gjuetarëve të UFO-ve. Ndoshta teknologjitë moderne nuk kanë arritur ende nivelin e kërkuar, por me ndihmën e tyre ne tashmë jemi në gjendje të zbulojmë manifestimet fizike dhe kimike të proceseve themelore që qëndrojnë në themel të gjallesave.

Astronomët kanë zbuluar më shumë se 200 planetë që rrotullohen rreth yjeve jashtë sistemit diellor. Deri më tani nuk mund të japim një përgjigje të qartë për gjasat e ekzistencës së jetës mbi to, por kjo është vetëm çështje kohe. Në korrik 2007, pas analizimit të dritës së yjeve që kaloi nëpër atmosferën e ekzoplanetit, astronomët konfirmuan praninë e ujit në të. Tani po zhvillohen teleskopë që do të bëjnë të mundur kërkimin e gjurmëve të jetës në planetë si Toka sipas spektrit të tyre.

Një nga faktorët e rëndësishëm që ndikon në spektrin e dritës së reflektuar nga një planet mund të jetë procesi i fotosintezës. Por a është e mundur kjo në botë të tjera? Mjaft! Në Tokë, fotosinteza është baza për pothuajse të gjitha gjallesat. Përkundër faktit se disa organizma kanë mësuar të jetojnë në temperatura të larta në metan dhe në kanalet hidrotermale të oqeanit, ne ia detyrojmë dritës së diellit pasurinë e ekosistemeve në sipërfaqen e planetit tonë.

Nga njëra anë, në procesin e fotosintezës, prodhohet oksigjen, i cili, së bashku me ozonin e formuar prej tij, mund të gjendet në atmosferën e planetit. Nga ana tjetër, ngjyra e një planeti mund të tregojë praninë e pigmenteve të veçanta, si klorofili, në sipërfaqen e tij. Pothuajse një shekull më parë, pasi kishin vënë re errësimin sezonal të sipërfaqes së Marsit, astronomët dyshuan për praninë e bimëve në të. Janë bërë përpjekje për të zbuluar shenja të bimëve të gjelbra në spektrin e dritës së reflektuar nga sipërfaqja e planetit. Por dyshimi i kësaj qasjeje u pa edhe nga shkrimtari Herbert Wells, i cili në "Luftën e Botëve" tha: "Natyrisht, mbretëria bimore e Marsit, në ndryshim nga ajo tokësore, ku mbizotëron jeshile, ka një gjak. ngjyra e kuqe." Tani e dimë se nuk ka bimë në Mars dhe shfaqja e zonave më të errëta në sipërfaqe shoqërohet me stuhi pluhuri. Vetë Wells ishte i bindur se ngjyra e Marsit përcaktohet jo më pak nga bimët që mbulojnë sipërfaqen e tij.

Edhe në Tokë, organizmat fotosintetikë nuk kufizohen vetëm në jeshile: disa bimë kanë gjethe të kuqe, dhe algat e ndryshme dhe bakteret fotosintetike shkëlqejnë me të gjitha ngjyrat e ylberit. Dhe bakteret e purpurta përdorin rrezatim infra të kuq nga Dielli përveç dritës së dukshme. Pra, çfarë do të mbizotërojë në planetët e tjerë? Dhe si mund ta shohim këtë? Përgjigja varet nga mekanizmat me të cilët fotosinteza e huaj asimilon dritën e yllit të saj, e cila ndryshon në natyrën e rrezatimit nga Dielli. Përveç kësaj, një përbërje e ndryshme e atmosferës ndikon gjithashtu në përbërjen spektrale të rrezatimit që ka rënë në sipërfaqen e planetit.

Yjet e klasës spektrale M (xhuxhët e kuq) shkëlqejnë dobët, kështu që bimët në planetët e ngjashëm me Tokën pranë tyre duhet të jenë të zeza në mënyrë që të thithin sa më shumë dritë. Yjet e rinj M djegin sipërfaqen e planetëve me ndezje ultravjollcë, kështu që organizmat atje duhet të jenë ujorë. Dielli ynë është i klasës G. Dhe pranë yjeve të klasës F, bimët marrin shumë dritë dhe duhet të reflektojnë një pjesë të konsiderueshme të saj.

