• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
30 мая
Александр Березин
11
12 649

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
11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

Позавчера, 11:27
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

Сегодня, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

11 Комментариев

Alexander Kedrov
2 недели назад
-
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.
    Александр Березин
    2 недели назад
    -
    0
    +
    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
2 недели назад
-
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
    Александр Березин
    2 недели назад
    -
    0
    +
    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
      1 неделя назад
      -
      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
        Александр Березин
        1 неделя назад
        -
        0
        +
        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
          1 неделя назад
          -
          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.
Михаил Пермяков
2 недели назад
-
1
+
называют звезды спектрального класса К массой от 0,45 до 0,8 земной Опечатка
Serjo Djachkowski
2 недели назад
-
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: