Wachsende blaue Bäume [Duplikat]

Wir müssen uns nur die Pflanzen auf der Erde ansehen, um zu sehen, wie Sie allgemein blaue Pflanzen auf Ihrer Welt bekommen können

Grün ist die häufigste Farbe, da Chlorophyll blaues und rotes Licht absorbiert und das Grün reflektiert. Das hat viel mit der Chemie von Chlorophyll zu tun, und Chlorophyll so zu verändern, dass es blau reflektiert, ist viel zu mühsam. Außerdem hat die Erde das Problem bereits gelöst.

Darf ich Ihnen die malaysische Tropenpflanze Begonia pavonina vorstellen ?

Diese Pflanze (und ihre Sorten) haben ein kobaltblaues Blatt, weil sie einen anderen Prozess für die Photosynthese verwendet – einen, der das voluminösere Rot-Grün-Spektrum anstelle des blauen Spektrums von Chlorophyll verwendet. Es braucht es, weil sehr wenig Licht auf den Boden eines tropischen Regenwaldes dringt.

Insbesondere Whitney und ihre Kollegen bemerkten etwas Ungewöhnliches an den turmartigen Strukturen namens Thylakoide, die in den Chloroplastenkapseln gefunden wurden. Thylakoide sehen aus wie winzige Türme, und das Licht, das in sie eintritt, wird in chemische Energie umgewandelt.

Schauen Sie in die Chloroplasten der meisten Pflanzen und Sie würden diese turmartigen ziemlich zufällig platzierten finden, wie eine Ansammlung von Gebäuden. Aber die Thylakoide in den Chloroplasten der Begonien hatten eine unglaublich regelmäßige Struktur. Weniger wie die unregelmäßige Skyline von Manhattan, sondern eher wie eine geplante Stadt.

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Laut Whitney erzeugt die starre, präzise Struktur dieser Thylakoide eine Reihe faszinierender Effekte. Erstens bedeutet ihre geordnete Anordnung, dass die gesamten Chloroplastenkapseln dazu neigen, blaue Lichtwellenlängen wegzureflektieren, weshalb die Blätter für unsere Augen schillernd blau erscheinen. Der Verlust dieses blauen Lichts ist für die Energieeffizienz der Begonienpflanze kein Problem, da das meiste blaue Licht sowieso vom darüber wachsenden Regenwald absorbiert wird. Stattdessen sind die Thylakoide viel besser darin, rot-grünes Licht zu absorbieren, den Geschmack, der im ewigen Dämmerlicht des Regenwaldbodens am reichlichsten vorhanden ist.

Aber hier ist die seltsamste Eigenschaft dieser Zellstrukturen: Das Licht selbst verlangsamt sich tatsächlich, wenn es durch die Chloroplasten der Begonia-Pflanzen strömt. Das liegt an der präzisen Anordnung der turmartigen Thylakoide, die zusammen wie ein dichter Kristall wirken. Während sich Licht im Vakuum immer mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet, verlangsamt es sich beim Durchgang durch verschiedene Arten von Materie. Dieser Effekt ist in der Quantenphysik als langsames Licht bekannt. In Kombination mit der erhöhten Aufnahme von rot-grünem Licht erhöht dieser Effekt die Effizienz der Photosynthese der Begonienpflanze um bis zu 10 Prozent.

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Fazit

Auf eurer Welt hat sich das von Begonia pavonina verwendete Thylakoid-Design eher allgemein als speziell für die tropischen Regenwälder der Erde entwickelt. Wenn Sie einen Grund dafür wollen (was wahrscheinlich viel zu detailliert für Ihre Geschichte ist), dann könnten Sie Ihre Sonne vom grünen Spektrum wegschieben (im Gegensatz zu unserer Sonne, die im grünen Spektrum dominiert) oder so etwas wie eine Wolkendecke haben absorbiert das blaue Spektrum und lässt das rote Spektrum zurück. Aber wie gesagt, das ist wahrscheinlich zu detailliert.

Oder, wenn dies zu viel Arbeit ist, können Sie Ihre Erde mit Kobalt oder einem anderen bläulichen Mineral versetzen, das die Blätter verschmutzt. Es könnte einfacher sein, aber es wäre viel weniger cool. Ich sage ja nur'.

Tatsächlich können blaue Pflanzen auf der Erde existieren , aber sie sind aus einem einfachen Grund, der nichts mit der Atmosphäre zu tun hat, sehr selten.

Einfach ausgedrückt absorbiert das Chlorophyll in Pflanzen, das für die Photosynthese verantwortlich ist, Licht im blauen Teil des Spektrums am leichtesten und im grünen Teil am wenigsten, sodass die Blätter der meisten Pflanzen grün aussehen. In einigen Fällen, insbesondere bei Laubbäumen, enthalten die Blätter natürliches Anthocyanin und andere natürliche Pigmente, die freigelegt werden, wenn die Pflanze die Photosynthese im Winter einstellt, und das sind eher Rot-, Rosa- und dergleichen.

