Seperti apa bentuk tumbuhan di exoplanet lain?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Pencarian kehidupan di luar bumi tidak lagi menjadi domain fiksi ilmiah atau pemburu UFO. Mungkin teknologi modern belum mencapai tingkat yang diperlukan, tetapi dengan bantuan mereka, kami sudah dapat mendeteksi manifestasi fisik dan kimia dari proses mendasar yang mendasari makhluk hidup.

Para astronom telah menemukan lebih dari 200 planet yang mengorbit bintang di luar tata surya. Sejauh ini kami tidak dapat memberikan jawaban yang jelas tentang kemungkinan adanya kehidupan pada mereka, tetapi ini hanya masalah waktu. Pada Juli 2007, setelah menganalisis cahaya bintang yang melewati atmosfer planet ekstrasurya, para astronom mengkonfirmasi keberadaan air di atasnya. Teleskop sekarang sedang dikembangkan yang akan memungkinkan untuk mencari jejak kehidupan di planet-planet seperti Bumi dengan spektrum mereka.

Salah satu faktor penting yang mempengaruhi spektrum cahaya yang dipantulkan oleh suatu planet mungkin adalah proses fotosintesis. Tetapi apakah ini mungkin di dunia lain? Lumayan! Di Bumi, fotosintesis adalah dasar bagi hampir semua makhluk hidup. Terlepas dari kenyataan bahwa beberapa organisme telah belajar untuk hidup pada suhu tinggi di metana dan di ventilasi hidrotermal laut, kita berutang kekayaan ekosistem di permukaan planet kita kepada sinar matahari.

Di satu sisi, dalam proses fotosintesis, oksigen diproduksi, yang, bersama dengan ozon yang terbentuk darinya, dapat ditemukan di atmosfer planet ini. Di sisi lain, warna sebuah planet dapat menunjukkan adanya pigmen khusus, seperti klorofil, pada permukaannya. Hampir seabad yang lalu, setelah memperhatikan penggelapan musiman permukaan Mars, para astronom mencurigai adanya tanaman di atasnya. Upaya telah dilakukan untuk mendeteksi tanda-tanda tumbuhan hijau dalam spektrum cahaya yang dipantulkan dari permukaan planet. Tetapi keraguan dari pendekatan ini terlihat bahkan oleh penulis Herbert Wells, yang dalam "Perang Dunia" mengatakan: "Jelas, kerajaan sayuran Mars, berbeda dengan yang duniawi, di mana hijau mendominasi, memiliki darah- warna merah." Kita sekarang tahu bahwa tidak ada tanaman di Mars, dan munculnya area yang lebih gelap di permukaan dikaitkan dengan badai debu. Wells sendiri yakin bahwa warna Mars tidak sedikit ditentukan oleh tumbuhan yang menutupi permukaannya.

Bahkan di Bumi, organisme fotosintesis tidak terbatas pada hijau: beberapa tanaman memiliki daun merah, dan berbagai ganggang dan bakteri fotosintetik berkilau dengan semua warna pelangi. Dan bakteri ungu menggunakan radiasi infra merah dari Matahari selain cahaya tampak. Jadi apa yang akan terjadi di planet lain? Dan bagaimana kita bisa melihat ini? Jawabannya tergantung pada mekanisme fotosintesis alien yang mengasimilasi cahaya bintangnya, yang berbeda dalam sifat radiasi dari Matahari. Selain itu, komposisi atmosfer yang berbeda juga mempengaruhi komposisi spektral insiden radiasi di permukaan planet.

Bintang kelas spektral M (katai merah) bersinar redup, sehingga tanaman di planet mirip Bumi di dekat mereka harus berwarna hitam agar dapat menyerap cahaya sebanyak mungkin. Bintang M muda menghanguskan permukaan planet dengan sinar ultraviolet, jadi organisme di sana pastilah akuatik. Matahari kita adalah kelas G. Dan di dekat bintang kelas F, tumbuhan menerima terlalu banyak cahaya dan harus memantulkan sebagian besar cahaya itu.

Untuk membayangkan seperti apa fotosintesis di dunia lain, Anda harus terlebih dahulu memahami bagaimana tanaman melakukannya di Bumi. Spektrum energi sinar matahari memiliki puncak di wilayah biru-hijau, yang membuat para ilmuwan bertanya-tanya untuk waktu yang lama mengapa tanaman tidak menyerap sebagian besar cahaya hijau yang tersedia, tetapi, sebaliknya, memantulkannya? Ternyata proses fotosintesis tidak terlalu bergantung pada jumlah total energi matahari, tetapi pada energi masing-masing foton dan jumlah foton yang menyusun cahaya.