Për të imagjinuar se si do të jetë fotosinteza në botët e tjera, së pari duhet të kuptoni se si bimët e kryejnë atë në Tokë. Spektri energjetik i dritës së diellit ka një kulm në rajonin blu-jeshile, gjë që i bëri shkencëtarët të pyesin për një kohë të gjatë pse bimët nuk thithin dritën jeshile më të disponueshme, por, përkundrazi, e reflektojnë atë? Doli se procesi i fotosintezës varet jo aq shumë nga sasia totale e energjisë diellore, por nga energjia e fotoneve individuale dhe numri i fotoneve që përbëjnë dritën.

Çdo foton blu mbart më shumë energji sesa një i kuq, por dielli kryesisht lëshon ato të kuqe. Bimët përdorin fotone blu për shkak të cilësisë së tyre, dhe ato të kuqe për shkak të sasisë së tyre. Gjatësia e valës së dritës jeshile qëndron saktësisht midis së kuqes dhe blusë, por fotonet e gjelbra nuk ndryshojnë në disponueshmëri ose energji, kështu që bimët nuk i përdorin ato.

Gjatë fotosintezës për të fiksuar një atom karboni (që rrjedh nga dioksidi i karbonit, CO₂) në një molekulë sheqeri nevojiten të paktën tetë fotone dhe për ndarjen e një lidhjeje hidrogjen-oksigjen në një molekulë uji (H₂O) - vetëm një. Në këtë rast, shfaqet një elektron i lirë, i cili është i nevojshëm për reagim të mëtejshëm. Në total, për formimin e një molekule oksigjeni (O₂) katër lidhje të tilla duhet të thyhen. Që reaksioni i dytë të formojë një molekulë sheqeri, nevojiten të paktën katër fotone të tjera. Duhet të theksohet se një foton duhet të ketë njëfarë energjie minimale për të marrë pjesë në fotosintezë.

Mënyra se si bimët thithin rrezet e diellit është me të vërtetë një nga mrekullitë e natyrës. Pigmentet fotosintetike nuk ndodhin si molekula individuale. Ato formojnë grupime të përbëra, si të thuash, nga shumë antena, secila prej të cilave është e akorduar për të perceptuar fotone të një gjatësi vale të caktuar. Klorofili kryesisht thith dritën e kuqe dhe blu, ndërsa pigmentet karotenoide që i japin gjetheve të vjeshtës të kuqe dhe të verdhë perceptojnë një nuancë të ndryshme blu. E gjithë energjia e mbledhur nga këto pigmente i dërgohet molekulës së klorofilit që ndodhet në qendrën e reagimit, ku uji ndahet për të formuar oksigjen.

Një kompleks molekulash në një qendër reagimi mund të kryejë reaksione kimike vetëm nëse merr fotone të kuqe ose një sasi ekuivalente energjie në ndonjë formë tjetër. Për të përdorur fotonet blu, pigmentet e antenës e shndërrojnë energjinë e tyre të lartë në energji më të ulët, ashtu si një seri transformatorësh që zvogëlojnë 100,000 volt të një linje energjie në një prizë muri 220 volt. Procesi fillon kur një foton blu godet një pigment që thith dritën blu dhe transferon energji në një nga elektronet në molekulën e tij. Kur një elektron kthehet në gjendjen e tij origjinale, ai e lëshon këtë energji, por për shkak të humbjeve të nxehtësisë dhe dridhjeve, më pak se sa ka thithur.

Sidoqoftë, molekula e pigmentit heq dorë nga energjia e marrë jo në formën e një fotoni, por në formën e një ndërveprimi elektrik me një molekulë tjetër pigmenti, e cila është në gjendje të thithë energjinë e një niveli më të ulët. Nga ana tjetër, pigmenti i dytë lëshon edhe më pak energji dhe ky proces vazhdon derisa energjia e fotonit origjinal blu të bjerë në nivelin e të kuqes.

