Kann ein Planet Pflanzen in verschiedenen Farben beherbergen, ohne dass ein Pigment die anderen übertrifft?

Ich würde ja sagen, wenn eines der Pigmente nicht das Ergebnis der Notwendigkeit wäre, Licht anzuziehen. Angenommen, der Planet hätte eine sekundäre Nährstoffquelle (möglicherweise älter, z. B. geothermische Schlote), die viel häufiger vorkommt als auf der Erde. Diese Quelle könnte die Pigmentierung der Pflanzen beeinflussen, die sich davon ernähren.

Um nicht in Nischen wie schwefelhaltige Wasserbecken oder tiefe Gewässer verbannt zu werden, müssten die Pflanzen, die sich von dieser Sekundärquelle ernähren, in der sauerstoffreichen Umgebung überleben, die von den anderen Pflanzen erzeugt wird (etwas, was die anaeroben Organismen der Erde nicht können per Definition gut machen).

Wir könnten uns vorstellen, dass eine genetische Familie den Durchbruch geschafft haben könnte, zB einen Teil ihres Fortpflanzungssystems in ein „Atmungsorgan“ umzuwandeln: Es würde eine chemische Reaktion antreiben, um die chemische Formel wiederherzustellen, die ursprünglich für ihren Stoffwechsel am besten war.

Das würde sie den Tieren funktional näher bringen, aber sie wären immer noch Pflanzen. Tatsächlich könnten sie bis zu einem gewissen Grad Tiere ersetzen, indem sie den Sauerstoff der anderen Pflanzen verbrauchen und ihn wieder in CO2 umwandeln. Es würde ein "Machtgleichgewicht" zwischen den beiden Pflanzenarten geben, und jede würde die andere im Ökosystem ernähren.

Solche Pflanzen, die Nährstoffe aus dem Boden beziehen und Sauerstoff atmen, wären höchst "unregelmäßig", aber die kambrische Explosion zeigte, dass es viele Lösungen geben könnte und in der Natur alles, was funktioniert, das Überleben erkaufen kann ... zumindest für eine Weile. Ich bin mir sicher, dass jeder Biologe oder Spezialist für organische Chemie gegen ein solches Szenario einige ernsthafte Einwände finden könnte, aber zumindest würde es für einen Laien plausibel klingen.

Grün ist die häufigste Farbe für Pflanzen, aber sie sind nicht bereits auf unserem Planeten ausschließlich grün.

Cyanobakterien zum Beispiel verwenden andere Farbstoffe zusammen mit Chlorophyll, und das gleiche gilt für Rotalgen (daher der offensichtliche Name).

Chlorophyll ist nur am weitesten verbreitet, aber es gibt Beispiele für andere Farben, wie die Cordyline australis

Kommen wir zu Ihrer Frage

Kann ein Planet eine Flora verschiedener Pigmente unterstützen, die nebeneinander leben, ohne dass ein Pigment die anderen übertrifft?

Die Antwort ist definitiv ja.

Kompromiss zwischen Lebensdauer und Wachstumsrate

Der Grund, warum Pflanzen das Grün nicht absorbieren, besteht darin, Schäden zu vermeiden. Als Doktorand, der an organischen Solarzellen arbeitet, kann ich Ihnen sagen, dass es sehr schwierig ist, organische Materialien zu finden, die Lichteinwirkung über längere Zeiträume standhalten können.

Vielleicht könnten auf Ihrem Planeten verschiedene Lebens-/Erntestrategien nebeneinander existieren: Einige Pflanzen wären langlebig, mit suboptimaler Absorption (ähnlich wie bei uns). Andere würden bei höheren Wellenlängen ernten, sehr schnell wachsen, sich schnell vermehren und sterben. Abhängig von ihren Feinden kann eine dieser beiden Strategien optimal sein.