Setiap foton biru membawa lebih banyak energi daripada foton merah, tetapi matahari sebagian besar memancarkan energi merah. Tumbuhan menggunakan foton biru karena kualitasnya, dan foton merah karena kuantitasnya. Panjang gelombang cahaya hijau terletak persis antara merah dan biru, tetapi foton hijau tidak berbeda dalam ketersediaan atau energi, sehingga tanaman tidak menggunakannya.

Selama fotosintesis untuk memperbaiki satu atom karbon (berasal dari karbon dioksida, CO₂) dalam molekul gula, paling tidak diperlukan delapan foton, dan untuk pemutusan ikatan hidrogen-oksigen dalam molekul air (H₂O) - hanya satu. Dalam hal ini, elektron bebas muncul, yang diperlukan untuk reaksi lebih lanjut. Secara total, untuk pembentukan satu molekul oksigen (O₂) empat ikatan semacam itu perlu diputus. Untuk reaksi kedua untuk membentuk molekul gula, diperlukan setidaknya empat foton lagi. Perlu dicatat bahwa foton harus memiliki energi minimum untuk mengambil bagian dalam fotosintesis.

Cara tanaman menyerap sinar matahari benar-benar salah satu keajaiban alam. Pigmen fotosintesis tidak terjadi sebagai molekul individu. Mereka membentuk kelompok yang terdiri dari banyak antena, yang masing-masing disetel untuk menangkap foton dengan panjang gelombang tertentu. Klorofil terutama menyerap cahaya merah dan biru, sedangkan pigmen karotenoid yang memberikan warna merah dan kuning pada dedaunan musim gugur merasakan warna biru yang berbeda. Semua energi yang dikumpulkan oleh pigmen ini dikirim ke molekul klorofil yang terletak di pusat reaksi, di mana air membelah untuk membentuk oksigen.

Kompleks molekul di pusat reaksi dapat melakukan reaksi kimia hanya jika menerima foton merah atau jumlah energi yang setara dalam bentuk lain. Untuk menggunakan foton biru, pigmen antena mengubah energi tinggi menjadi energi yang lebih rendah, seperti rangkaian transformator penurun tegangan yang mengurangi 100.000 volt saluran listrik ke stopkontak 220 volt. Prosesnya dimulai ketika foton biru menabrak pigmen yang menyerap cahaya biru dan mentransfer energi ke salah satu elektron dalam molekulnya. Ketika sebuah elektron kembali ke keadaan semula, ia memancarkan energi ini, tetapi karena kehilangan panas dan getaran, lebih sedikit daripada yang diserapnya.

Namun, molekul pigmen melepaskan energi yang diterima tidak dalam bentuk foton, tetapi dalam bentuk interaksi listrik dengan molekul pigmen lain, yang mampu menyerap energi tingkat yang lebih rendah. Pada gilirannya, pigmen kedua melepaskan lebih sedikit energi, dan proses ini berlanjut sampai energi foton biru asli turun ke tingkat merah.

Pusat reaksi, sebagai ujung penerima kaskade, disesuaikan untuk menyerap foton yang tersedia dengan energi minimal. Di permukaan planet kita, foton merah adalah yang paling banyak dan pada saat yang sama memiliki energi terendah di antara foton dalam spektrum yang terlihat.

Tetapi untuk fotosintesis bawah air, foton merah tidak harus yang paling melimpah. Area cahaya yang digunakan untuk fotosintesis berubah dengan kedalaman seperti air, zat terlarut di dalamnya, dan organisme di lapisan atas menyaring cahaya. Hasilnya adalah stratifikasi yang jelas dari bentuk-bentuk kehidupan sesuai dengan kumpulan pigmennya. Organisme dari lapisan air yang lebih dalam memiliki pigmen yang disesuaikan dengan cahaya warna-warna yang tidak diserap oleh lapisan di atasnya. Misalnya, alga dan cyanea memiliki pigmen phycocyanin dan phycoerythrin, yang menyerap foton hijau dan kuning. Dalam anoksigenik (mis.bakteri non-penghasil oksigen) adalah bacteriochlorophyll, yang menyerap cahaya dari daerah merah jauh dan inframerah dekat (IR), yang hanya mampu menembus kedalaman air yang suram.