Qendra e reagimit, si fundi marrës i kaskadës, është përshtatur për të thithur fotonet e disponueshme me energji minimale. Në sipërfaqen e planetit tonë, fotonet e kuqe janë më të shumtat dhe në të njëjtën kohë kanë energjinë më të ulët midis fotoneve në spektrin e dukshëm.

Por për fotosintetizuesit nënujorë, fotonet e kuqe nuk duhet të jenë më të bollshmet. Zona e dritës e përdorur për fotosintezën ndryshon me thellësinë, pasi uji, substancat e tretura në të dhe organizmat në shtresat e sipërme filtrojnë dritën. Rezultati është një shtresim i qartë i formave të gjalla në përputhje me grupin e tyre të pigmenteve. Organizmat nga shtresat më të thella të ujit kanë pigmente që përshtaten me dritën e atyre ngjyrave që nuk janë përthithur nga shtresat e mësipërme. Për shembull, algat dhe cianea kanë pigmentet phycocyanin dhe phycoerythrin, të cilat thithin fotonet jeshile dhe të verdha. Në anoksigjenike (d.m.th. Bakteret jo-prodhuese të oksigjenit janë bakteroklorofili, i cili thith dritën nga rajonet e kuqe të largëta dhe afër infra të kuqe (IR), e cila është në gjendje të depërtojë vetëm në thellësitë e zymta të ujit.

Organizmat që janë përshtatur ndaj dritës së ulët priren të rriten më ngadalë sepse duhet të punojnë më shumë për të thithur të gjithë dritën e disponueshme për ta. Në sipërfaqen e planetit, ku drita është e bollshme, do të ishte e pafavorshme që bimët të prodhonin pigmente të tepërta, kështu që ato përdorin ngjyrat në mënyrë selektive. Të njëjtat parime evolucionare duhet të funksionojnë edhe në sisteme të tjera planetare.

Ashtu si krijesat ujore janë përshtatur me dritën e filtruar nga uji, banorët e tokës janë përshtatur me dritën e filtruar nga gazrat atmosferikë. Në pjesën e sipërme të atmosferës së tokës, fotonet më të bollshme janë të verdha, me një gjatësi vale 560-590 nm. Numri i fotoneve zvogëlohet gradualisht drejt valëve të gjata dhe shkëputet papritur drejt valëve të shkurtra. Ndërsa rrezet e diellit kalojnë nëpër atmosferën e sipërme, avujt e ujit thithin IR në disa breza më të gjatë se 700 nm. Oksigjeni prodhon një gamë të ngushtë linjash absorbimi afër 687 dhe 761 nm. Të gjithë e dinë se ozoni (Oh₃) në stratosferë thith në mënyrë aktive dritën ultravjollcë (UV), por gjithashtu thith pak në rajonin e dukshëm të spektrit.

Pra, atmosfera jonë lë dritare përmes të cilave rrezatimi mund të arrijë në sipërfaqen e planetit. Gama e rrezatimit të dukshëm është e kufizuar në anën blu nga një ndërprerje e mprehtë e spektrit diellor në rajonin me gjatësi vale të shkurtër dhe thithja UV nga ozoni. Kufiri i kuq përcaktohet nga linjat e thithjes së oksigjenit. Piku i numrit të fotoneve është zhvendosur nga e verdha në të kuqe (rreth 685 nm) për shkak të përthithjes së gjerë të ozonit në rajonin e dukshëm.

Bimët janë përshtatur me këtë spektër, i cili përcaktohet kryesisht nga oksigjeni. Por duhet mbajtur mend se vetë bimët furnizojnë me oksigjen atmosferën. Kur organizmat e parë fotosintetikë u shfaqën në Tokë, kishte pak oksigjen në atmosferë, kështu që bimët duhej të përdornin pigmente të tjera përveç klorofilit. Vetëm pas një kalimi kohe, kur fotosinteza ndryshoi përbërjen e atmosferës, klorofili u bë pigmenti optimal.

