Что окрашивает растения в зеленый цвет
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Посмотрим вокруг на природу, которая нас окружает. Цветы, кустарники, деревья, травы летом имеют множество оттенков, но преобладающим в цветовой гамме является зеленый.
Но почему именно зеленый, а не синий, красный или желтый?
Как вы помните из школьной программы — растения по праву называют легкими планеты. Перерабатывая вредный углекислый газ, они дарят человечеству и окружающей среде кислород. Этот процесс носит название фотосинтез, а пигмент отвечающий за него – хлорофилл.
Именно благодаря молекулам хлорофилла неорганические вещества превращаются в органические. Самым важным из них является кислород, но в то же время в процессе фотосинтеза растениями вырабатываются белки, сахар, углеводы, жиры, крахмал. Со школьной программы известно, что началом химической реакции является попадание на растение солнечного или искусственного света. Хлорофиллом поглощаются не все световые волны, а лишь определенной длины. Наиболее быстро это происходит от красных до сине-фиолетовых.
Зеленый же растениями не поглощается, а отражается. Именно это видно глазам человека, следовательно, представители флоры вокруг нас имеют зеленый цвет.
Почему именно зеленый цвет?
Достаточно длительное время ученые бились над вопросом: почему зеленый спектр отражается? В итоге выяснилось, что природа просто не тратит силы зря, потому как этот мельчайшие частички света – фотоны этого цвета не обладают никакими выдающимися качествами, тогда как синие фотоны – источники полезной энергии, в красных содержится наибольшее количество. Как тут не вспомнить, что ничего в природе не делается просто так.
Откуда в растениях яркие краски?
Биологи с уверенностью говорят о том, что произошли растения от чего-то, похожего на водоросли, а хлорофилл появился под воздействием эволюционных процессов.
В природе же другие цвета изменяются под воздействием света. Когда его становится меньше, листья и стебли начинают отмирать. Хлорофилл, отвечающий за яркий зеленый цвет, распадается. На смену ему приходят другие пигменты, отвечающие за яркие краски. Красные и желтые листья свидетельствуют о том, что преобладающим стал каротин. За желтый цвет еще отвечает пигмент ксантозин. Если в растении невозможно найти зеленый цвет, в том «вина» антоцианов.
Почему растения зеленые: не такой простой вопрос, как кажется
В ходе фотосинтеза из углекислого газа, воды и минеральных веществ растения создают для себя питательные вещества и бонусом для живых существ производят кислород. Процесс этот невозможен без поглощения солнечного света молекулами хлорофилла, который содержится в листьях растений. Энергия света поддерживает химические реакции.
На первый взгляд может показаться, что фотосинтез будет протекать эффективнее, если растение получит больше световой энергии. Пик излучения нашего светила приходится на голубой цвет (см. рисунок), однако атмосфера сильнее всего рассеивает именно его. Этим, кстати, объясняется, почему небо голубое. После прохождения атмосферы солнечный свет становится наиболее интенсивным в зелено-желтой области. Почему же листья отражают зеленый свет и поглощают все остальные?
Физик Натаниэль Габор из Калифорнийского университета в Риверсайде уже несколько лет занимается изучением этого парадокса. Теперь, возглавив международную группу ученых, он поставил эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Science.
Исследователи создали систему, которая излучает свет разных длин волн, но поддерживает постоянную суммарную интенсивность. Оказалось, что все зависит от количества получаемой растениями энергии. Если фотосинтез сравнить с процессом наполнения воронки водой, а саму воду — с солнечной энергией, то чтобы процесс шел эффективно, уровень воды должен постоянно быть одинаковым: сколько поступило, столько и вылилось через нижнее отверстие.
Если скорость заполнения воронки водой превысит скорость ее вытекания, вода перельется через край. Придется бежать за тряпкой. Избыточная энергия в растительных клетках приводит к окислительным процессам, вредным для жизни растений. Возможно, именно поэтому растения отражают наиболее интенсивный зеленый свет из спектра излучения Солнца — чтобы спастись от «лишней» энергии.