Ich kann mir zwei Situationen vorstellen, in denen zwei oder mehr Pigmente koexistieren könnten:

1. Nischenbeleuchtung; Wenn ein Pigment bevorzugt rotes Licht aufnimmt, während der Rest des Spektrums durchgelassen wird, können andere Photosynthesegeräte, die sich weiter unten in der Biosphäre befinden, Pigmente mit hoher Effizienz bei anderen Wellenlängen verwenden, um alles, was sie können, aus dem Licht herauszuholen, das durch das rote Licht gelangt. hungrige Baldachinschicht.

2. passende Effizienz; Wenn es zwei oder mehr photosynthetische Pigmente mit der gleichen Leistungseffizienz bei einer bestimmten Lichtintensität gibt, ist es möglich, dass beide/alle auf gleicher Augenhöhe miteinander konkurrieren, bis etwas ein besseres Pigment findet.

Wie in anderen Antworten erwähnt, sind mehrere Farben gleichermaßen realisierbar und existieren daher nebeneinander, wenn es mehrere Möglichkeiten gibt, äquivalente Energie zu erzielen. Eine Möglichkeit, die auftreten könnte, ist ein Planet in einem Doppelsternsystem. Die beiden Sterne könnten jeweils ein unterschiedliches Spektrum haben. Wenn sich der Planet dreht, würde der Planet zu unterschiedlichen Stunden unterschiedliche Sonnen sehen. Einige Pflanzen können Licht von A effizient ernten, während andere B ernten.

Zum Beispiel: Bei einem Sonnenaufgang können Sie sehen, wie sich die grünen Pflanzen entfalten, und beim Aufgang der anderen Sonne entfalten sich die anderen farbigen Pflanzen. Wenn dann die erste Sonne untergeht, rollen sich diese Pflanzen für ihre "Nacht" ein, während die anderen Pflanzen die zweite Sonne ganz für sich haben. Einige Pflanzen haben möglicherweise beide Arten von Pigmenten oder ändern sogar ihre Farbe während der Sonnenzyklen, um sie für das Licht in diesem Moment zu optimieren.

Damit sie alle ungefähr gleich häufig sind, muss jeder einen bestimmten Vorteil haben, der nicht alle anderen verdrängt, da sonst zufällige Abweichungen dazu führen, dass eine Form schließlich die dominierende Form ist. Pflanzen auf der Erde sind größtenteils grün, weil grünes Licht für die größte Menge an Sonnenenergie verantwortlich ist, die durch die Erdatmosphäre kommt (na ja, die größte Menge, die auf die Oberfläche trifft) und daher die wahrscheinlichste Quelle für eine Überbelichtung (und damit eine Verschlechterung) des Lichts ist Pigmente.

Die einfachste Option hier ist also, dass etwas eine Variation im Spektrum des Lichts verursacht, das auf die Oberfläche des Planeten trifft. Möglichkeiten die mir dazu einfallen sind:

• Etwas an der Atmosphäre variiert je nach Tageszeit oder Jahreszeit. Infolgedessen sind bestimmte Pigmente entweder zu verschiedenen Tageszeiten oder zu verschiedenen Jahreszeiten besser. Saisonale Schwankungen sind hier wahrscheinlich wahrscheinlicher, da sie in geringem Maße bereits auf der Erde vorkommen und einen vernünftigeren Lebenszyklus für die Pflanzen ermöglichen.
• Irgendetwas am Stern selbst ändert sich regelmäßig. Das Umkreisen einer Binärdatei mit zwei verschiedenen Sterntypen (G und etwas anderes) würde dies tun, und ich würde argumentieren, dass dies tatsächlich die plausibelste Option ist. Entweder einen Stern vom Typ F oder K als anderen Partner zu haben, würde die beste Gesamtstabilität des Spektrums ergeben, das den Planeten erreicht, und gleichzeitig genügend Varianz bieten, um regelmäßig eine Sorte gegenüber den anderen zu bevorzugen, obwohl ich nichts darüber weiß, wie astronomisch möglich ein G/K- oder G/F-Binärsystem wäre.
• Das vielleicht interessanteste, aber am wenigsten plausible: Der Planet befindet sich auf einer langen elliptischen Umlaufbahn um den Stern (wie ein Komet). Die Entfernung vom Stern wirkt sich auf die Energie der verschiedenen Frequenzen aus, und daher erhalten Sie „saisonale“ Unterschiede bei den besten Pigmenten. Ein solcher Planet hätte es jedoch sehr schwer, das Leben, wie wir es kennen, zu unterstützen.

