Bringen unterschiedliche Sterntypen Pflanzen mit unterschiedlichen Eigenschaften hervor?

Aus diesem Diagramm geht hervor, dass die Sterntypen, die unserem eigenen am nächsten sind, der K-Typ (oranger, etwas kühler und weniger als halb so hell) und der F-Typ (blauer, etwas wärmer und viel heller) sind. Wenn ich einen "erdähnlichen" Planeten um einen dieser Sterntypen platzieren möchte, wie sollte ich erwarten, dass sich das Pflanzenleben auf meinem Planeten anders entwickelt als auf der Erde?

Mit „erdähnlich“ meine ich einen Planeten, dessen Temperatur, Gelände, Wasser und Atmosphäre der Entwicklung höherer Lebensformen (eventuell empfindungsfähiger) förderlich sind. Wie wirkt sich der Sterntyp auf Aussehen, Wachstum, Arten, Dichte usw. von Pflanzen aus? Sollte ein Sterntyp zu dichteren (oder spärlicheren) Dschungeln, höheren (oder kürzeren) Bäumen, verschiedenen Arten von Früchten usw. führen?

Ich denke, diese Frage hängt damit zusammen. Ich weiß jedoch nicht genug Chemie, um zu sagen, wie verwandt sie sind.

Ja, die Frage gehört dazu. Chlorophyll funktioniert auf eine Weise - wenn Sie eine andere Chemikalie (eine Art Nicht-Chlorophyll) haben, die Energie einfängt, funktioniert es auf andere Weise, mit (möglicherweise) unterschiedlichen Teilen des Spektrums, in denen verschiedene Sterne produzieren können (oder auch nicht). unterschiedlicher Fülle.
Als Nebenbemerkung sollten neuere Sterne Akkretionsscheiben mit einem höheren Schwermetallgehalt haben, so dass alle sich bildenden Welten mehr Substanzen enthalten, die das Leben, wie wir es kennen, ziemlich giftig findet. Dies könnte bei der Definition verfügbarer Entwicklungspfade sehr wichtig sein, da es bestimmte Substanzen wie Arsen gibt, die auf der Erde relativ selten sind und für alle bekannten kohlenstoffbasierten Lebensstrukturen toxisch sind.
Ein Artikel von Scientific American, der für diese Frage relevant ist - ebscohost.com/uploads/imported/thisTopic-dbTopic-1033.pdf

Antworten (6)

Betrachten wir dies im Hinblick auf die Spitzenemission. Das Wiensche Verschiebungsgesetz sagt uns, dass die Spitzenemissionswellenlänge eines schwarzen Körpers λ max , ist umgekehrt proportional zu seiner Temperatur, T :

λ max = b T
wo b ist Wiens Verschiebungskonstante; b 2.9 × 10 3  mK . Unter Verwendung dieser und einiger Annahmen über die Temperatur können wir die Spitze des Spektrums eines Sterns bestimmen, da die meisten Sterne als schwarze Körper gut angenähert sind. Hier gehen wir davon aus T die effektive Temperatur des Sterns ist , und wählen Sie eine Temperatur im allgemeinen Bereich jedes Typs. Ich werde die Harvard-Spektralklassifikation verwenden .
Sterntyp Farbe T ( K ) λ max ( nm ) Ö blau 35 , 000 82.9 B Blau Weiss 20 , 000 145 EIN Weiß 8 , 000 363 F Gelb weiss 7 , 000 414 G gelb 5 , 500 527 K Orange 4 , 000 725 M rot 3 , 000 967
Als nächstes müssen wir davon ausgehen, dass die Pflanzen denen auf der Erde ähnlich sind – sie verwenden dieselben Verbindungen und Prozesse, um zu überleben. Das Leben auf der Erde ist alles, was derzeit in unserem Datensatz existiert, und es ist alles, womit wir arbeiten müssen, bevor wir uns in zu viele Spekulationen vertiefen.

