• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
30 мая
Александр Березин
11
12 876

Свет оранжевых звезд подошел земным организмам больше солнечного

4.9

Астрономы уже предлагали планеты у оранжевых карликов на роль «суперобитаемых», то есть подходящих для жизни больше Земли. Однако это делали исходя из теоретических соображений об их климате, без эмпирических данных. Новая работа экспериментально показала еще одно, достаточно неожиданное преимущество звезд этого типа перед Солнцем.

Вверху: кресс-салат, выращенный под аналогом солнечного излучения. Посередине: кресс-салат, выращенный из ста семян под излучением, эквивалентным свету оранжевого карлика. Внизу: кресс-салат, который растили в темноте / © René Heller et al.

Оранжевыми карликами называют звезды спектрального класса К массой от 0,45 до 0,8 солнечной и с температурой поверхности от 3900 до 5200 кельвинов. Такова близкая к нам альфа Центавра B. Из-за меньшей светимости термоядерные реакции в них идут дольше: они стабильно светят 15-30 миллиардов лет после рождения, в то время как для Солнца этот период заведомо не более 10 миллиардов лет. Большее время жизни означает большую потенциальную длительность эволюции на планетах вокруг оранжевых светил.

Кроме того, астрономы давно рассчитали, что климат на планетах у оранжевых карликов должен быть намного стабильнее нашего. Если на Земле были периоды, когда вся суша, включая экватор, надолго сковывалась толстым слоем льда, то для обитаемых планет у звезд класса К это исключено. Все дело в том, что в их излучении меньше видимого света и больше инфракрасного. Последний очень плохо отражается льдом.

Поэтому на Земле ледовые шапки эффективно выхолаживают планету, отражая солнечное излучение в космос. Из-за этого возможен процесс быстрого развития оледенений от любых случайных «толчков» вроде астероидной или вулканической зимы. В системах оранжевых карликов охлаждение от ледовых шапок намного слабее, так что положительной обратной связи «больше льдов — холоднее климат — еще больше льдов» не возникает.

Авторы новой работы, с текстом которой можно ознакомиться на сервере препринтов Корнеллского университета, решили подкрепить расчетные соображения экспериментальными. Для этого они взяли кресс-салат (Lepidium sativum) и распространенный вид цианобактерий (Chroococcidiopsis) и вырастили их в лаборатории в двух наборах условий. В первом случае их облучали лампы со спектральным распределением, соответствующим солнечному свету (эффективная температура — 5800 кельвинов). Во втором — лампы, имитирующие свет типичного оранжевого карлика (эффективная температура — 4300 кельвинов). В качестве контрольной группы использовали выращивание кресс-салата вообще без света.

Вид на те же три посадки кресс-салата сбоку, к концу седьмого дня. В центре: кресс-салат, выращенный под излучением, эквивалентным свету оранжевого карлика. Слева: выращенный под аналогом солнечного излучения. Внизу: кресс-салат, который растили в темноте / © René Heller et al.

Оказалось, кресс-салат под светом оранжевой звезды растет несколько быстрее, чем под солнечным. Накопление сухой массы (если собрать зеленую часть и высушить ее), правда, шло чуть медленнее, зато «мокрая» масса (живого растения) росла быстрее, чем под стандартным земным освещением. Рассчитанная по итогу эксперимента эффективность фотосинтеза кресс-салата под оранжевым светом была чуть выше, чем под солнечным.

Основная часть истории жизни на Земле протекала без высших растений: фотосинтезом не менее 3,5 миллиарда лет занимались в основном цианобактерии и лишь в последние полмиллиарда лет появились современные сухопутные растения. Поэтому ученые не могли обойти своим экспериментом как раз цианобактерии.

Спустя 13 дней выращивания последних выяснилось, что для них оранжевый свет подходит еще лучше, чем для кресс-салата: цианобактерии размножались под ним быстрее и показали существенно более высокую эффективность фотосинтеза.

Исследователи отметили ограничения своего эксперимента: он давал равномерное облучение растений и цианобактерий, которое в природе встречается главным образом в низких широтах в засушливый сезон. В остальных случаях — особенно в умеренных широтах — фотосинтезирующие организмы получают излучение от звезды крайне «рвано»: набегающее облако может за секунды в 10 и более раз снизить количество света, падающее на растение, а когда облако пройдет, поток излучения восстановится. Утром и вечером в высоких широтах растение получает кратно меньше излучения, чем в полдень.

Детально воспроизвести такие колебания в лаборатории очень сложно, а на 13-дневном эксперименте едва ли не невозможно. Тем не менее опыт показывает ключевое: похоже, свет оранжевой звезды лучше солнечного подходит для фотосинтезирующих организмов, особенно простых.

Это важно, поскольку звезд класса К во Вселенной намного больше, чем подобных Солнцу (оранжевые карлики — второй по распространенности тип звезд после красных). Новый эксперимент стал первым, показавшим, что условия даже для земной фотосинтезирующей жизни там ничем не уступают земным и, скорее всего, несколько лучше. Это особенно неожиданно потому, что до эксперимента земные растения и цианобактерии никогда не сталкивались с таким излучением.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 14:02
Татьяна

Больше 10 лет Curiosity ищет свидетельства обитаемости Марсе. В его арсенале — инструменты для анализа горных пород и минералов, сформированных в эпохи, когда Красная планета была пригодна для органической жизни. И вот новое открытие: на пути к пику Шарп в ударном кратере Гейла марсоход впервые обнаружил кристаллы серы — необходимого строительного элемента белков.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Вчера, 11:31
ПНИПУ

День металлурга в 2024 году россияне отмечают 21 июля. Ученые Пермского Политеха рассказали, какой металл самый распространенный, какой — не утонет в воде, где можно встретить титан, можно ли потрогать обедненный уран, что опаснее — вдохнуть или проглотить ртуть, есть ли ее безопасный аналог и какой элемент не существует в чистом виде.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