Dëshmitë e besueshme fosile të fotosintezës janë rreth 3.4 miliardë vjet të vjetra, por mbetjet e mëparshme fosile tregojnë shenja të këtij procesi. Organizmat e parë fotosintetikë duhej të ishin nën ujë, pjesërisht sepse uji është një tretës i mirë për reaksionet biokimike, dhe gjithashtu sepse siguron mbrojtje nga rrezatimi diellor UV, i cili ishte i rëndësishëm në mungesë të një shtrese ozoni atmosferike. Organizma të tillë ishin baktere nënujore që thithnin fotone infra të kuqe. Reaksionet e tyre kimike përfshinin hidrogjen, sulfur hidrogjeni, hekur, por jo ujë; prandaj nuk lëshonin oksigjen. Dhe vetëm 2, 7 miliardë vjet më parë, cianobakteret në oqeane filluan fotosintezën e oksigjenit me lëshimin e oksigjenit. Sasia e oksigjenit dhe shtresa e ozonit u rrit gradualisht, duke lejuar që algat e kuqe dhe kafe të ngriheshin në sipërfaqe. Dhe kur niveli i ujit në ujërat e cekët ishte i mjaftueshëm për t'u mbrojtur nga UV, u shfaqën algat jeshile. Ata kishin pak fikobiliproteina dhe përshtateshin më mirë me dritën e ndritshme pranë sipërfaqes së ujit. 2 miliardë vjet pasi oksigjeni filloi të grumbullohej në atmosferë, pasardhësit e algave jeshile - bimët - u shfaqën në tokë.

Flora ka pësuar ndryshime të rëndësishme - shumëllojshmëria e formave është rritur me shpejtësi: nga myshqet dhe mëlçitë te bimët vaskulare me kurora të larta, të cilat thithin më shumë dritë dhe përshtaten me zona të ndryshme klimatike. Kurora konike e pemëve halore thithin në mënyrë efektive dritën në gjerësi të larta, ku dielli vështirë se ngrihet mbi horizont. Bimët që duan hije prodhojnë anthocyanin për t'u mbrojtur nga drita e ndritshme. Klorofili i gjelbër jo vetëm që është përshtatur mirë me përbërjen moderne të atmosferës, por gjithashtu ndihmon në ruajtjen e tij, duke e mbajtur planetin tonë të gjelbër. Është e mundur që hapi tjetër në evolucion t'i japë një avantazh një organizmi që jeton në hije nën kurorat e pemëve dhe përdor fikobilina për të thithur dritën jeshile dhe të verdhë. Por banorët e shtresës së sipërme, me sa duket, do të mbeten të gjelbër.

Duke e lyer botën me të kuqe

Ndërsa kërkojnë për pigmente fotosintetike në planetë në sisteme të tjera yjore, astronomët duhet të kujtojnë se këto objekte janë në faza të ndryshme të evolucionit. Për shembull, ata mund të ndeshen me një planet të ngjashëm me Tokën, të themi, 2 miliardë vjet më parë. Duhet të kihet parasysh gjithashtu se organizmat fotosintetikë të huaj mund të kenë veti që nuk janë karakteristike për "të afërmit" e tyre tokësorë. Për shembull, ata janë në gjendje të ndajnë molekulat e ujit duke përdorur fotone me gjatësi vale më të gjatë.

Organizmi me gjatësi vale më të gjatë në Tokë është bakteri anoksigjen i purpurt, i cili përdor rrezatim infra të kuqe me një gjatësi vale prej rreth 1015 nm. Mbajtësit e rekordit midis organizmave oksigjenikë janë cianobakteret detare, të cilat thithin në 720 nm. Nuk ka kufi të sipërm për gjatësinë e valës që përcaktohet nga ligjet e fizikës. Thjesht, sistemi i fotosintezës duhet të përdorë një numër më të madh fotonesh me gjatësi vale të gjatë në krahasim me ato me gjatësi vale të shkurtër.