Alternativ können Sie es so gestalten, dass Grün immer noch die „beste“ Farbe in Bezug auf die Lebensdauer ist, aber die anderen einen anderen Vorteil haben, der nicht mit der Energieumwandlung zusammenhängt. Vielleicht machen sie die Pflanze widerstandsfähiger gegen einige Arten von Krankheiten. Vielleicht ermutigen sie indirekt bestimmte Arten, diese Pflanze aktiver zu bestäuben. Vielleicht sind sie für bestimmte Pflanzenfresser giftig und geben der Pflanze daher einen Vorteil in Gebieten, in denen sie weit verbreitet sind.

Es sollte kein Problem geben. Es gibt hier jedoch einige Pfade, die auf einigen Unbekannten basieren:

Können sich verschiedenfarbige Pflanzen kreuzen?

Wenn sie können, dann ist es wahrscheinlich, dass sie Gene bis zu einem Punkt mischen, an dem sie sich über Millionen von Jahren in eine gemittelte Farbe verwandeln. Sie würden erwarten, dass die Farbe in Richtung der vorherrschenden Farbmischung verblasst.

Kommen verschiedenfarbige Pflanzen in der gleichen Region vor oder sind sie getrennt?

Wenn sie getrennt sind, wird die Farbtrübung nicht so schnell passieren, aber es sollte schließlich immer noch passieren (Vögel tragen Samen, Menschen reisen, sogar der Wind würde hin und wieder einen verirrten Samen tragen.

Gibt es bemerkenswerte Überlebensunterschiede zwischen den Pflanzen?

Wenn beispielsweise rosafarbene Pflanzen weniger CO ₂ benötigen als grüne Pflanzen, können sie in Gebieten mit geringerer CO ₂ -Prävalenz leben.

In Gebieten, in denen grüne Pflanzen überleben können, hätten rosa Pflanzen überschüssige Ressourcen, die sie dem Wachstum widmen können. Dies kann eine Ursache für eine leicht unterschiedliche Pflanzenwelt sein: rosafarbene Bäume, grüne Sträucher.

Unterschiedliche Überlebensfaktoren können eine Ursache für die Trennung sein. Erfinden Sie einige Eigenschaften, um den Punkt zu beweisen:

• Rosa Pflanzen brauchen weniger Sauerstoff => Höhenlagen sind überwiegend rosa.
• Orangenpflanzen verlieren in der Kälte dramatisch an Effizienz => Die Tropen sind überwiegend orange.
• Blaue Pflanzen sterben in wärmeren Umgebungen ab => Kalte Regionen sind überwiegend blau.

Usw. Die Trennung muss nicht perfekt sein, dh andere Farben können immer noch in derselben Region existieren, aber Sie würden erwarten, dass eine bestimmte Pflanzenfarbe mit einer bestimmten genetischen „Fähigkeit“ in der Region, die dieser Fähigkeit entspricht, häufiger vorkommt.

Aber wenn sie sich kreuzen können und sich zusammen in derselben Region befinden, werden sie im Laufe der Zeit ihre Gene so weit mischen, dass sie ihre individuellen Besonderheiten (einschließlich Farbe) verlieren.

Mir fällt auf, dass du erwähnt hast:

Ich sehe nicht, wie Pigmente „unterschiedliche ökologische Nischen besetzen“ könnten, weil ihre Aufgabe nur darin besteht, Licht zu absorbieren.

Aber das ist etwas widersprüchlich, wenn Sie sagen:

Auf der Erde sind alle Pflanzen grün, weil sie unterschiedliche Pigmente enthalten, zumal Grün eine nicht optimale Farbe ist .