Ein wichtiger Prozess ist die Photosynthese. Es gibt eine Vielzahl von photosynthetischen Pigmenten . Ich konnte ein Buchkapitel finden, das viele von ihnen zusammen mit ihrer Schlüsseleigenschaft hier, der Wellenlänge (n) der maximalen Absorption, beschreibt λ Abs . Hier ist eine Tabelle mit den relevanten:

Pigment λ Abs ( nm ) Auftreten Chlorophyll a 435 , 670 -6 80 Photosynthetische Pflanzen Chlorophyll b 480 , 650 Große Pflanzen; grüne Algen Chlorophyll c 435 , 645 Kieselalgen; braune Algen Chlorophyll d 435 , 740 Rote Algen Chlorobium Chlorophyll 750 , 760 Grüne Bakterien Bacteriochlorophyll a 800 , 850 , 890 Lila Bakterien; grüne Bakterien Bakteriochlorophyll b 435 , 740 Rhodopseudomonas (ein Purpurbakterium) a -Carotin 420 , 440 , 470 Laub; Rotalgen; grüne Algen β -Carotin 425 , 450 , 480 Die meisten anderen Pflanzen γ -Carotin 440 , 460 , 495 Grüne Schwefelbakterien Luteol 425 , 445 , 475 Grüne Blätter; grüne Algen; Rotalgen Violaxanthol 425 , 450 , 475 Laub Fucoxanthal 425 , 450 , 475 Kieselalgen; braune Algen Spirilloxanthal 464 , 490 , 524 Lila Bakterien Phycoerythrine 490 , 546 , 576 Rotalgen; einige Blaualgen Phycocyanine 618 Blau-grüne Alge; etwas Rotalgen Allophycocyanin 654 Blau-grüne Alge; Rotalgen
Die der Sonne λ max , ist in der Nähe von 500  nm , landet es genau in der Mitte all dieser Pigmente - wie zu erwarten wäre. Ich habe einige unmittelbare Beobachtungen:

  • Viele Pigmente haben eine günstige Absorption in der 420 - 500  nm Reichweite, nah λ max , .
  • Es gibt ein paar andere Gipfel, von 618 - 680  nm , 740 - 760  nm , und 800 - 890  nm . Diese sind hauptsächlich auf Pigmente zurückzuführen, die von bestimmten Bakterienarten verwendet werden.

Es liegt nahe, dass wenn λ max , Woanders würden andere Pigmente dominieren. Also fügen wir unserer ersten Tabelle ein paar Spalten hinzu:

Sterntyp λ max ( nm ) Mögliche dominante Pigmente Mögliche dominante Pflanzen Ö 82.9 ? Algen B 145 ? Algen EIN 363 Verschiedene Algenpigmente Grün- und Braunalgen; etwas Rotalgen F 414 Chlorophylle Große Pflanzen; Grün-, Braun- und Rotalgen G 527 Chlorophylle Große Pflanzen; blau-grüne Alge K 725 Bakteriochlorophylle Lila Bakterien; grüne Bakterien; blau-grüne Alge M 967 Bakteriochlorophylle Lila Bakterien; grüne Bakterien
Ich habe gesagt, dass Algen die wahrscheinlichsten Pflanzen auf Planeten sind, die Sterne vom Typ O und B umkreisen. Das hat nichts mit Pigmenten zu tun; Vielmehr liegt es daran, dass diese Sterne so kurzlebig sind, dass sich mehrzelliges Leben dort nur schwer entwickeln könnte. Tatsächlich kann das Alter die Arten von Leben beeinflussen, die Sie auf der ganzen Linie sehen würden. Massereichere Sterne haben weniger Zeit für die Entwicklung höheren Lebens und werden daher wahrscheinlich nicht zu kompliziertem, vielzelligem Leben führen.