Faktori kufizues nuk është shumëllojshmëria e pigmenteve, por spektri i dritës që arrin në sipërfaqen e planetit, i cili nga ana tjetër varet nga lloji i yllit. Astronomët i klasifikojnë yjet në bazë të ngjyrës së tyre, në varësi të temperaturës, madhësisë dhe moshës së tyre. Jo të gjithë yjet ekzistojnë aq gjatë sa jeta të lindë dhe të zhvillohet në planetët fqinjë. Yjet janë jetëgjatë (sipas uljes së temperaturës) të klasave spektrale F, G, K dhe M. Dielli i përket klasës G. Yjet e klasës F janë më të mëdhenj dhe më të shndritshëm se Dielli, ata digjen, duke lëshuar një më të ndritshëm dritë blu dhe digjen në rreth 2 miliardë vjet. Yjet e klasit K dhe M janë më të vegjël në diametër, më të zbehtë, më të kuq dhe klasifikohen si jetëgjatë.

Rreth çdo ylli ekziston një e ashtuquajtur "zonë e jetës" - një varg orbitash, në të cilat planetët kanë temperaturën e nevojshme për ekzistencën e ujit të lëngshëm. Në sistemin diellor, një zonë e tillë është një unazë e kufizuar nga orbitat e Marsit dhe Tokës. Yjet e nxehtë F kanë një zonë jete më larg nga ylli, ndërsa yjet më të ftohtë K dhe M e kanë atë më afër. Planetët në zonën e jetës së yjeve F-, G- dhe K marrin afërsisht të njëjtën sasi drite të dukshme sa Toka merr nga Dielli. Ka të ngjarë që mbi to të lindë jeta bazuar në të njëjtën fotosintezë oksigjeni si në Tokë, megjithëse ngjyra e pigmenteve mund të zhvendoset brenda rrezes së dukshme.

Yjet e tipit M, të ashtuquajturit xhuxhët e kuq, janë me interes të veçantë për shkencëtarët pasi janë lloji më i zakonshëm i yjeve në galaktikën tonë. Ata lëshojnë dukshëm më pak dritë të dukshme se Dielli: kulmi i intensitetit në spektrin e tyre ndodh në afërsi të IR. John Raven, një biolog në Universitetin e Dundee në Skoci dhe Ray Wolstencroft, një astronom në Observatorin Mbretëror në Edinburg, kanë sugjeruar se fotosinteza oksigjenike është teorikisht e mundur duke përdorur fotone afër infra të kuqe. Në këtë rast, organizmat do të duhet të përdorin tre ose edhe katër fotone IR për të thyer një molekulë uji, ndërsa bimët tokësore përdorin vetëm dy fotone, të cilat mund të krahasohen me hapat e një rakete që i jep energji një elektroni për të kryer një kimikat reagimi.

Yjet e rinj M shfaqin ndezje të fuqishme UV që mund të shmangen vetëm nën ujë. Por kolona e ujit thith edhe pjesë të tjera të spektrit, kështu që organizmave të vendosur në thellësi do t'u mungojë shumë drita. Nëse po, atëherë fotosinteza në këta planetë mund të mos zhvillohet. Ndërsa ylli M plaket, sasia e rrezatimit ultravjollcë të emetuar zvogëlohet, në fazat e mëvonshme të evolucionit bëhet më pak se sa lëshon Dielli ynë. Gjatë kësaj periudhe, nuk ka nevojë për një shtresë mbrojtëse të ozonit dhe jeta në sipërfaqen e planetëve mund të lulëzojë edhe nëse nuk prodhon oksigjen.

Kështu, astronomët duhet të marrin në konsideratë katër skenarë të mundshëm në varësi të llojit dhe moshës së yllit.

Jeta anaerobe në oqean. Një yll në sistemin planetar është i ri, i çdo lloji. Organizmat mund të mos prodhojnë oksigjen. Atmosfera mund të përbëhet nga gazra të tjerë si metani.

Jeta Oqeanike Aerobike. Ylli nuk është më i ri, i asnjë lloji. Ka kaluar mjaft kohë që nga fillimi i fotosintezës oksigjenike për akumulimin e oksigjenit në atmosferë.

Jeta aerobike në tokë. Ylli është i pjekur, i çdo lloji. Toka është e mbuluar me bimë. Jeta në Tokë është pikërisht në këtë fazë.