Wenn Sie Ihre Beobachtung erweitern, dass Grün nicht optimal, aber allgegenwärtig ist, werden Sie feststellen, dass nur weil ein Merkmal vorherrscht, es nicht immer bedeutet, dass es der Schlüssel zu den Genen der Kreatur war, die ihre evolutionäre Prävalenz erhöhen.
Wie wurde Grün zur vorherrschenden Pflanzenfarbe, wenn es nicht die optimalste Farbe ist? Weil die Vorfahrenpflanzen, die die besten Überlebenden waren, zufällig grün waren. Sie waren aus anderen Gründen als ihrer Farbe optimale Arten.

Ebenso werden die von mir erwähnten Pflanzenfarbmerkmale nicht unbedingt durch die Farbe verursacht. Vielleicht sind die kälteresistenten Pflanzen einfach nur blau. Vielleicht sind die sauerstoffarmen Pflanzen einfach nur rosa. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass ein Merkmal (z. B. Überlebensfaktor) durch das andere (z. B. Farbe) verursacht wird. Sie können zufällig sein.

Und so könnten unterschiedliche Farben unterschiedliche Nischen besetzen:

• Anfangs gibt es mehrere Farben von Pflanzen, die dieselbe Nische besetzen.
• Nehmen wir an, diese Pflanzen kreuzen sich nicht.
• Über Millionen von Jahren hat sich eine Pflanzenart besser an die Nische angepasst als alle ihre Konkurrenten.
• Über eine weitere Million Jahre übernimmt diese Pflanze langsam die Nische und verwandelt sich im Grunde in ein Monopol. Bisher hat es dieses Monopol beibehalten.
• Diese Pflanze hat einfach eine bestimmte Farbe.

In anderen Nischen ist das gleiche passiert, aber weil eine Nische mit der anderen nichts zu tun hat, kann das Monopol der zweiten Nische von einer Pflanze einer anderen Farbe aufrechterhalten werden.

Antwort: Sicher, es ist durchaus möglich.

Der entscheidende Punkt ist, dass das Photosynthesepigment nur ein Teil (wenn auch ein wichtiger Teil) des gesamten Photosynthesewegs ist, und es ist der gesamte Photosyntheseweg, der wichtig ist und sich entwickelt. Und genau hier auf der Erde in den Gefäßpflanzen haben wir zwei deutlich unterschiedliche photosynthetische Systeme: C3 und C4.

(Einzelheiten finden Sie im C3-Artikel und im C4-Artikel von Wikipedia.)

Der Punkt ist, dass C3- und C4-Pflanzen seit Millionen von Jahren nebeneinander auf der Erde existieren. (Die meisten Pflanzenarten sind C3; die größte Gruppe von C4-Pflanzen sind die Gräser. C3-Arten gedeihen tendenziell besser bei gemäßigten Temperaturen, hohem CO ₂ und reichlich Wasser. C4-Arten gedeihen tendenziell besser in heißen, trockenen Umgebungen mit weniger CO ₂ .)

Während es also für ein neues Pigment schwierig sein kann, sich zu entwickeln, wäre es unter der Annahme, dass beide Pigmente in etwa vergleichbar effizient sind, nichts Besonderes, wenn sie über einen langen Zeitraum nebeneinander existieren. Kenne ich schon.

(Natürlich sprechen wir hier „nur“ von Millionen von Jahren. Selbst ein relativ kleiner absoluter Vorteil könnte den einen oder anderen dazu bringen, die Dominanz über hundert Millionen von halben Milliarden Jahren zu vollenden. Aber jedes Pigment hat Vorteile gegenüber dem anderen in einige Umgebungen (wie im Fall von C3 und C4) könnten sich über einen viel längeren Zeitraum als stabil erweisen.)

Andere Mineralien, andere Farben.

Obwohl viele Pigmente mehr mit der chemischen Struktur zu tun haben, beziehen einige Pigmente ihre Farbe von Elementen in ihnen wie Eisen oder Kupfer. In jedem Fall könnten verschiedene Regionen reich an verschiedenen Mineralien sein und Pflanzen könnten an alles angepasst sein, was gerade vorhanden ist, sei es, dass es ihnen direkt ihre Farbe verleiht oder indem sie ihre Herangehensweise an die Photosynthese ändern.

