Вченим вдалося виростити екстремофільні бактерії під штучним світлом, подібним до того, яке випромінює червоний карлик. Це може свідчити, що на екзопланетах навколо таких зірок можуть існувати всі передумови для фотосинтезу.

Нашим найближчим астрономічним сусідом є Проксима Центавра, крихітний червоний карлик за 4,25 світлових років від нас. Останніми роками ця зірка збирає навколо себе багато уваги. У 2016 році астрономи виявили тут землеподібну екзопланету у зоні, що придатна для життя. Існує припущення, що там може існувати вода у рідкому стані.

Тепер, протягом останнього року, астрономи отримували дивний радіосигнал з цієї області неба. Найімовірнішим джерелом цього сигналу можуть бути радіоперешкоди, проте деякі астрономи не виключають можливість, що це техносигнатура від цивілізації на Проксима Центавра.

Всі ці обговорення відволікають нас від головної теми: а чи може існувати життя в системах червоних карликів? Світло, що виробляють ці зорі значно холодніше та не таке яскраве. Воно значно червоніше ніж те, що підтримує життя на Землі.

Тепер, завдяки роботі Рікардо Клауді та його колег з Астрономічної обсерваторії міста Падуя в Італі, ми знаємо відповідь. Вони штучно створили світло у спектрі червоного карлика та виявили, що бактерії можуть використовувати його у фотосинтезі.

Ця робота дозволяє нам стверджувати, що принаймні світло від цього світила здатне підтримувати існування фотосинтезуючих організмів. Відповідно такі біосигнатури можуть бути помітні для далеких спостерігачів, як ми з вами.

Володарі екзопланет

Почнемо з теорії. Червоні карлики – найперспективніше місце для пошуку екзопланет. Вони значно менші звичайних зірок і нам легше побачити транзит планет. Крім того, вони мають малу масу, тому їх планети обертаються близько та швидко. Відповідно вчені легше відстежують періодичні затемнення.

Як наслідок, астрономи знайшли безліч екзопланет на орбітах червоних карликів. Частина з них знаходиться в зонах придатних для життя. Проте біологи не впевнені, що на цих планетах може підтримуватись базові біологічні процеси, як, наприклад, фотосинтез, який не може існувати за таких «сутінкових» умов під дією червоного світла.

Фотосинтез є спосіб перетворення енергії світла в хімічну енергію, яку рослини використовують, як паливо. Він може підтримуватись лише за участі світлових хвиль певної довжини. Впродовж тривалого часу, біологи були впевнені, що діапазон дії від 400 нанометрів (фіолетове) до 700 нанометрів (крайнє темно-червоного, див. прим).

Прим. перек. – йде мова про крайній червоний діапазон видимого світла, що знаходиться безпосередньо перед інфрачервоним світлом.

Ультрафіолетове світло з коротшою довжиною хвилі дуже потужне і часто пошкоджує клітини та молекулярні механізми, які вони містять. Навпаки, світло з більшою довжиною хвилі не має потужності для розриву хімічних зв’язків, тому воно не підходить для фотосинтезу.

Проте, декілька років тому, вчені відкрили ціанобактерію-екстремофіла, що містить хлорофіл. Вона може використовувати світло з довжиною хвилі до 750 нанометрів, а це значно розширює діапазон фотосинтезу. Ці бактерії здатні виживати в середовищі з обмеженим доступом світла, там, де інші живі організми гинуть.

Клауті та його колег вирішили дослідити здатність цих ціанобактерій виживати під світлом червоного карлика.

Команда створила середовище, що імітує умови на екзопланетах біля червоних карликів. Там мало синього та зеленого світла, але насичене червоне світло, яскравість якого значно менша за ту, до якої ми звикли. У середовищі також може відтворюватись спектр звичайного сонячного світла, або навіть світло в крайньому темно-червоному спектрі. Вчені спробували вирощувати різні види бактерій в таких умовах.

Особливої уваги заслуговує Chlorogloeopsis thermalis, ціанобактерія-екстремофіл, що здатна здійснювати фотосинтез під освітленням крайнім темно-червоним світлом. Серед інших досліджувалась Synechocystis sp. PCC 6803, добре вивчена ціанобактерія, що не змогла продовжувати існувати під таким світлом.

Жниці зоряного світла

Результати дуже вразили астробіологів. Chlorogloeopsis здатна рости під світлом червоного карлика і навіть тільки під червоним світлом. Хоча, Synechocystis sp. PCC 6803 не вдалося розвиватись лише під червоним світлом, втім ця бактерія змогла отримати все необхідне від більш неоднорідного світла, що виробляють червоні карлики.

Як висновок, червоні карлики виробляють світло, що не можуть використовувати більшість живих організмів, але це не є доказом того, що в цих системах не може розвиватись життя. Втім існує багато інших перешкод для існування живих організмів.

Астробіологи переймаються, що на екзопланетах навколо червоних карликів може існувати нестача води та інших необхідних хімічних сполук, ба більше вони можуть піддаватись екстремальному впливу ультрафіолету, який виділяється в наслідок спалахів на зірках. Саме червоні карлики схильні до подібної активності. Ці фактори залишились поза рамками поточного дослідження.

Втім, якщо на таких екзопланетах дійсно можливий фотосинтез, ми можемо побачити докази цього за сотні світлових років від цих систем. Один з найбільш очевидних доказів – атмосфера, що багата на кисень. Насиченість земної атмосфери молекулярним киснем – наслідок активного фотосинтезу, хоча деякі геологи впевнені, що наша атмосфера могла утворитись в наслідок випарювання Сонцем земних океанів.

Більш переконливим доказом може стати «червоний край», різке падіння в спектрі відбитого світла, що може бути викликано фотосинтетичним поглинанням на поверхні (прим. перек. – використання світла на потреби фотосинтезу). Вчені впевнені, що на таких планетах будуть спостерігатись хвилі зі значно більшою довжиною, ніж той «червоний край», що утворює Земля.

Якби нам вдалося знайти таке світло, це змогло б стати досить переконливим доказом, бо у природі не існує жодного мінералу, що може відбивати світло у такий спосіб.

Втім у нас немає потреби чекати далі. Наступне покоління телескопів проектувалось саме для того, щоб знаходити подібні докази. JWST, телескоп, що замінить Габбл, має в першу чергу вивчати природу екзопланет, що обертаються навколо далеких зірок.

Astronomy (21 січня 2021)

Посилання на оригінал