Jeta tokësore anaerobe. Një yll i zbehtë M me rrezatim të dobët UV. Bimët mbulojnë tokën, por mund të mos prodhojnë oksigjen.

Natyrisht, manifestimet e organizmave fotosintetikë në secilin prej këtyre rasteve do të jenë të ndryshme. Përvoja e xhirimit të planetit tonë nga satelitët sugjeron se është e pamundur të zbulohet jeta në thellësitë e oqeanit duke përdorur një teleskop: dy skenarët e parë nuk na premtojnë shenja me ngjyra të jetës. Mundësia e vetme për ta gjetur është kërkimi i gazeve atmosferike me origjinë organike. Prandaj, studiuesit që përdorin metoda me ngjyra për të kërkuar jetë aliene do të duhet të fokusohen në studimin e bimëve tokësore me fotosintezë oksigjenike në planetë pranë yjeve F-, G- dhe K, ose në planetët e yjeve M, por me çdo lloj fotosinteze.

Shenjat e jetës

Substancat që përveç ngjyrës së bimëve, mund të jenë shenjë e pranisë së jetës

Oksigjeni (O₂) dhe uji (H₂O) … Edhe në një planet pa jetë, drita nga ylli mëmë shkatërron molekulat e avullit të ujit dhe prodhon një sasi të vogël oksigjeni në atmosferë. Por ky gaz tretet shpejt në ujë dhe gjithashtu oksidon shkëmbinjtë dhe gazrat vullkanikë. Prandaj, nëse shihet shumë oksigjen në një planet me ujë të lëngshëm, do të thotë se burime shtesë e prodhojnë atë, me shumë mundësi fotosintezë.

Ozoni (O₃) … Në stratosferën e Tokës, drita ultravjollcë shkatërron molekulat e oksigjenit, të cilat, kur kombinohen, formojnë ozonin. Së bashku me ujin e lëngshëm, ozoni është një tregues i rëndësishëm i jetës. Ndërsa oksigjeni është i dukshëm në spektrin e dukshëm, ozoni është i dukshëm në infra të kuqe, gjë që zbulohet më lehtë me disa teleskopë.

Metani (CH₄) plus oksigjen, ose cikle sezonale … Kombinimi i oksigjenit dhe metanit është i vështirë për t'u marrë pa fotosintezë. Luhatjet sezonale në përqendrimin e metanit janë gjithashtu një shenjë e sigurt e jetës. Dhe në një planet të vdekur, përqendrimi i metanit është pothuajse konstant: ai vetëm zvogëlohet ngadalë ndërsa rrezet e diellit shpërbëjnë molekulat

Klorometani (CH₃Cl) … Në Tokë, ky gaz formohet nga djegia e bimëve (kryesisht në zjarret pyjore) dhe nga ekspozimi ndaj dritës së diellit në plankton dhe klori në ujin e detit. Oksidimi e shkatërron atë. Por emetimi relativisht i dobët i yjeve M mund të lejojë që ky gaz të grumbullohet në një sasi të disponueshme për regjistrim.

Oksidi i azotit (N₂O) … Kur organizmat prishen, azoti lirohet në formën e një oksidi. Burimet jo-biologjike të këtij gazi janë të papërfillshme.

E zeza është jeshile e re

Pavarësisht nga karakteristikat e planetit, pigmentet fotosintetike duhet të plotësojnë të njëjtat kërkesa si në Tokë: thithin fotonet me gjatësinë e valës më të shkurtër (energji të lartë), me gjatësinë më të madhe të valës (që përdor qendra e reagimit) ose më të disponueshme. Për të kuptuar se si lloji i yllit përcakton ngjyrën e bimëve, ishte e nevojshme të kombinoheshin përpjekjet e studiuesve nga specialitete të ndryshme.