Nicht ALLE Pflanzen auf der Erde sind grün, obwohl diese am weitesten verbreitet sind. Vor langer, langer Zeit haben wir in der Schule etwas über Algen gelernt, es gibt vier Farben: grün, rot, braun und blau. Die blauen scheinen mit Cyanobakterien verwandt zu sein, einer der ältesten Lebensformen der Erde! Es ist also eine Tatsache, dass es hier auf unserem eigenen Planeten neben den bekanntesten Chlorophyll a und Chlorophyll b auch andere Pigmentfarben gibt, die effektiv Photosynthese betreiben.

Ja, ein Planet kann Pflanzen unterschiedlicher Farbe beherbergen. Wir wissen es, weil die Erde es tut.

Die Farbe des Lichts ändert sich unter Wasser. Daher sind rote Pigmente in bestimmten Tiefen beim Sammeln von Licht effizienter als grüne, und Rotalgen profitieren davon. Auf jedem anderen Planeten können unterschiedliche Umstände die Farbe des Lichts an verschiedenen Orten ändern, was zu unterschiedlichen Pigmenten des photosynthetischen Organismus führt.

Ihre Pflanzen haben mehr als ein Pigment in derselben Pflanze.

Es gibt einen einfachen (relativ) Weg, dies zu tun, Pflanzen auf Ihrem Planeten haben nicht ein Pigment, sie haben zwei oder mehr in derselben Pflanze, wenn sie jeweils etwa die Hälfte verschiedener, aber ungefähr gleicher Teile des Spektrums einfangen, sollte dies funktionieren . Zum Beispiel ein Blau und ein Orange oder Cyan und Orange, sodass die Standardfarbe nicht Schwarz ist. Es wäre unwahrscheinlich, dass es sich von vornherein entwickelt, aber nicht unmöglich, und wenn es einmal auftritt, wird es Vorteile haben, mehr Abdeckung und kontrollierbare Variabilität in der Absorption zu haben. Dadurch können auch Spurenpigmente die Farbe leichter beeinflussen, da von jedem Pigment weniger vorhanden ist. Diese Pigmentpflanze ist relativ stabil und ermöglicht eine große Farbvielfalt.

Denken Sie daran, dass Pflanzen den „Pigmentwettbewerb“ wahrscheinlich aus Gründen gewonnen haben, die nichts mit Farbe zu tun haben. Unsere beste Vermutung ist die Salztoleranz oder indem sie zuerst eine symbiotische Beziehung mit frühen eukaryotischen Zellen eingehen, so dass Ihre zweifarbigen Pflanzen ein ähnlicher Fall wären es hatte einfach ein zweifarbiges System, genauso wie frühe Pflanzen zufällig grün waren, wenn andere Faktoren sie zum Sieg brachten.

Denken Sie daran, dass Farben keine absolute, sondern eine subjektive Interpretation elektromagnetischer Wellen sind.

Das menschliche Auge und die Teile des menschlichen Gehirns, die ihre Signale interpretieren, sind das Ergebnis einer Jahrmillionen langen Evolution. Unsere Farbwahrnehmung ist so, wie sie ist, weil sich die Fähigkeit, Frequenzen von 440 THz (Rot), 560 THz (Grün) und 640 THz (Blau) separat filtern zu können, als nützlich für das Überleben in unserer Umwelt erwiesen hat.

Das bedeutet, dass andere Planeten für das menschliche Auge im Allgemeinen weniger farbenfroh erscheinen, weil wir uns nicht dazu entwickelt haben, die Farbnuancen dieses Planeten wahrzunehmen und zu unterscheiden.

Das ist übrigens auch der Grund, warum viele Teleskope im ultravioletten oder infraroten Bereich arbeiten. Nur weil dies Lichtfarben sind, die unsere Augen überhaupt nicht sehen können, heißt das nicht, dass es im Weltraum nichts Interessantes gibt, das in diesen Farben leuchtet.