Кроме описанного механизма, существуют дублирующие способы защиты от избыточного излучения. Ученые полагают, что части растений двигаются не только вслед за Солнцем, но и отворачиваются от него, когда света больше, чем нужно. Кроме этого, в растительных клетках присутствует белок UVR8, чувствительный к губительному ультрафиолетовому излучению. Белок сигнализирует о попадании вредных лучей на поверхность листа, и запускаются защитные механизмы.
Что еще, кроме научного интереса, дадут миру результаты Габора и его команды? Открытый учеными простой принцип «лишней» энергии пригодится при проектировании солнечных элементов в системах «зеленой» энергетики. Вот так обычный детский вопрос помог решить часть серьезных «взрослых» проблем всего человечества.
Почему растения выбрали зелёный цвет?
Года в три-четыре каждый ребёнок задаёт простой вопрос: «почему трава зелёная?» В ответ можно услышать всё, что угодно – от «не приставай, мне некогда» до научно-популярной версии о фотосинтезе и зелёном хлорофилле. Но разве это ответ? Можете ли вы объяснить себе, почему трава всё-таки зелёная – а не розовая, оранжевая или цвета индиго? Конечно, вы скажете: потому что в хлоропластах растений содержится хлор – а в кристаллической форме он зелёный. Неплохо. Ну а дальше-то что? Почему в ходе эволюции выбор пал на него, а не на периодический элемент иного цвета? Вот вам и задачка… Но в истории развития жизни на Земле не было случайностей.
Даже самые далёкие от точных наук люди знают, что жизнь на планете обязана своим существованием солнечным лучам. Глубоко в недрах нашей звезды происходят ядерные реакции синтеза гелия из водорода. В результате распада высвобождаются фотоны (кванты света). Они проявляют свойства волн и частиц одновременно: эти электромагнитные импульсы излучаются «порциями», однако не имеют ни массы, ни заряда. Их роль в нашей жизни куда важнее: они обеспечивают взаимодействие между электрическими зарядами элементарных частиц, составляющих атомы, затем молекулы и, наконец, клетки живого организма.
Фотоны могут жить только в движении со скоростью света в вакууме. Рождаясь в солнечном ядре, они сперва несут в себе колоссальный импульс. Но чтобы сквозь солнечную мантию пробиться к поверхности звезды, эти частицы тратят почти миллион лет! Поэтому не смотря на то, что с этого момента свет преодолевает расстояние до Земли всего за 8,3 минуты, мы наслаждаемся тёплыми лучами, котрые ждали встречи с нами ещё в середины Плейстоцена.
Каждому из видимых цветов соответствует длина волны света, которую отражают материальные объекты (все остальные им поглощаются). Казалось бы, ничего загадочного: растения используют хлорофилл, который поглощает все цвета кроме зелёного. Но всё наоборот: сначала растения сознательно выбрали цвет, а потом подобрали к нему нужный «наполнитель». Здесь нам придётся обратиться к богатому опыту агрономов и ботаников. Многочисленные опыты и исследования раскрывают некоторые секреты растений, о которых почему-то не рассказывают в школе на уроках биологии.
Вообще для фотосинтеза подходят волны любой длины, включая невидимые нашему глазу. Современные растения приспособились использовать излучение в диапазоне от 400 (фиолетовый) до 700 нм (красный). Причём для нормального функционирования растений (рост, цветение, плодоношение, запасание полезных веществ) необходимо присутствие в спектре всех этих цветов в определённых пропорциях. Это объясняется тем, что некоторые химические реакции могут начаться при облучении вещества светом низкой или средней частоты (тёплые цвета радуги), а другим для инициирования реакции требуется свет с частотой выше определённого порогового значения (холодные цвета).