Drita e yjeve kalon

Ngjyra e bimëve varet nga spektri i dritës së yjeve, të cilin astronomët mund ta vëzhgojnë lehtësisht, dhe nga thithja e dritës nga ajri dhe uji, të cilin autorja dhe kolegët e saj e modeluan bazuar në përbërjen e mundshme të atmosferës dhe vetitë e jetës. Imazhi "Në botën e shkencës"

Martin Cohen, një astronom në Universitetin e Kalifornisë, Berkeley, mblodhi të dhëna për një yll F (Bootes sigma), një yll K (epsilon Eridani), një yll M me ndezje aktive (AD Leo) dhe një M-yll hipotetik të qetë. -yll me temperaturë 3100°C. Astronomja Antigona Segura e Universitetit Kombëtar Autonom në Mexico City ka kryer simulime kompjuterike të sjelljes së planetëve të ngjashëm me Tokën në zonën e jetës rreth këtyre yjeve. Duke përdorur modele nga Alexander Pavlov nga Universiteti i Arizonës dhe James Kasting i Universitetit të Pensilvanisë, Segura studioi ndërveprimin e rrezatimit nga yjet me përbërësit e mundshëm të atmosferave planetare (duke supozuar se vullkanet lëshojnë të njëjtat gazra mbi to si në Tokë), duke u përpjekur për të kuptuar përbërjen kimike të atmosferave si me mungesë oksigjeni ashtu edhe me përmbajtjen e tij afër asaj të tokës.

Duke përdorur rezultatet e Segura, fizikanti i Kolegjit Universitar të Londrës, Giovanna Tinetti, llogariti thithjen e rrezatimit në atmosferat planetare duke përdorur modelin e David Crisp në Laboratorin Jet Propulsion në Pasadena, Kaliforni, i cili u përdor për të vlerësuar ndriçimin e paneleve diellore në roverët e Marsit. Interpretimi i këtyre llogaritjeve kërkonte përpjekjet e kombinuara të pesë ekspertëve: mikrobiologes Janet Siefert në Universitetin Rice, biokimistëve Robert Blankenship në Universitetin e Uashingtonit në St. dhe unë, një biometeorolog nga Instituti i Kërkimeve Hapësinore Goddard të NASA-s.

Ne arritëm në përfundimin se rrezet blu me një kulm në 451 nm arrijnë kryesisht në sipërfaqet e planetëve pranë yjeve të klasës F. Pranë yjeve K, kulmi ndodhet në 667 nm, ky është rajoni i kuq i spektrit, i cili i ngjan situatës në Tokë. Në këtë rast, ozoni luan një rol të rëndësishëm, duke e bërë dritën e yjeve F më të kaltër, dhe dritën e yjeve K më të kuqe se sa është në të vërtetë. Rezulton se rrezatimi i përshtatshëm për fotosintezë në këtë rast qëndron në rajonin e dukshëm të spektrit, si në Tokë.

Kështu, bimët në planetët pranë yjeve F dhe K mund të kenë pothuajse të njëjtën ngjyrë si ato në Tokë. Por në yjet F, fluksi i fotoneve blu të pasura me energji është shumë intensiv, kështu që bimët duhet të paktën pjesërisht t'i reflektojnë ato duke përdorur pigmente mbrojtëse si anthocyanina, të cilat do t'u japin bimëve një ngjyrim kaltërosh. Megjithatë, ata mund të përdorin vetëm fotone blu për fotosintezë. Në këtë rast, e gjithë drita në rangun nga jeshile në të kuqe duhet të reflektohet. Kjo do të rezultojë në një ndërprerje të veçantë blu në spektrin e dritës së reflektuar që mund të dallohet lehtësisht me një teleskop.

Gama e gjerë e temperaturave për yjet M sugjeron një larmi ngjyrash për planetët e tyre. Duke rrotulluar një yll të qetë M, planeti merr gjysmën e energjisë që merr Toka nga Dielli. Dhe megjithëse kjo, në parim, është e mjaftueshme për jetën - kjo është 60 herë më shumë sesa kërkohet për bimët hijedashëse në Tokë - shumica e fotoneve që vijnë nga këto yje i përkasin rajonit afër IR të spektrit. Por evolucioni duhet të çojë në shfaqjen e një shumëllojshmërie pigmentesh që mund të perceptojnë të gjithë spektrin e dritës së dukshme dhe infra të kuqe. Bimët që thithin pothuajse të gjithë rrezatimin e tyre mund të duken edhe të zeza.