Letztendlich würde Ihre Welt ein modifiziertes natürliches Pigment benötigen, das (wenn die Chlorophyllzahlen über ihre Version des Herbstes fallen) eine natürliche blaue Farbe abgibt. Der obige Link sollte einige der chemischen Möglichkeiten aufzeigen, aber zumindest auf der Erde ist es sehr selten.

Ich ermutige Sie, sich auf diesen Artikel eines Forschers des NASA Goddard Institute for Space Studies zu beziehen: https://www.ebscohost.com/uploads/imported/thisTopic-dbTopic-1033.pdf

Auf der Erde ist Grün nicht unbedingt die beste Farbe für Pflanzen, aber eine der sehr guten Farben für Landpflanzen. Unterwasserpflanzen haben oft eine andere Farbe. Was Erdpflanzen grün macht, ist das Vorherrschen von Chlorophyll in ihren Zellen. Chlorophyl ist wiederum grün, weil es rote Photonen und blaue Photonen stark absorbiert und stattdessen grüne Photonen reflektiert. Warum es sich so entwickelt hat, scheint ganz einfach: Chlorophyll nutzt die verfügbare Lichtenergie effektiv. Das Sonnenlicht, das auf der Erde den Boden erreicht, hat seine Spitzen im Roten, also gibt es mehr rote Photonen als gelbe oder grüne oder blaue. Es gibt jedoch immer noch eine anständige Anzahl blauer Photonen, und diese verleihen mehr Energie als rote Photonen.Grüne Pflanzen haben sich also entwickelt, um rote Photonen (die die Zahlen haben) und blaue Photonen (die die Energie haben) zu nutzen und die Mitte (grün) zu verwerfen, die weder die Zahlen noch die höchste Energie hat.

Nun hätten sich Landpflanzen stattdessen zu Gelb oder Orange entwickeln können, wenn sich eine etwas andere Verbindung als Chlorophyl evolutionär durchgesetzt hätte. Es ist vielleicht hauptsächlich auf den Zufall zurückzuführen, dass Chlorophyl gewonnen hat und Landpflanzen nicht überwiegend gelb / orange sind.

Setzen Sie all dies zusammen und die Antwort auf Ihre Frage ist impliziert .... ändern Sie die Verteilung des Lichtspektrums, das den Boden erreicht. Am einfachsten ist es, den Sterntyp von G-Typ (wie Sol) in einen F-Typ- oder M-Typ-Stern zu ändern.

Geht man von einer erdähnlichen Atmosphäre aus, würde das Lichtspektrum, das auf einem Planeten, der einen F-Typ-Stern umkreist, den Boden erreicht, einen starken Höhepunkt im Blauen haben. Wenn sich also Pflanzen entwickeln würden, um diese reichlich vorhandenen hochenergetischen blauen Photonen zu nutzen, würden sie Blau absorbieren und stattdessen … orange/rot aussehen, nehme ich an. Oder vielleicht würden sie sich so entwickeln, dass sie blaues Licht reflektieren (und daher für das menschliche Auge blau aussehen), weil es einfach zu viel hochenergetisches blaues Licht gibt und die Absorption all dieser Energie ihre chemischen Prozesse stören würde (dh sie zu Chips braten würde).

In ähnlicher Weise hat das Sonnenlicht um einen Stern der M-Klasse herum einen starken Höhepunkt im Infraroten (ca. 1045 nm), sodass Pflanzen wahrscheinlich Verbindungen entwickeln würden, um diese Wellenlängen bevorzugt zu absorbieren. Das bedeutet, dass die Pflanzen andere Wellenlängen des sichtbaren Lichts reflektieren oder vielleicht versuchen, das gesamte sichtbare Spektrum zu absorbieren (um weniger Lichtenergie zu nutzen, die von einer schwachen Sonne kommt). Wenn sich die Pflanzen so entwickelt haben, dass sie das Orange durch infrarote Teile des Spektrums nutzen und den blauen Teil des Spektrums reflektieren (einfach weil es nicht genug davon gibt, um den Energieverbrauch für den Anbau von blau absorbierenden Pigmenten zu rechtfertigen), dann die Pflanzen würde blau aussehen. Vielleicht sehr dunkles oder entsättigtes Blau aufgrund der anderen Pigmente und/oder geringerer sichtbarer Lichtstärken, aber trotzdem blau.

Vieles davon ist auf evolutionäre Zufälle zurückzuführen. Aber wie Sie sehen können, gibt es Grundprinzipien, die die Wahrscheinlichkeit bestimmter Pflanzenfarbschemata beeinflussen.

Pflanzen sind nicht grün, weil Grün effizient ist, sie sind grün, weil Grün keine effiziente Wellenlänge für die Photosynthese ist. Sonnenlicht ist weiß, und Pflanzen absorbieren alle anderen Farben außer Grün, sodass es aus ihren Zellen streuen kann.

Wenn Sie stattdessen möchten, dass Ihre Pflanzen blau sind, müssen ihre Chlorophyllmoleküle bei allen Farben außer Blau effizient sein.

Leider stellt dies eine ziemliche Hürde für Sie dar, da blaue Wellenlängen die meiste Energie enthalten und daher für jeden photosynthetischen Organismus sehr wünschenswert wären.