Если зелёный свет может передать достаточно большие импульсы – какой же смысл растениям от него отказываться? Однако факт есть факт: 80-90% энергии растения вырабатывают за счёт поглощения синих и красных фотонов. Синие при этом более интенсивные, зато красных – подавляющее большинство. Остальные 10-20% приходятся на другие цвета, а сам зелёный в качестве «основного наряда» был выбран, очевидно, за свою высокую проникающую способность: в то время как синий и красный почти полностью поглощаются верхними ярусами листьев, зелёный способен проникать сквозь них и «вдыхать жизнь» в нижние ярусы, какими бы густыми они ни были. Это значит, что первые водоросли, которые только выбирались на сушу, уже планировали своё дальнейшее завоевание континентов и превращение в многоярусные леса – от мхов и трав до кустарников и деревьев.
Где же гарантия, что растения просто отражают или пропускают сквозь себя большую часть зелёного света? – Её и не будет, ведь и это не совсем правда. Это всё человеческое зрение, которое нельзя назвать самым надёжным (в сравнении с некоторыми животными), даёт нам «зелёную картинку». Этот цвет мы видим однородным из-за несовершенства своего зрительного анализатора. На самом же деле это наложение световых волн разной длины – преимущественно жёлтых и синих. А как же иначе? Часть цветных пигментов (каротин, антохлор, ксантофилл) специализируются на поглощении синих фотонов, отражая преломлённые лучи в красновато-жёлтом «формате». Другие пигменты (хлорофил и антоцианы) поглощают красноватые фотоны, отражая лучи приблизительно цвета морской волны. Накладываясь, они образуют изумрудный (по крайней мере, так его видят люди).
По мере сокращения светового дня и изменения угла освещённости (что влияет на преломление света ещё в слоях атмосферы), фотонов с большой частотой (и маленькой длиной волны) становится всё меньше. Некоторое время растения пытаются приспособиться к этому и переключают внимание исключительно на сбор «высококалорийных» порций света. Поглощая синие и зелёные фотоны, листья растений начинают отражать соответственно жёлтый или красный цвета. Когда синих фотонов становится критически мало, растения сбрасывают листву.
Какими могут быть растения с других планет?
Почему растения зелёные?
Или о том, как детский вопрос помог учёным в поисках жизни на других планетах.
Мы находимся в постоянном окружении целого океана растений, и почти все они зелёные. Даже когда мы говорим “зелёный цвет”, мы невольно ассоциируем эти слова со словом “растение”, растущее на земле. Почему же так происходит?
Зелёный цвет «вырабатывался» и «вырабатывается» сейчас у растений уже миллиарды лет. Дело в том, что в состав клеток растений входит хлорофилл. Это вещество поглощает энергию солнечного цвета в красном и синем диапазоне, а зелёный цвет зёрна хролофилла отражают. Именно поэтому мы и видим растения зелёными.
Зерна хлорофилла – зеленого цвета, и этим мизерным крохам удается совершить сказочное превращение.
Через корни они берут воду и неорганические вещества, а затем под воздействием энергии солнечных лучей, без колб и пробирок производят химическую реакцию, которая приводит к тому, что молекулы воды делятся на водород и кислород. К водороду добавляется углекислота и образуются углеводы, а кислород уходит в атмосферу. Благодаря этой вечной фабрике по производству кислорода, мы и дышим.
Кстати, осенью, когда увядают листья, можно увидеть, какими бы были растения без зеленых хлорофиллов, которые при увядании листьев разрушаются и дают на недолгое время поцарствовать другим цветам спектра.
Почему хлорофилл отражает зелёный свет?
Энергетический спектр солнечного света имеет пик в сине-зеленой области, что заставило ученых долго ломать голову, почему же растения не поглощают наиболее доступный зеленый свет, а напротив — отражают его? Оказалось, что процесс фотосинтеза зависит не столько от общего количества солнечной энергии, сколько от энергии отдельных фотонов и числа фотонов, составляющих свет.
Каждый синий фотон несет больше энергии, чем красный, но Солнце преимущественно излучает красные. Растения используют синие фотоны из-за их качества, а красные — из-за их количества. Длина волны зеленого света лежит как раз между красным и синим, но зеленые фотоны не отличаются ни доступностью, ни энергией, поэтому растения их не используют.