Pika e vogël vjollce

Historia e jetës në Tokë tregon se organizmat e hershëm fotosintetikë detarë në planetët afër yjeve të klasës F, G dhe K mund të jetonin në një atmosferë primare pa oksigjen dhe të zhvillonin një sistem fotosinteze oksigjeni, i cili më vonë do të çonte në shfaqjen e bimëve tokësore.. Situata me yjet e klasit M është më e ndërlikuar. Rezultatet e llogaritjeve tona tregojnë se vendi optimal për fotosintetizuesit është 9 m nën ujë: një shtresë e kësaj thellësie bllokon dritën shkatërruese ultravjollcë, por lejon që drita e mjaftueshme e dukshme të kalojë. Sigurisht, ne nuk do t'i vëmë re këto organizma në teleskopët tanë, por ato mund të bëhen baza e jetës tokësore. Në parim, në planetët afër yjeve M, jeta bimore, duke përdorur pigmente të ndryshme, mund të jetë pothuajse aq e larmishme sa në Tokë.

Por a do të na lejojnë teleskopët hapësinorë të ardhshëm të shohim gjurmë të jetës në këto planetë? Përgjigja varet se cili do të jetë raporti i sipërfaqes së ujit me tokën në planet. Në teleskopët e gjeneratës së parë, planetët do të duken si pika dhe një studim i detajuar i sipërfaqes së tyre nuk bëhet fjalë. Gjithçka që shkencëtarët do të marrin është spektri i përgjithshëm i dritës së reflektuar. Bazuar në llogaritjet e tij, Tinetti argumenton se të paktën 20% e sipërfaqes së planetit duhet të jetë tokë e thatë e mbuluar me bimë dhe jo e mbuluar nga retë për të identifikuar bimët në këtë spektër. Nga ana tjetër, sa më e madhe të jetë zona e detit, aq më shumë oksigjen lëshojnë fotosintetizuesit detarë në atmosferë. Prandaj, sa më të theksuar të jenë bioindikatorët e pigmentit, aq më e vështirë është të vërehen bioindikatorët e oksigjenit dhe anasjelltas. Astronomët do të jenë në gjendje të zbulojnë njërën ose tjetrën, por jo të dyja.

Kërkuesit e planetit

Agjencia Evropiane e Hapësirës (ESA) planifikon të nisë anijen kozmike Darvin në 10 vitet e ardhshme për të studiuar spektrat e ekzoplaneteve tokësore. Kërkuesi i planetit si Toka i NASA-s do të bëjë të njëjtën gjë nëse agjencia merr fonde. Anija kozmike COROT, e lëshuar nga ESA në dhjetor 2006 dhe anija kozmike Kepler, e planifikuar nga NASA për nisje në 2009, janë projektuar për të kërkuar ulje të zbehta të shkëlqimit të yjeve ndërsa planetë të ngjashëm me Tokën kalojnë para tyre. Anija kozmike SIM e NASA-s do të kërkojë dridhje të zbehta të yjeve nën ndikimin e planetëve.

Prania e jetës në planetë të tjerë - jeta reale, jo vetëm fosilet apo mikrobet që mezi mbijetojnë në kushte ekstreme - mund të zbulohet në të ardhmen shumë të afërt. Por cilët yje duhet të studiojmë më parë? A do të jemi në gjendje të regjistrojmë spektrat e planetëve të vendosur afër yjeve, gjë që është veçanërisht e rëndësishme në rastin e yjeve M? Në çfarë rrezesh dhe me çfarë rezolucioni duhet të vëzhgojnë teleskopët tanë? Të kuptuarit e bazave të fotosintezës do të na ndihmojë të krijojmë instrumente të reja dhe të interpretojmë të dhënat që marrim. Problemet e një kompleksiteti të tillë mund të zgjidhen vetëm në kryqëzimin e shkencave të ndryshme. Deri tani jemi vetëm në fillim të rrugës. Vetë mundësia e kërkimit të jetës jashtëtokësore varet nga sa thellë kuptojmë bazat e jetës këtu në Tokë.