Organisme yang telah beradaptasi dengan cahaya rendah cenderung tumbuh lebih lambat karena mereka harus bekerja lebih keras untuk menyerap semua cahaya yang tersedia bagi mereka. Di permukaan planet, di mana cahaya berlimpah, akan merugikan bagi tanaman untuk menghasilkan pigmen berlebih, sehingga mereka selektif menggunakan warna. Prinsip-prinsip evolusi yang sama harus bekerja di sistem planet lain juga.

Sama seperti makhluk air telah beradaptasi dengan cahaya yang disaring oleh air, penghuni darat telah beradaptasi dengan cahaya yang disaring oleh gas atmosfer. Di bagian atas atmosfer bumi, foton paling melimpah berwarna kuning, dengan panjang gelombang 560-590 nm. Jumlah foton berangsur-angsur berkurang menuju gelombang panjang dan tiba-tiba putus menuju gelombang pendek. Saat sinar matahari melewati atmosfer bagian atas, uap air menyerap IR dalam beberapa pita yang lebih panjang dari 700 nm. Oksigen menghasilkan kisaran sempit garis penyerapan dekat 687 dan 761 nm. Semua orang tahu bahwa ozon (Oh₃) di stratosfer secara aktif menyerap sinar ultraviolet (UV), tetapi juga sedikit menyerap di wilayah spektrum yang terlihat.

Jadi, atmosfer kita meninggalkan jendela yang melaluinya radiasi dapat mencapai permukaan planet. Kisaran radiasi tampak dibatasi di sisi biru oleh pemotongan tajam spektrum matahari di wilayah panjang gelombang pendek dan penyerapan UV oleh ozon. Batas merah ditentukan oleh garis penyerapan oksigen. Puncak jumlah foton bergeser dari kuning menjadi merah (sekitar 685 nm) karena penyerapan ozon yang luas di wilayah yang terlihat.

Tumbuhan beradaptasi dengan spektrum ini, yang terutama ditentukan oleh oksigen. Tetapi harus diingat bahwa tanaman itu sendiri memasok oksigen ke atmosfer. Ketika organisme fotosintesis pertama muncul di Bumi, hanya ada sedikit oksigen di atmosfer, sehingga tanaman harus menggunakan pigmen selain klorofil. Hanya setelah selang waktu, ketika fotosintesis mengubah komposisi atmosfer, klorofil menjadi pigmen yang optimal.

Bukti fosil fotosintesis yang andal berusia sekitar 3,4 miliar tahun, tetapi sisa-sisa fosil sebelumnya menunjukkan tanda-tanda proses ini. Organisme fotosintesis pertama harus berada di bawah air, sebagian karena air adalah pelarut yang baik untuk reaksi biokimia, dan juga karena memberikan perlindungan dari radiasi UV matahari, yang penting tanpa adanya lapisan ozon di atmosfer. Organisme tersebut adalah bakteri bawah air yang menyerap foton inframerah. Reaksi kimia mereka termasuk hidrogen, hidrogen sulfida, besi, tetapi bukan air; oleh karena itu, mereka tidak memancarkan oksigen. Dan hanya 2, 7 miliar tahun yang lalu, cyanobacteria di lautan memulai fotosintesis oksigen dengan pelepasan oksigen. Jumlah oksigen dan lapisan ozon meningkat secara bertahap, memungkinkan ganggang merah dan coklat naik ke permukaan. Dan ketika permukaan air di perairan dangkal cukup untuk melindungi dari sinar UV, ganggang hijau muncul. Mereka memiliki sedikit fikobiliprotein dan lebih baik beradaptasi dengan cahaya terang di dekat permukaan air. 2 miliar tahun setelah oksigen mulai menumpuk di atmosfer, keturunan ganggang hijau - tanaman - muncul di darat.