Aber es ist nicht alles verloren. Damit ein Molekül ein Photon einfangen kann, muss es eine vergleichbare Wellenlänge haben. Aus diesem Grund werden Funkantennen entsprechend der Wellenlänge der Frequenzen bemessen, die sie aufnehmen möchten, und warum Ihre Kegelzellen nur in 3 Farben erhältlich sind, von denen jede für eine bestimmte Farbe empfindlich ist (im Gegensatz zu einem breiten Spektrum).

Damit Ihre Pflanzen also blau sind, müssen Sie die Entwicklung ihrer Chlorophyllmoleküle radikal ändern, um vorzugsweise alle Farben außer Blau zu absorbieren. Wahrscheinlich wäre der beste Weg, dies zu tun, bestimmte Annahmen über das Spektrum Ihres Sterns zu treffen und es vielleicht so zu verschieben, dass es viel weniger blaues Licht und mehr rotes / oranges / grünes Licht gibt.

Chlorophyll ist ein chelatisiertes Molekül, das Magnesium als Metallkern verwendet. Man könnte sagen, dass Magnesium im Chlorophyll Ihrer Pflanze nicht verwendet wird und dass stattdessen ein anderes Metall verwendet wird, dessen Eigenschaften dazu führen, dass es bevorzugt blaues Licht anstelle von grünem Licht streut.

Also, für ein komplettes Szenario:

• Ihr Stern ist kein G-Typ-Stern wie unsere Sonne, sondern vielleicht ein K-Typ- oder M-Typ-Stern, der viel röter wäre als unsere eigene Sonne.
• Aus welchen Gründen auch immer, gibt es auf eurem Planeten einen anomalen Magnesiummangel, der die Evolution gezwungen hat, bei der Photosynthese schlau zu werden und dafür ein anderes Metall wie Beryllium oder Kalzium zu verwenden. Wenn es ersteres ist, würde dies Ihre Bäume für jedes Leben von der Erde hochgiftig machen, da Beryllium ziemlich giftig ist.

Wie die anderen Antworten sagen, ist nicht die Atmosphäre, sondern das photosynthetische Chlorophyll für die grüne Farbe der Blätter verantwortlich. Wenn Sie eine andere Farbe wünschen, dann setzen Sie einfach voraus, dass die Evolution auf Ihrem Planeten mit einem anderen photosynthetischen Molekül begann. Es gibt eine Menge bekannter, wie in dieser Liste: http://terraformers.info/photo.html

Phycocyanin https://en.wikipedia.org/wiki/Phycocyanin scheint das einzige tatsächlich blaue zu sein. Allophycocyanin https://en.wikipedia.org/wiki/Allophycocyanin gibt Ihnen ein Purpur, &c Und natürlich können Sie mit der Hand ein wenig weitere Entwicklung vornehmen, um stärkere Farben zu erhalten ...

Es hat nichts mit der besten Farbe zu tun, sondern nur mit den Chloroplasten in den Pflanzenzellen (die zur Herstellung von Nahrung durch Photosynthese verwendet werden). Der Grund, warum sie grün sind, liegt in der Evolution. Als Land zum ersten Mal auftauchte, waren Grünalgen die einzigen Algen, die es gab. Dann lernte es durch die Evolution, auf dem Boden zu leben und seine eigene Nahrung zuzubereiten. Damit Bäume/Pflanzen/Gras blau sind, müssten Sie eine neugeborene Welt finden und die Algen dauerhaft blau färben. Allerdings könnten nicht alle Planeten die richtige Atmosphäre für Pflanzen am Boden haben.

Sie könnten süße lila Pflanzen mit Bakteriorhodopsin anstelle von Chlorophyll herstellen.

Bacteriorhodopsin: Das Enzym, das Pflanzen sich wünschen

Das ist Owens Lake und er ist lila von einer Blüte photosynthetischer Halobakterien. Das Bakteriorhodopsin, das sie verwenden, absorbiert grünes Licht und reflektiert Blau und Rot, um diese violette Farbe zu erzeugen.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/ligabs.html

Passen Sie es an, wie Sie es für richtig halten. Es gibt eindeutig keine Lichtfrequenz, die besser oder schlechter ist als andere. So wie Chlorophyll Rot und Blau absorbiert und Grün reflektiert und umgekehrt Bakteriorhodopsin, haben Sie ein fiktives Pigment, das Rot und Grün absorbiert und Blau reflektiert.

Vielleicht umkreist der Planet einen blauen Stern, sodass die Pflanzen blau sind, um schädliche hochenergetische Strahlung zu reflektieren. Ein blauer Stern würde mehr hochenergetische Strahlung freisetzen als ein gelber Stern, also würden Lebewesen auf der Oberfläche eines Planeten, der einen blauen Stern umkreist, Pigmente entwickeln, die sie vor der Strahlung ihrer Sonne schützen. Die Pflanzen würden blau oder weiß aussehen, aber Blau hat einen Vorteil gegenüber Weiß, weil Blau im Gegensatz zu weißen Pigmenten energiearme Strahlung durchlässt, die die Pflanze verstoffwechseln kann.