В процессе фотосинтеза для фиксации одного атома углерода (полученного из углекислого газа, CO2) в молекуле сахара требуется не менее восьми фотонов, а для расщепления водород-кислородной связи в молекуле воды (H2O) — всего один. При этом появляется свободный электрон, необходимый для дальнейшей реакции. Всего же для образования одной молекулы кислорода (O2) нужно разорвать четыре таких связи. Для второй реакции образования молекулы сахара требуется еще как минимум четыре фотона. Надо отметить, что фотон должен обладать некоторой минимальной энергией, чтобы принять участие в фотосинтезе.
То, каким образом растения усваивают солнечный свет — поистине одно из чудес природы. Фотосинтетические пигменты не встречаются в виде отдельных молекул. Они образуют кластеры, состоящие как бы из множества антенн, каждая из которых настроена на восприятие фотонов определенной длины волны. Хлорофилл в основном поглощает красный и синий свет, а каротиноидные пигменты, придающие осенней листве красный и желтый цвет, воспринимают другой оттенок синего. Вся собранная этими пигментами энергия доставляется к молекуле хлорофилла, находящейся в реакционном центре, где и происходит расщепление воды с образованием кислорода.
Комплекс молекул в реакционном центре может осуществлять химические реакции, только если он получает красные фотоны или эквивалентное количество энергии в какой-то другой форме. Чтобы использовать синие фотоны, пигменты «антенны» превращают их высокую энергию в более низкую, подобно тому как ряд понижающих трансформаторов уменьшает 100 тыс. вольт линии электропередач до 220 вольт стенной розетки. Процесс начинается, когда синий фотон попадает на пигмент, поглощающий синий свет, и передает энергию одному их электронов его молекулы. Когда электрон возвращается в исходное состояние, он испускает эту энергию, но из-за тепловых и колебательных потерь меньше, чем поглотил.
Однако молекула пигмента отдает полученную энергию не в форме фотона, а в форме электрического взаимодействия с другой молекулой пигмента, которая способна поглотить энергию более низкого уровня. В свою очередь второй пигмент выделяет еще меньшее количество энергии, и этот процесс продолжается до тех пор, пока энергия исходного синего фотона не понизится до уровня красного.
Реакционный центр как приемный конец каскада приспособлен к тому, чтобы поглощать доступные фотоны с минимальной энергией. На поверхности нашей планеты красные фотоны — самые многочисленные и при этом обладают самой низкой энергией среди фотонов видимого спектра.
Но для подводных фотосинтезаторов красные фотоны не обязательно должны быть самыми многочисленными. Область света, используемая для фотосинтеза, меняется с глубиной, т.к. вода, растворенные в ней вещества и находящиеся в верхних слоях организмы фильтруют свет. В результате получается четкое расслоение живых форм в соответствии с их набором пигментов. Организмы из более глубоких слоев воды имеют пигменты, настроенные на свет тех цветов, которые не были поглощены слоями, лежащими выше. Например водоросли и цианеи имеют пигменты фикоцианин и фикоэритрин, поглощающие зеленые и желтые фотоны. У аноксигенных (т.е. не производящих кислород) бактерий есть бактериохлорофилл, поглощающий свет дальней красной и ближней инфракрасной (ИК) областей, который только и способен проникать в мрачные водные глубины.
Организмы, приспособившиеся к слабой освещенности, обычно растут медленнее, поскольку им приходится прикладывать больше усилий для поглощения всего доступного им света. На поверхности планеты, где свет в изобилии, растениям было бы невыгодно производить лишние пигменты, поэтому они избирательно используют цвета. Такие же эволюционные принципы должны работать и в других планетных системах.
Так же как водные существа приспособились к свету, отфильтрованному водой, обитатели суши адаптировались к свету, отфильтрованному атмосферными газами. В верхней части земной атмосферы самые многочисленные фотоны — желтые, с длиной волны 560–590 нм. Количество фотонов постепенно уменьшается в сторону длинных волн и круто обрывается в сторону коротких. По мере прохождения солнечного света сквозь верхние слои атмосферы водяной пар поглощает ИК в нескольких полосах длиннее 700 нм. Кислород дает узкий ряд линий поглощения вблизи 687 и 761 нм. Всем известно, что озон (О3) в стратосфере активно поглощает ультрафиолет (УФ), но он также немного поглощает и в видимой области спектра.
