Организмы, живущие в различных средах обитания, поглощают те цвета спектра, которые являются для них наиболее доступными
В основу гипотезы, выдвинутой Нэнси Кианг, положены несколько простых фактов: на Земле хлорофилл растений при процессе фотосинтеза поглощает преимущественно синий и красный цвета солнечного спектра. Поэтому растения имеют зеленый цвет, который не поглощается, а отражается листьями растений. А человеческий глаз воспринимает именно отраженный свет.
«Растения на планете, вращающейся вокруг красного карлика, должны выглядеть черными!»
Далее, организмы, живущие в различных средах обитания, поглощают те цвета спектра, которые являются для них наиболее доступными. Например, есть бактерии, которые обитают в непрозрачной воде, где нет видимого света. Эти бактерии используют в процессе фотосинтеза инфракрасное излучение. В спектре солнечного света одних цветов больше, чем других, и атмосфера Земли, как светофильтр, поглощает разные цвета спектра в разной степени.
В результате земной поверхности достигает больше красных световых частиц, чем синих или зеленых, и поэтому растения в основном используют для фотосинтеза именно фотоны красного участка спектра. Не все звезды имеют такой же спектр излучения, как Солнце, и свойства атмосферы на планетах за пределами Солнечной системы могут значительно отличаться от атмосферы Земли.
Кроме того, пути эволюции неисповедимы: внеземные растения для фотосинтеза не обязательно станут использовать хлорофилл. Кианг и ее коллеги смоделировали условия на экстрасолнечных планетах, похожих по основным параметрам на Землю и вращающихся вокруг звезд разного типа, о чем подробно написали в статье в журнале Astrobiology.
Разные спектры солнц, различные атмосферы, химия которых увязана с параметрами родительских звезд, – все это окажет огромное влияние на развитие фотосинтезирующих растений.
Ведь распределение энергии излучения, доходящего до поверхности планеты, по спектру будет сильно отличаться у планет, живущих у звезд разных спектральных типов (от горячих F2 через G2, K2 к очень тусклым M5), да еще оно будет зависеть от концентрации в атмосфере кислорода, озона, водяных паров и углекислого газа.
Где-то это будет синий цвет, где-то максимум придется на инфракрасное излучение и так далее. Каждому типу звезды и планеты исследователи сопоставили свой неповторимый предпочтительный для фотосинтеза участок спектра. Получилось, что растения на планете, вращающейся вокруг красного карлика, должны выглядеть черными! Ведь эти звезды испускают так мало света, что растениям будет выгодно использовать весь его спектр, а именно черные поверхности поглощают максимум излучения.
Единственное, что вряд ли придется увидеть будущим покорителям Вселенной, по мнению Кианг и ее коллег, – это синие леса. Ведь синий цвет обозначает самую высокоэнергетическую часть спектра. Это важно с точки зрения эволюции живого. «Вообще, растения будут «желать» использовать синий свет, как только смогут», – поясняет эту мысль Виктория Мидоуз из Калифорнийского технологического института, соавтор исследования.
Между тем, по словам ученых, первая жизнь на нашей планете могла быть не зеленой, как сейчас, а фиолетовой. Специалисты говорят, что доисторические микробы, вероятнее всего, использовали не хлорофилл для переработки солнечной энергии, а другие химические соединения. «Почему хлорофилл не использует зеленый спектр излучения, если через него передается основная масса энергии?» – задается вопросом микробиолог университета Мериленда Шил Дасшарма.
В конце концов, человеческое зрение в процессе эволюции ведь смогло приспособиться к наибольшей чувствительности к световым волнам в зеленом диапазоне спектра, говорят ученые.
Так почему же то же самое не происходит с хлорофиллом? По мнению биологов из Мериленда, этого не происходит потому, что хлорофилл появился на планете уже после того, как другое светочувствительное химическое соединение, называемое ретинолом, уже присутствовало и активно использовалось растениями.
На сегодня ретинол (или витамин А) можно обнаружить в фиолетовых мембранах фотосинтетической бактерии halobacteria, которая поглощает зеленый цвет и отражает в результате реакции красный и фиолетовый, которые в комбинации дают светло-фиолетовый цвет.
Специалисты говорят, что halobacteria является одной из древнейших форм жизни и в далеком прошлом большая часть растительности на планете функционировала так же, как и данный микроорганизм, то есть выделяла фиолетовый пигмент, не имея хлорофилла.
Позже на Земле появились микроорганизмы, которые использовали хлорофилл, однако они не могли конкурировать с тем, кто в качестве катализатора фотосинтеза использовал ретинол; тем не менее первым удалось выжить за счет того, что они могли поглощать световые волны сразу двух диапазонов, что было гораздо эффективнее, так как для ретинола требовалось прямое воздействие ультрафиолета. «Хлорофилл оказался более эффективным в плане фотосинтеза, чем ретинол. Поэтому новые растения хоть и сосуществовали с растениями, использующими ретинол, но вскоре последние были вытеснены с планеты», – говорит Дасшарма. Также в условиях древней Земли, где кислород был в крайне ограниченных количествах, ретинол был более эффективным, так как его было легче воспроизвести.
Вместе с тем биологи говорят, что данное предположение является пока лишь гипотезой, так как точно определить, что было на планете 3–4 млрд лет назад, уже невозможно. Однако, несмотря на это, данная гипотеза является на сегодня наиболее логичной, так как полностью соответствует химическому составу планеты в первые периоды ее существования.