Ich muss der Antwort von Ville Niemi zumindest teilweise zustimmen . Es ist klar, dass es auf der Erde viele verschiedene Pigmente gibt, und es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass wir nicht einmal andere auf einer fremden Welt um einen anderen Stern sehen würden. In ausreichend drastischen Fällen (insbesondere bei M-Zwergen und O- und B-Sternen) würde es jedoch wahrscheinlich zu größeren Verschiebungen der dominanten Pigmente kommen. Vielleicht würden sich neue entwickeln, und darüber kann ich nicht spekulieren. Ich kann Ihnen jedoch sagen, welche einige leichte Vorteile bringen würden. Betrachten Sie diese Antwort also vielleicht eher als "Nun, vielleicht [X, Y, Z]" als als etwas Definitives, insbesondere angesichts der Tatsache, dass ich kein Experte bin.

Der dritte Tisch ist zu lang und erstreckt sich bis in den HNQ-Teil der Seite. Ich weiß nicht viel über Latex. Gibt es eine Möglichkeit, es etwas zu verkleinern, damit es in den verfügbaren Platz passt?
@Secespitus Ich habe versucht, es herauszufinden, aber ohne Erfolg. Ich kann versuchen, jede Zelle dazu zu zwingen, mehrere Zeilen zu sein, was den Zweck erfüllen könnte.

Nicht wirklich. Pflanzen verwenden im Allgemeinen nur einen kleinen Teil der verfügbaren Energie für die Photosynthese und bevorzugen Frequenzen, die entweder chemisch effizient sind oder das umgebende Medium, entweder Luft oder Wasser, gut durchdringen. Aus diesem Grund gibt es zwei Peaks auf dem Graphen der photosynthetischen Effizienz, einer ist chemisch effizient, weil längere Wellenlängen leichter zu absorbieren sind, ein anderer dringt besser in Wasser ein. Das Spektrum des Sterns verändert die chemischen oder biologischen Eigenschaften nicht wirklich. Es verändert auch nicht die Eigenschaften von Luft oder Wasser. Pflanzen würden also wahrscheinlich immer noch nur einen Teil des verfügbaren Lichts absorbieren, der für sie am bequemsten ist. Und dieser Teil wäre wahrscheinlich derselbe wie auf der Erde.

Aus einem Kommentar von TimB: Wenn sich Ihr Planet in der bewohnbaren Zone befindet, haben Sie Größe und Temperatur bereits kompensiert, indem Sie den Planeten in der richtigen Entfernung vom Stern platziert haben, und der einzige verbleibende Faktor ist die Farbe.

Vielen Dank. Ist Licht der einzige Faktor? Ist Sterngröße oder Temperatur relevant?
@MonicaCellio Die sind durchaus relevant, aber nur in Verbindung mit anderen Variablen. Und es gibt andere Unterschiede zwischen Spektralklassen, die ebenfalls relevant sind, aber wiederum nur im Zusammenhang mit anderen Variablen. Mit all diesen anderen undefinierten Variablen ... Und wenn Sie hinzufügen, dass Sie fragen, wie sich die Pflanzenentwicklung an die Unterschiede anpassen würde ... Entschuldigung, aber ich kann nicht einmal raten, wie ich spekulieren soll. Vielleicht hat noch jemand eine bessere Idee.
Die Größe und Temperatur des Sterns bestimmen das Licht, das er erzeugt. Wenn sich Ihr Planet in der bewohnbaren Zone befindet, haben Sie Größe und Temperatur bereits kompensiert, indem Sie den Planeten in der richtigen Entfernung vom Stern platziert haben, und der einzige verbleibende Faktor ist die Farbe.
@MonicaCellio Tim B erklärte einiges von dem, was ich mit "Variablen" sagen wollte, aber in einer Form, die tatsächlich verstanden werden kann. Ich habe diesen Kommentar hinzugefügt, da ich nicht sicher war, ob Sie sonst benachrichtigt werden.
Vielen Dank! @TimB Ich habe Ihren Kommentar zur Antwort hinzugefügt (natürlich mit Namensnennung), damit die eigentliche Antwort und nicht nur ein kurzlebiger Kommentarthread alle wichtigen Informationen enthält. (Jeder von Ihnen sollte sich natürlich frei fühlen, zu optimieren.)
Zum Vergleich fehlt den Erdpflanzen ein großer Teil des Spektrums, da dieser Teil bei ihrer Evolution bereits von Halobakterien genutzt wurde. Jetzt absorbieren die dominierenden photosynthetischen Organismen auf dem Planeten nicht mehr den Großteil des Spektrums. Seltsame Zufälle der Geschichte können eine enorme Wirkung haben.