Итак, наша атмосфера оставляет окна, через которые излучение может достигнуть поверхности планеты. Диапазон видимого излучения ограничен с синей стороны резким обрывом солнечного спектра в коротковолновой области и поглощением УФ озоном. Красная граница определяется линиями поглощения кислорода. Пик количества фотонов сдвинут от желтого к красному (примерно к 685 нм) из-за обширного поглощения озоном в видимой области.
Растения приспособлены к этому спектру, который в основном определяется кислородом. Но нужно помнить, что кислород в атмосферу поставляют сами растения. Когда первые фотосинтезирующие организмы появились на Земле, кислорода в атмосфере было мало, поэтому растения должны были использовать иные пигменты, а не хлорофилл. Только по прошествии времени, когда фотосинтез изменил состав атмосферы, хлорофилл стал оптимальным пигментом.
Надежные ископаемые доказательства фотосинтеза имеют возраст около 3,4 млрд лет, но и в более ранних ископаемых остатках есть признаки протекания данного процесса. Первые фотосинтезирующие организмы должны были быть подводными отчасти потому, что вода — хороший растворитель для биохимических реакций, а также потому, что она обеспечивает защиту от солнечного УФ-излучения, что было важно при отсутствии атмосферного озонового слоя. Такими организмами были подводные бактерии, которые поглощали инфракрасные фотоны. Их химические реакции включали водород, сероводород, железо, но не воду; следовательно, они не выделяли кислород. И только 2,7 млрд лет назад цианобактерии в океанах начали оксигенный фотосинтез с выделением кислорода. Количество кислорода и озоновый слой постепенно увеличивались, позволяя красным и бурым водорослям подниматься к поверхности. А когда для защиты от УФ достаточным оказался уровень воды на мелководьях, появились зеленые водоросли. В них было мало фикобилипротенов, и они были лучше приспособлены к яркому свету у поверхности воды. Спустя 2 млрд лет после того как кислород начал накапливаться в атмосфере, потомки зеленых водорослей — растения — появились и на суше.
Растительный мир претерпел значительные изменения — стремительно возросло разнообразие форм: от мхов и печеночников до сосудистых растений с высокими кронами, которые поглощают больше света и приспособлены к разным климатическим зонам. Конические кроны хвойных деревьев эффективно поглощают свет в высоких широтах, где солнце почти не поднимается над горизонтом. Тенелюбивые растения для защиты от яркого света вырабатывают антоцианин. Зеленый хлорофилл не только хорошо приспособлен к современному составу атмосферы, но и помогает поддерживать его, сохраняя нашу планету зеленой. Не исключено, что следующий шаг эволюции даст преимущество организму, живущему в тени под кронами деревьев и использующему фикобилины для поглощения зеленого и желтого света. Но обитатели верхнего яруса, видимо, так и останутся зелеными.
А все ли растения зелёного цвета?
Фотосинтезирующие организмы не ограничиваются зеленым цветом: некоторые растения имеют красные листья, а различные водоросли и фотосинтезирующие бактерии переливаются всеми цветами радуги. А пурпурные бактерии кроме видимого света используют инфракрасное излучение Солнца.
На Земле самым «длинноволновым» организмом является пурпурная аноксигенная бактерия, использующая инфракрасное излучение донных термальных источников с длиной волны около 1015 нм. Рекордсмены среди оксигенных организмов — морские цианобактерии, поглощающие при 720 нм.
Недавно была открыта фотосинтезирующая бактерия, обитающая на глубине приблизительно 2,4 километра, куда дневной свет не проникает. Впервые биологи столкнулись с бактерией GSB1 в образцах воды, забранных от области горячих источников, называемой 9 North, которая расположена недалеко от берега Мексики. Эти бактерии процветают в воде с температурой около 300 градусов по Цельсию, выходящей из отверстия в океанском дне. Анализ ДНК идентифицировал найденный новый организм как члена семейства зелёных серных бактерий, которые полагаются исключительно на фотосинтез, чтобы жить. Бактерии GSB1 имеют сложную систему антенн, которая позволяет им собирать слабый свет, происходящий от гидротермальных источников. Эта энергия передаётся центру реакций, где и происходит фотосинтез.