Flora telah mengalami perubahan signifikan - variasi bentuk meningkat pesat: dari lumut dan lumut hati hingga tanaman vaskular dengan mahkota tinggi, yang menyerap lebih banyak cahaya dan beradaptasi dengan zona iklim yang berbeda. Mahkota kerucut pohon jenis konifera secara efektif menyerap cahaya di lintang tinggi, di mana matahari hampir tidak terbit di atas cakrawala. Tanaman yang menyukai naungan menghasilkan antosianin untuk melindungi dari cahaya terang. Klorofil hijau tidak hanya beradaptasi dengan baik dengan komposisi atmosfer modern, tetapi juga membantu menjaganya, menjaga planet kita tetap hijau. Ada kemungkinan bahwa langkah evolusi selanjutnya akan memberikan keuntungan bagi organisme yang hidup di bawah naungan di bawah tajuk pohon dan menggunakan fikobilin untuk menyerap cahaya hijau dan kuning. Tetapi penghuni tingkat atas, tampaknya, akan tetap hijau.

Melukis dunia dengan warna merah

Saat mencari pigmen fotosintesis di planet-planet di sistem bintang lain, para astronom harus ingat bahwa objek-objek ini berada pada tahap evolusi yang berbeda. Misalnya, mereka mungkin menemukan planet yang mirip dengan Bumi, katakanlah, 2 miliar tahun yang lalu. Juga harus diingat bahwa organisme fotosintesis asing mungkin memiliki sifat-sifat yang bukan merupakan karakteristik dari "kerabat" terestrial mereka. Misalnya, mereka mampu memecah molekul air menggunakan foton dengan panjang gelombang yang lebih panjang.

Organisme dengan panjang gelombang terpanjang di Bumi adalah bakteri anoksigenik ungu, yang menggunakan radiasi inframerah dengan panjang gelombang sekitar 1015 nm. Pemegang rekor di antara organisme oksigenik adalah cyanobacteria laut, yang menyerap pada 720 nm. Tidak ada batas atas panjang gelombang yang ditentukan oleh hukum fisika. Hanya saja sistem fotosintesis harus menggunakan lebih banyak foton panjang gelombang panjang dibandingkan dengan foton panjang gelombang pendek.

Faktor pembatas bukanlah variasi pigmen, tetapi spektrum cahaya yang mencapai permukaan planet, yang pada gilirannya tergantung pada jenis bintang. Para astronom mengklasifikasikan bintang berdasarkan warnanya, tergantung pada suhu, ukuran, dan usianya. Tidak semua bintang ada cukup lama untuk kehidupan muncul dan berkembang di planet tetangga. Bintang-bintang berumur panjang (dalam urutan penurunan suhu) kelas spektral F, G, K, dan M. Matahari termasuk kelas G. Bintang kelas F lebih besar dan lebih terang dari Matahari, mereka terbakar, memancarkan cahaya yang lebih terang. cahaya biru dan terbakar dalam waktu sekitar 2 miliar tahun. Bintang kelas K dan M berdiameter lebih kecil, lebih redup, lebih merah, dan diklasifikasikan sebagai bintang yang berumur panjang.

Di sekitar setiap bintang ada apa yang disebut "zona kehidupan" - rentang orbit, di mana planet-planet memiliki suhu yang diperlukan untuk keberadaan air cair. Di tata surya, zona seperti itu adalah cincin yang dibatasi oleh orbit Mars dan Bumi. Bintang F yang panas memiliki zona kehidupan yang lebih jauh dari bintang tersebut, sedangkan bintang K dan M yang lebih dingin memiliki zona kehidupan yang lebih dekat. Planet-planet di zona kehidupan bintang-F, G- dan K-bintang menerima jumlah cahaya tampak yang kira-kira sama dengan yang diterima Bumi dari Matahari. Ada kemungkinan bahwa kehidupan dapat muncul pada mereka berdasarkan fotosintesis oksigenik yang sama seperti di Bumi, meskipun warna pigmen dapat bergeser dalam kisaran yang terlihat.

Bintang tipe-M, yang disebut katai merah, sangat menarik bagi para ilmuwan karena mereka adalah jenis bintang yang paling umum di Galaksi kita. Mereka memancarkan cahaya yang terlihat lebih sedikit daripada Matahari: puncak intensitas dalam spektrum mereka terjadi di dekat-IR. John Raven, seorang ahli biologi di University of Dundee di Skotlandia, dan Ray Wolstencroft, seorang astronom di Royal Observatory di Edinburgh, telah menyarankan bahwa fotosintesis oksigen secara teoritis dimungkinkan menggunakan foton inframerah-dekat. Dalam hal ini, organisme harus menggunakan tiga atau bahkan empat foton IR untuk memecahkan molekul air, sedangkan tanaman terestrial hanya menggunakan dua foton, yang dapat disamakan dengan langkah-langkah roket yang memberikan energi ke elektron untuk melakukan kimia. reaksi.

Bintang M muda menunjukkan suar UV yang kuat yang hanya dapat dihindari di bawah air. Tetapi kolom air juga menyerap bagian lain dari spektrum, sehingga organisme yang terletak di kedalaman akan sangat kekurangan cahaya. Jika demikian, maka fotosintesis di planet-planet ini mungkin tidak berkembang. Seiring bertambahnya usia bintang-M, jumlah radiasi ultraviolet yang dipancarkan berkurang, pada tahap evolusi selanjutnya menjadi kurang dari yang dipancarkan Matahari kita. Selama periode ini, tidak diperlukan lapisan ozon pelindung, dan kehidupan di permukaan planet dapat berkembang meskipun tidak menghasilkan oksigen.

Dengan demikian, para astronom harus mempertimbangkan empat skenario yang mungkin tergantung pada jenis dan usia bintang.

Kehidupan Laut Anaerobik. Sebuah bintang di sistem planet masih muda, jenis apa pun. Organisme mungkin tidak menghasilkan oksigen. Atmosfer dapat terdiri dari gas-gas lain seperti metana.

Kehidupan Laut Aerobik. Bintang tidak lagi muda, jenis apa pun. Cukup waktu telah berlalu sejak permulaan fotosintesis oksigenik untuk akumulasi oksigen di atmosfer.

Kehidupan darat aerobik. Bintang itu dewasa, dalam jenis apa pun. Tanahnya ditumbuhi tanaman. Kehidupan di Bumi hanya pada tahap ini.

Kehidupan darat anaerob. Bintang M yang redup dengan radiasi UV yang lemah. Tumbuhan menutupi tanah tetapi mungkin tidak menghasilkan oksigen.

Secara alami, manifestasi organisme fotosintesis dalam setiap kasus ini akan berbeda. Pengalaman memotret planet kita dari satelit menunjukkan bahwa tidak mungkin mendeteksi kehidupan di kedalaman laut menggunakan teleskop: dua skenario pertama tidak menjanjikan kita tanda-tanda kehidupan yang berwarna. Satu-satunya kesempatan untuk menemukannya adalah dengan mencari gas atmosfer yang berasal dari organik. Oleh karena itu, peneliti yang menggunakan metode warna untuk mencari kehidupan asing harus fokus mempelajari tanaman darat dengan fotosintesis oksigenik di planet dekat bintang F-, G- dan K, atau di planet bintang-M, tetapi dengan semua jenis fotosintesis.

Tanda-tanda kehidupan

Zat itu, selain warna tumbuhan, bisa menjadi tanda adanya kehidupan

Oksigen (O₂) dan air (H₂HAI) … Bahkan di planet tak bernyawa, cahaya dari bintang induk menghancurkan molekul uap air dan menghasilkan sejumlah kecil oksigen di atmosfer. Tapi gas ini cepat larut dalam air dan juga mengoksidasi batuan dan gas vulkanik. Oleh karena itu, jika banyak oksigen terlihat di planet dengan air cair, itu berarti bahwa sumber tambahan menghasilkannya, kemungkinan besar fotosintesis.

Ozon (O₃) … Di stratosfer Bumi, sinar ultraviolet menghancurkan molekul oksigen, yang bila digabungkan akan membentuk ozon. Bersama dengan air cair, ozon merupakan indikator penting kehidupan. Sementara oksigen terlihat dalam spektrum yang terlihat, ozon terlihat dalam inframerah, yang lebih mudah dideteksi dengan beberapa teleskop.

Metana (CH₄) ditambah oksigen, atau siklus musiman … Kombinasi oksigen dan metana sulit diperoleh tanpa fotosintesis. Fluktuasi musiman dalam konsentrasi metana juga merupakan tanda pasti kehidupan. Dan di planet mati, konsentrasi metana hampir konstan: hanya berkurang perlahan saat sinar matahari memecah molekul

Klorometana (CH₃Cl) … Di Bumi, gas ini terbentuk dari pembakaran tanaman (terutama dalam kebakaran hutan) dan paparan sinar matahari pada plankton dan klorin dalam air laut. Oksidasi menghancurkannya. Tetapi emisi bintang-M yang relatif lemah dapat memungkinkan gas ini terakumulasi dalam jumlah yang tersedia untuk didaftarkan.

Dinitrogen oksida (N₂HAI) … Ketika organisme membusuk, nitrogen dilepaskan dalam bentuk oksida. Sumber non-biologis dari gas ini dapat diabaikan.

Hitam adalah hijau baru

Terlepas dari karakteristik planet ini, pigmen fotosintesis harus memenuhi persyaratan yang sama seperti di Bumi: menyerap foton dengan panjang gelombang terpendek (energi tinggi), dengan panjang gelombang terpanjang (yang digunakan pusat reaksi), atau yang paling tersedia. Untuk memahami bagaimana jenis bintang menentukan warna tanaman, perlu untuk menggabungkan upaya para peneliti dari spesialisasi yang berbeda.

Cahaya bintang lewat

Warna tumbuhan bergantung pada spektrum cahaya bintang, yang dapat dengan mudah diamati oleh para astronom, dan penyerapan cahaya oleh udara dan air, yang dimodelkan oleh penulis dan rekan-rekannya berdasarkan kemungkinan komposisi atmosfer dan sifat-sifat kehidupan. Gambar "Dalam dunia sains"

Martin Cohen, astronom di University of California, Berkeley, mengumpulkan data tentang bintang-F (Bootes sigma), bintang-K (epsilon Eridani), bintang-M yang menyala aktif (AD Leo), dan M -bintang dengan suhu 3100 ° C. Astronom Antigona Segura dari National Autonomous University di Mexico City telah melakukan simulasi komputer dari perilaku planet mirip Bumi di zona kehidupan di sekitar bintang-bintang ini. Menggunakan model oleh Alexander Pavlov dari University of Arizona dan James Kasting dari University of Pennsylvania, Segura mempelajari interaksi radiasi dari bintang dengan kemungkinan komponen atmosfer planet (dengan asumsi bahwa gunung berapi memancarkan gas yang sama seperti di Bumi), mencoba untuk mengetahui komposisi kimia atmosfer baik yang kekurangan oksigen maupun dengan kandungannya yang mendekati kandungan di bumi.

Menggunakan hasil Segura, fisikawan University College London Giovanna Tinetti menghitung penyerapan radiasi di atmosfer planet menggunakan model David Crisp di Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, California, yang digunakan untuk memperkirakan iluminasi panel surya pada penjelajah Mars. Menafsirkan perhitungan ini memerlukan upaya gabungan dari lima ahli: ahli mikrobiologi Janet Siefert di Rice University, ahli biokimia Robert Blankenship di Washington University di St Louis, dan Govindjee di University of Illinois di Urbana, ahli planet dan Champaigne (Victoria Meadows) dari Washington State University dan saya, seorang ahli biometeorologi dari Goddard Space Research Institute NASA.

Kami menyimpulkan bahwa sinar biru dengan puncak pada 451 nm sebagian besar mencapai permukaan planet dekat bintang kelas F. Dekat K-bintang, puncaknya terletak di 667 nm, ini adalah wilayah spektrum merah, yang menyerupai situasi di Bumi. Dalam hal ini, ozon memainkan peran penting, membuat cahaya bintang-F lebih biru, dan cahaya bintang-K lebih merah dari yang sebenarnya. Ternyata radiasi yang cocok untuk fotosintesis dalam hal ini terletak di wilayah spektrum yang terlihat, seperti di Bumi.

Dengan demikian, tanaman di planet dekat bintang F dan K dapat memiliki warna yang hampir sama dengan yang ada di Bumi. Tetapi pada bintang F, fluks foton biru yang kaya energi terlalu kuat, jadi tanaman setidaknya harus memantulkannya sebagian menggunakan pigmen pelindung seperti antosianin, yang akan memberi warna kebiruan pada tanaman. Namun, mereka hanya dapat menggunakan foton biru untuk fotosintesis. Dalam hal ini, semua cahaya dalam rentang dari hijau ke merah harus dipantulkan. Ini akan menghasilkan cutoff biru khas dalam spektrum cahaya yang dipantulkan yang dapat dengan mudah terlihat dengan teleskop.