Ich habe Artikel und Verweise auf wissenschaftliche Arbeiten gelesen, die über die Farbe der Vegetation auf anderen Welten spekulieren. Selbst wenn wir die Biochemie, wie wir sie kennen, annehmen, sind viele Arten der Photosynthese möglich und können eine Vielzahl von Wellenlängen aufnehmen. Hinzu kommen Details des evolutionären Drucks, unter dem sich die allgegenwärtige Form entwickelt hat, und die Verfügbarkeit von Elementen ("interessante" Katalysatoren verwenden Schwermetallatome), die Wechselwirkung mit anderen Geweben und die Funktionsweise des menschlichen Sehvermögens (kein Spektrometer! Entwickelt für ein anderes Umgebungslicht) und alles ist möglich und für eine SF-Geschichte leicht plausibel gemacht.

Chlorophyll ist grün, weil es das gelbe Licht, das den größten Teil der Sonnenenergie bildet, sehr gut absorbiert. Eine Sonne mit röterem oder blauem Licht, das den Großteil der Energie ausmacht, würde vorzugsweise Pflanzen produzieren, die anders gefärbt sind, um die Absorption für sie zu maximieren

Chlorophyll ist sehr schlecht darin, gelbes Licht zu absorbieren. es absorbiert fast kein gelbes Licht.

Artifexian und Worldbuilding Notes haben eine Videoübersicht über Pflanzen-, Himmels- und Sonnenkombinationen veröffentlicht: https://youtu.be/L9MNC45Jr6Q

Und ein Google Doc-Rechner zur Ausgabe von Pflanzenfarben gemäß diesen Variablen: https://docs.google.com/spreadsheets/u/0/d/1YhSapw5xSUli1H321JSM2JqMfbmuzqwJp5Iba6DxuWs/htmlview#

Screenshots des Rechners:Rechner für atmosphärische Zusammensetzung Rechner für Pflanzenfarbe basierend auf Sternvariablen

Ein gelber Stern, wie unsere Sonne, setzt elektromagnetische Strahlung frei, die die Atmosphäre eines Planeten blau und während der Dämmerung rot färbt, es sei denn, es gibt eine Chemikalie auf der Oberfläche oder in der Luft, die verändert, wie viel von jeder Art von elektromagnetischer Strahlung reflektiert und absorbiert wird . Eine gelbe Sonne würde also bedeuten, dass die Flora überwiegend grün ist, um rotes und blaues Licht zu absorbieren. Für eine rote Sonne, die kleiner und dunkler ist als unsere eigene, wären die Pflanzen schwarz, um möglichst viel Energie aufzunehmen. Bei einem bewohnbaren Planeten, der einen blauen Stern umkreist, der größer und heller als die Sonne ist, wären die Pflanzen vielfarbig.

Es gäbe weiße und blaue Pflanzen, um schädliche Strahlung zu reflektieren, dunkle Pflanzen aufgrund von Melanin, die vor schädlicher Strahlung schützen, und herbstfarbene Pflanzen, um reichlich blaues Licht zu absorbieren. Was die Höhe und die Dichte des Dschungels betrifft, glaube ich nicht, dass die Art des Sterns etwas damit zu tun hat. Ein Planet, der einen blauen Stern umkreist, hätte jedoch wahrscheinlich große Früchte mit strahlungsdämpfenden Eigenschaften in seinem Fleisch, damit die Samen darin keinen genetischen Schaden erleiden.

Einem grünen Pigment entgeht tatsächlich der Großteil des sichtbaren Spektrums, das von der Sonne kommt. Wenn Sie den größten Teil des Spektrums absorbieren, erhalten Sie eine violette Farbe. Siehe Bakteriorhodopsin.