Не существует верхнего предела длины волны, который определялся бы законами физики. Просто фотосинтезирующей системе приходится использовать большее число длинноволновых фотонов по сравнению с коротковолновыми.
Некоторые исследования показали, что ранняя Земля вполне могла иметь пурпурную растительность, а не зелёную как сейчас. Об этом говорит Шил Дасшарма (Shil DasSarma) из университета Мэриленда (University of Maryland).
Действительно, эволюция привела к тому, что наши глаза очень чувствительны к зелёному свету. Почему бы растениям не обладать такой же способностью? Причина, по мнению Шила, в том, что хлорофилл появился после того, как другая светочувствительная молекула — ретинол — уже присутствовала на ранней Земле. Ретинол, сегодня находимый, к примеру, в мембране фотосинтетических микробов, называемых галобактериями, поглощает зелёный свет и отражает назад красный и фиолетовый, комбинация которых и кажется нам фиолетовой.
Примитивные микробы, которые использовали ретинол для усвоения солнечного света, возможно, доминировали на молодой Земле, рассуждает Дасшарма. Так что первые биологические «горячие точки» на нашей планете вполне могли отличаться фиолетовой окраской.
Получается, что развитие сначала микроорганизмов, а затем и растений, использующих для фотосинтеза хлорофилл и, следовательно, красный и синий части спектра, явилось результатом их конкурентной борьбы с «фиолетовыми» микробами. Последние просто захватили зелёную часть спектра, и потому, чтобы выжить, «опоздавшие родиться» существа с хлорофиллом внутри были вынуждены приспособиться к «поеданию» той части спектра, которая осталась свободной. В общем — борьба за ресурс в чистом виде.
Легко вообразить ситуацию, когда, скажем так, хлорофильные микроорганизмы развивались под богатым слоем микроорганизмов ретиноловых, забиравших у них зелёные лучи.
Почему же в результате красно-фиолетовые (по внешнему виду) организмы были вытеснены куда-то на обочину, в то время как зелёные завоевали планету? Шил объясняет это очень просто. Хотя хлорофилл использует далеко не пик солнечного спектра, зато, по сравнению с ретинолом, он применяет его куда более эффективно, как уже было сказано выше.
Предположение Дасшармы — только лишь предположение. Но оно имеет весомое обоснование. Так, скажем, ретинол имеет более простую структуру, чем хлорофилл. Ретинол легче воспроизвести в тех условиях, что существовали на ранней Земле (с низким уровнем кислорода). Кроме того, процесс, необходимый для того, чтобы сделать ретинол, очень подобен цепочке реакций, необходимых для синтеза жирных кислот, которая (цепочка), полагают учёные, была одним из ключевых условий для развития живых клеток. «Жирные кислоты были необходимы, чтобы сформировать мембраны в самых ранних клетках», — говорит Дасшарма.
Наконец, галобактерии, которые используют ретинол для фотосинтеза, вообще-то — вовсе не бактерии. Эта группа организмов принадлежит надцарству по имени археи, чьё происхождение уходит так далеко назад во времени, что тогда у Земли ещё даже не было кислородной атмосферы! Всё это указывает на то, что ретинол возник раньше хлорофилла.
Однако не все учёные согласны с рассуждениями Дасшармы. Геохимик Дэвид Дес Марас (David Des Marais) из исследовательского центра Эймса (Ames Research Center) отмечает, что получение максимума энергии — это как обоюдоострый меч. Излишек энергии тоже может быть вредным, как и её недостаток. И растения на нашей планете вполне могли приспособиться к получению оптимального количества энергии.
Какого цвета растения на других планетах?