Kisaran suhu yang lebar untuk bintang M menunjukkan berbagai warna untuk planet mereka. Mengorbit bintang-M yang tenang, planet ini menerima setengah energi yang diperoleh Bumi dari Matahari. Dan meskipun ini, pada prinsipnya, cukup untuk kehidupan - ini 60 kali lebih banyak daripada yang dibutuhkan untuk tanaman yang menyukai naungan di Bumi - sebagian besar foton yang berasal dari bintang-bintang ini termasuk dalam wilayah spektrum inframerah-dekat. Tetapi evolusi harus mengarah pada munculnya berbagai pigmen yang dapat melihat seluruh spektrum cahaya tampak dan inframerah. Tanaman yang menyerap hampir semua radiasinya bahkan mungkin tampak hitam.

Titik ungu kecil

Sejarah kehidupan di Bumi menunjukkan bahwa organisme fotosintetik laut awal di planet dekat bintang kelas F, G, dan K dapat hidup di atmosfer primer bebas oksigen dan mengembangkan sistem fotosintesis oksigen, yang nantinya akan mengarah pada munculnya tumbuhan darat.. Situasi dengan bintang kelas-M lebih rumit. Hasil perhitungan kami menunjukkan bahwa tempat optimal untuk fotosintesis adalah 9 m di bawah air: lapisan kedalaman ini menjebak sinar ultraviolet yang merusak, tetapi memungkinkan cukup cahaya tampak untuk melewatinya. Tentu saja, kita tidak akan melihat organisme ini di teleskop kita, tetapi mereka bisa menjadi dasar kehidupan darat. Pada prinsipnya, di planet dekat bintang M, kehidupan tanaman, menggunakan berbagai pigmen, hampir sama beragamnya dengan di Bumi.

Tapi akankah teleskop luar angkasa di masa depan memungkinkan kita melihat jejak kehidupan di planet-planet ini? Jawabannya tergantung pada apa yang akan menjadi rasio permukaan air untuk tanah di planet ini. Dalam teleskop generasi pertama, planet-planet akan terlihat seperti titik, dan studi rinci tentang permukaannya tidak mungkin dilakukan. Yang akan didapatkan para ilmuwan hanyalah spektrum total cahaya yang dipantulkan. Berdasarkan perhitungannya, Tinetti berpendapat bahwa setidaknya 20% dari permukaan planet harus berupa tanah kering yang ditutupi tanaman dan tidak tertutup awan untuk mengidentifikasi tanaman pada spektrum ini. Di sisi lain, semakin besar area laut, semakin banyak oksigen yang dilepaskan oleh fotosintesis laut ke atmosfer. Oleh karena itu, semakin jelas bioindikator pigmen, semakin sulit untuk memperhatikan bioindikator oksigen, dan sebaliknya. Para astronom akan dapat mendeteksi salah satu atau yang lain, tetapi tidak keduanya.

pencari planet

Badan Antariksa Eropa (ESA) berencana meluncurkan pesawat ruang angkasa Darwin dalam 10 tahun ke depan untuk mempelajari spektrum planet ekstrasurya terestrial. Pencari Planet Mirip Bumi NASA akan melakukan hal yang sama jika agensi mendapatkan dana. Pesawat ruang angkasa COROT, diluncurkan oleh ESA pada bulan Desember 2006, dan pesawat ruang angkasa Kepler, yang dijadwalkan oleh NASA untuk diluncurkan pada tahun 2009, dirancang untuk mencari penurunan samar dalam kecerahan bintang saat planet mirip Bumi lewat di depannya. Pesawat ruang angkasa SIM NASA akan mencari getaran samar bintang di bawah pengaruh planet.

Kehadiran kehidupan di planet lain - kehidupan nyata, bukan hanya fosil atau mikroba yang nyaris tidak bertahan dalam kondisi ekstrem - mungkin akan ditemukan dalam waktu dekat. Tapi bintang mana yang harus kita pelajari terlebih dahulu? Akankah kita dapat mendaftarkan spektrum planet yang terletak dekat dengan bintang, yang sangat penting dalam kasus bintang M? Dalam rentang berapa dan dengan resolusi apa teleskop kita harus mengamati? Memahami dasar-dasar fotosintesis akan membantu kita membuat instrumen baru dan menafsirkan data yang kita terima. Masalah kompleksitas seperti itu hanya dapat diselesaikan di persimpangan berbagai ilmu pengetahuan. Sejauh ini kita hanya di awal jalan. Kemungkinan mencari kehidupan di luar bumi bergantung pada seberapa dalam kita memahami dasar-dasar kehidupan di Bumi ini.