16 июля
Татьяна

Аппарат «Кассини», работавший на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, детально картировал его крупнейший спутник — Титан. Выяснилось, что ближе к полярным областям на поверхности есть моря и озера с жидкими углеводородами, куда впадают пополняемые атмосферными осадками реки. По мере изучения этой информации у исследователей возникло все больше вопросов. Каков состав жидкости и что определило очертания береговых линий? Воспользовавшись данными радарной съемки, американские ученые уточнили состав морей Кракена, Лигеи и Пунги и описали свойства их поверхностей.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

11 Комментариев
Alexander Kedrov
02.06.2024
-
0
+
Александр, вопрос хоть и не совсем по теме статьи, но из неё вытекает: В системах оранжевых карликов охлаждение от ледовых шапок намного слабее, так что положительной обратной связи «больше льдов — холоднее климат — еще больше льдов» не возникает. А как в таком случае на Земле такое оледенение может вообще завершиться, если обратная связь положительная? Почему оно не длится вечно? Спасибо за статью.
    Alexander, считается, что механизм завершения такой: при серьезном оледенении скорость связывания СО2 горными породами сильно падает (химические реакции идут медленно в сухом и холодном мире), СО2 связывается только океаном, но как только наступает какое-то временное увеличение инсоляции (циклы Миланковича и проч.), СО2 из океана начинает резко выделяться (по закону Генри, от роста температур), и в итоге в атмосфере его количество резко подпрыгивает, что позволяет реализовать устойчивое отступление ледников. Но иногда такая схема будет работать очень долго. Например, в криогении -- до десятков миллионов лет глобального оледенения потребовалось для реализации ее.
1 2
1 2
01.06.2024
-
0
+
Такая конечно самоочевидная работа ради отчётности...ну хотя бы эти ребята не стали делать никаких "жёлтых" выводов типа чёрных листьев в системах красных карликов. И на том спасибо. Лучше бы конечно выращивали штамы цианобактерий под ИК, сдвигая их всё дальше, вот это было бы интернсно
    1, вряд ли идея о том, что несолнечный свет подходит земным растениям лучше солнечного можно назвать неочевидной. До этой работы даже предположений таких в научной литературе не было.
    +
      ещё комментарии
      1 2
      1 2
      03.06.2024
      -
      1
      +
      А он подходит и не лучше, сухая масса-то меньше. У хлорофилла 2 пика, разница в соотношении мощности света между красным пиком и синим. То что красный свет, синий свет и белый свет немного по-разному влияют на выращивание растений это в общем-то давно известно, и влияное это не качественное. Так что да, данный эксперимент настолько же очевиден как условный "а давайте лепить кирпичи из имитатора лунного реголита в самолёте летящем по дуге при1/6g". Ну ок, давайте, а зачем? Неочевидными были бы рассуждения на тему альтернативных вариантов хлорофилла с пиками в ближнем ИК, молекулярные исследования, симуляции, выращивание мутантных штаммов бактерий...потому что со 100% вероятностью гипотетические растения у красных карликов будут адаптированы к свету красных карликов, а не Солнца. И это даже не была бы сугубо фундаментальная работа, на Титане например спектр света ≈похож, с избытком ИК, такие мутантные штаммы можно было бы применять в будущих теплицах на Титане
        1, "А он подходит и не лучше, сухая масса-то меньше." Сухая масса больше всего у растения, выросшего вообще в темной среде. Значит ли это, что темнота подходит растениям больше света? Ну конечно же нет. Из этого примера хорошо видно, что чем сильнее фотосинтез работает, тем больше доля "мокрой" массы (что неудивительно, если вспомнить устройство фотосинтеза). так что подходит именно что лучше -- см. и более высокую эффективность фотосинтеза под оранжевыми лучами в работе. "Так что да, данный эксперимент настолько же очевиден как условный" Так что по-прежнему неочевиден. Даже не говоря о цианобактериях, где разрыв еще резче. " И это даже не была бы сугубо фундаментальная работа, на Титане например спектр света ≈похож, с избытком ИК, такие мутантные штаммы можно было бы применять в будущих теплицах на Титане" Солнечная постоянная на Титане в 100 раз меньше земной даже без учета сплошных (в отличие от Земли) облаков. С их учетом она меньше во многие сотни раз. Так что на Титане речь может идти о теплицах только в случае искусственного освещения.
          1 2
          1 2
          03.06.2024
          -
          0
          +
          Серьёзно? Ростки в тени набрали больше сухой массы чем на свету? Ну это крайне занятный факт, конечно, жаль что он не упомянут. Потому что в таком случае вопросы к корректности всего эксперимента. Надо было продолжать выращивание до гибели "теневых" всходов, произвести взвешивание половины ростков (сделать вывод как влияет спектр на этапе прорастания), потом ещё пару недель выращивать взрослые растения и сделать вывод уже по ним. А искусственное освещение это хорошо, но вот использовать солнечный свет напрямую куда интереснее. Потому что для теплиц мощность света вырастет раза в 3, при той же собирающей поверхности концентраторов снаружи (если мы говорим о выработке электроэнергии от солнечных батарей). Ну и конечно теплица на Титане это не большой ангар с прозрачной крышей, а большой теплоизолированный ангар с маленьким окошком, куда светит луч света от концентраторов, идея вполне рабочая и масштабируемая, в отличие от реакторов.
называют звезды спектрального класса К массой от 0,45 до 0,8 земной Опечатка
Serjo Djachkowski
30.05.2024
-
1
+
Ошибка в самой первой верхней картинке 1 строчка солнце, 2 строчка Оранжевый карлик.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно