若我们对系外行星有足够的了解,就可以推测它们上面会长出什么样的植物——很可能不是绿色的。
外面的世界很精彩
科幻、奇幻作品里,首先都会给我们勾勒出一幅环境画面:天上挂着什么样的太阳(恒星),夜空有几个月亮(卫星),然后才是地貌和生灵(也许是史莱姆、哥布林)。
抛开奇幻,现实的外星世界和它们环绕的恒星,可能与我们的地球太阳完全不同,那么生灵的基础——外星植物群可能与我们以前见过的完全不同。
迄今为止发现的大多数岩石系外行星都围绕红矮星运行。
比如,20年至20年间,人们发现了至少四颗、可能多达六颗可能适合居住的系外行星在Gliese581行星系统内运行。
到了27年,科学家又宣布发现了七颗地球大小的行星,围绕距离水瓶座约39光年的红矮星TRAPPIST-1运行,通过凌日法,其中三颗位于宜居带内,并且表面可能有液态水。
人类已经开始迫不及待地畅想星际移民,前往红色世界。
红矮星——主序带上最小、最冷的恒星,它们是迄今为止银河系中最丰富的恒星类型,它们发出的光比太阳更微弱、更红。
那么,很自然地就有了这样的疑问:如果光合作用发生在这样一系列400到700纳米可见光中,并且来自一颗更暗、更冷、更红的恒星,是否有足够的光来支持光合作用?
外面的世界很无奈
红矮星周围的条件是允许生命蓬勃发展的,但生活对红太阳光的适应可能非常不同。
地球上的绝大多数植物,包括多叶植物、苔藓和蓝藻,即使长相奇怪,也都利用光合作用将阳光和二氧化碳转化为能量和氧气(寄生植物可以不进行光合作用,比如,著名的大王花)。
植物使用叶绿素将太阳能转化为化学能。
叶绿素赋予植物绿色,它被进化调整为吸收从紫蓝色到橙红色的光谱部分的阳光(就不要绿)。
但当天体学家和生物学家切磋的时候,发现了一个问题:植被的光谱吸收有一个“红色边界”——叶绿素不会在超过700纳米的更长,更红的波长上吸收很多光子。
700纳米,正是红矮星发出大部分光的波长。这给光合作用物种带来了问题。
面对天体学家抛出的砖,生物学家开始设想外星光合作用如何工作——他们开发了一种与任何特定物种无关的光合作用通用模型。
特别是,他们模拟了光捕获触角(light-harvestingantennae)-所有光合生物都具有的色素-蛋白质复合物-收集光子并将光能引导到反应中心,该反应中心进行将其转化为化学能所需的光化学。
论文很长,这里只说结论:具有极其高效触角的生物确实可以吸收比700纳米更红的昏暗光,但含氧光合作用可能很困难——在这种情况下,生物体将不得不投入大量能量来维持光合机制的运行。
从进化上讲,这可能会限制它们,只能维持池塘栖息的绿、蓝色藻类形态,而不是可以涉足、占领土地的结构。
夕阳西沉的世界
如果你觉得这只是理论,没什么参考价值,那么让我们回到地球上来。
近年来,我们已经知道地下是一个有着极为丰富微生物的世界——微生物在没有光线的情况下会产生“暗氧”。
还有紫色细菌和绿色硫磺细菌,它们在没有氧气的情况下进行光合作用,它们依靠红外光获取能量,在800到1000纳米之间。这完全在红矮星的星光范围内。
因此,不难想象,遥远水瓶座的某颗行星上,紫色细菌群落在含硫的海洋中膨胀。如果它们进化成可以在陆地上生存的植物,就像地球植物一样,它们也会将其吸光表面朝向恒星,但这些外星植物可能是紫色、红色或橙色,这取决于它们所适应的光波长。
满眼红色之外,这些外星植物大概率也会有“根”——集合一团细胞从地面上“哄骗”出一些营养,但它们会寻找不同的营养。(对于地球上的植物来说,硝酸盐和磷酸盐至关重要)。
写在最后
我们都熟悉的、媒体上宣传的疑似宜居星球,需要科学家关注每颗恒星周围的宜居带——这个宜居带关注的是水,这一圈的位置对行星表面的液态水来说既不太热也不太冷。(太热,水会蒸发掉。太冷了,会永久变成冰)
水当然是大多数生命所必需的,但,水之前,还要有光。
在现今的跨界合作中,生物学家和天文学家联手,专注于恒星光强度、行星表面温度、大气密度以及生物体需要消耗多少能量才能生存等因素——综合考虑后,估计了一个“光合作用宜居带”,它比传统的水宜居带离恒星更近(缩小)。
但,如果外星植物能够在没有含氧光合作用的情况下生存,甚至茁壮成长,那最终可能意味着扩大、而不是缩小宜居带。
了解、谈论这些有什么用?
外星,对我们普通人来说不过是一个名词,一个符号,代表着我们不熟悉的事物。现实里,我们身边一样会有不熟悉的领域,想理解它,只需要搞清楚钱(能量)的来源,底层生产者(光合作用),消费者(食物链),以及生态规则和逻辑(如何促进、破坏)。
当你这么想问题的时候,会比大部分人的思路更清晰些。
作者感谢你的关注(-_-)
#科普涨知识#