Определяющим фактором является не разнообразие пигментов, а спектр света, достигающего поверхности планеты, который в свою очередь зависит от типа звезды.
Астрономы классифицируют звезды на основании их цвета, зависящего от их температуры, размера и возраста. Далеко не все звезды существуют достаточно долго для того, чтобы на соседних с ними планетах могла возникнуть и развиться жизнь. Долгоживущими являются звезды (в порядке уменьшения их температуры) спектральных классов F, G, K и М. Солнце относится к классу G. Звезды класса F больше и ярче Солнца, они горят, излучая более яркий голубой свет и сгорают примерно за 2 млрд лет. Звезды классов К и М меньше в диаметре, более тусклые, они краснее и относятся к категории долгоживущих.
Вокруг каждой звезды существует так называемая «зона жизни» — диапазон орбит, находясь на которых, планеты имеют температуру, необходимую для существования жидкой воды. В Солнечной системе такой зоной является кольцо, ограниченное орбитами Марса и Земли. У горячих F-звезд зона жизни находится дальше от звезды, а у более холодных К- и М-звезд она ближе. Планеты, находящиеся в зоне жизни F-, G- и К-звезд, получают примерно столько же видимого света, сколько Земля получает от Солнца. Вполне вероятно, что на них могла возникнуть жизнь на основе такого же оксигенного фотосинтеза, что и на Земле, хотя цвет пигментов может быть сдвинут в пределах видимого диапазона.
Звезды М-типа, так называемые красные карлики, представляют особый интерес для ученых, поскольку это наиболее распространенный тип звезд в нашей Галактике. Они излучают заметно меньше видимого света, чем Солнце: пик интенсивности в их спектре приходится на ближний ИК. Джон Равен (John Raven), биолог из Университета Данди в Шотландии, и Рэй Уолстенкрофт (Ray Wolstencroft), астроном Королевской обсерватории в Эдинбурге, предположили, что оксигенный фотосинтез теоретически возможен и при использовании фотонов ближнего ИК. При этом организмам придется использовать три или даже четыре ИК-фотона, чтобы разорвать молекулу воды, тогда как земные растения используют всего два фотона, которые можно уподобить ступеням ракеты, сообщающим энергию электрону для осуществления химической реакции.
Молодые М-звезды демонстрируют мощные УФ-вспышки, губительного действия которых можно избежать только под водой. Но водные толщи поглощают и прочие части спектра, поэтому находящимся на глубине организмам будет катастрофически не хватать света. Если так, то фотосинтез на этих планетах может и не развиться. По мере старения М-звезды уменьшается количество испускаемого ультрафиолета, на поздних стадиях эволюции его становится меньше, чем испускает наше Солнце. В этот период необходимость в защитном озоновом слое отсутствует, и жизнь на поверхности планет может процветать, даже если она не производит кислород.
Вне зависимости от особенностей планеты фотосинтетические пигменты должны удовлетворять тем же требованиям, что и на Земле: поглощать фотоны с наименьшей длиной волны (высокоэнергичные), с наибольшей длиной волны (которые использует реакционный центр) или наиболее доступные. Чтобы понять, как тип звезды определяет цвет растений, пришлось объединить усилия исследователей разных специальностей.
Мартин Коэн (Martin Cohen), астроном из Калифорнийского университета в Беркли, собрал данные об F-звезде (сигма Волопаса), К-звезде (эпсилон Эридана), активно вспыхивающей М-звезде (AD Льва) и гипотетической спокойной М-звезде с температурой 3100 °К. Астроном Антигона Сегура (Antigona Segura) из Национального автономного университета в Мехико провела компьютерное моделирование поведения землеподобных планет в зоне жизни вокруг этих звезд. Используя модели Александра Павлова из Аризонского университета и Джеймса Кастинга (James Kasting) из Пенсильванского университета, Сегура изучила взаимодействие излучения звезд с вероятными компонентами атмосфер планет (полагая, что вулканы на них выбрасывают те же газы, что и на Земле), пытаясь выяснить химический состав атмосфер как лишенных кислорода, так и с его содержанием, близким к земному.
