Растущие голубые деревья [дубликат]

Нам нужно только взглянуть на растения на Земле, чтобы увидеть, как вы можете получить голубые растения в своем мире.

Зеленый — самый распространенный цвет, потому что хлорофилл поглощает синий и красный свет, отражая зеленый. Это во многом связано с химическим составом хлорофилла, а изменить хлорофилл, чтобы он отражал синий цвет, слишком сложно. Кроме того, Земля уже решила эту проблему.

Позвольте познакомить вас с малазийским тропическим растением Begonia pavonina .

Это растение (и его разновидности) имеет кобальтово-синий лист, потому что оно использует другой процесс фотосинтеза — тот, который использует более объемный красно-зеленый спектр, а не синий спектр, используемый хлорофиллом. Это необходимо, потому что очень мало света проникает в дно тропического леса.

В частности, Уитни и ее коллеги заметили нечто необычное в шпилевидных структурах, называемых тилакоидами, обнаруженных внутри капсул хлоропластов. Тилакоиды выглядят как крошечные башни, и проникающий в них свет превращается в химическую энергию.

Загляните внутрь хлоропластов большинства растений, и вы обнаружите, что эти башнеобразные элементы расположены довольно хаотично, как скопление зданий. Но тилакоиды внутри хлоропластов бегонии имели невероятно правильную структуру. Он меньше похож на неровный горизонт Манхэттена, а больше на спланированный город.

...

По словам Уитни, жесткая, четкая структура этих тилакоидов создает несколько удивительных эффектов. Во-первых, их упорядоченное размещение означает, что все капсулы хлоропластов имеют тенденцию отражать синие длины волн света, поэтому листья кажутся нашим глазам переливающимися синими. Потеря этого синего света не является проблемой для энергоэффективности растения бегония, поскольку большая часть синего света в любом случае поглощается тропическим лесом, растущим над ним. Вместо этого тилакоиды намного лучше поглощают красно-зеленый свет, аромат, который, как правило, наиболее распространен в вечном сумраке дна тропического леса.

Но вот самое странное качество этих клеточных структур: сам свет на самом деле замедляется, когда он проходит через хлоропласты растений бегонии. Это связано с точным расположением башнеобразных тилакоидов, которые вместе действуют как плотный кристалл. В то время как свет всегда движется с одной и той же скоростью в вакууме, он будет замедляться при прохождении через разные типы материи. Этот эффект известен в квантовой физике как медленный свет. В сочетании с повышенным поглощением красно-зеленого света этот эффект увеличивает эффективность фотосинтеза бегонии до 10 процентов.

Оригинальную статью со всеми удивительно кровавыми подробностями можно найти на сайте Nature Plants .

Заключение

В вашем мире дизайн тилакоидов, используемый Begonia pavonina , эволюционировал в целом, а не специально для тропических лесов Земли. Если вам нужна причина для этого (что, вероятно, слишком много подробностей для вашей истории), тогда вы можете сместить свое солнце из зеленого спектра (в отличие от нашего солнца, которое доминирует в зеленом спектре), или иметь что-то вроде облачного покрова, который поглощает синий спектр, оставляя красный спектр. Но, как я уже сказал, это, вероятно, слишком много деталей.

Или, если это слишком много работы, вы можете добавить в почву кобальт или какой-либо другой минерал с синеватым оттенком, который испортит листья. Это может быть проще, но это будет менее круто. Я просто говорю.

На самом деле голубые растения могут существовать на земле , но встречаются они очень редко по простой причине, не имеющей никакого отношения к атмосфере.

Проще говоря, хлорофилл в растениях, отвечающий за фотосинтез, легче всего поглощает свет в синей части спектра, а в зеленой — меньше всего, поэтому листья большинства растений выглядят зелеными. В некоторых случаях, особенно у лиственных деревьев, листья содержат природный антоцианин и другие естественные пигменты, которые проявляются, когда растение перестает фотосинтезировать зимой, и это больше красные, розовые и тому подобные.

В конечном счете, вашему миру потребуется модифицированный природный пигмент, который (когда количество хлорофилла падает по сравнению с их версией осени) дает естественный синий цвет. ссылка выше должна дать некоторые химические возможности, но, по крайней мере, на Земле это очень редко.

Я рекомендую вам обратиться к этой статье исследователя из Годдардовского института космических исследований НАСА: https://www.ebscohost.com/uploads/imported/thisTopic-dbTopic-1033.pdf

На Земле зеленый не обязательно лучший цвет для растений, но один из очень хороших цветов для наземных растений. Подводные растения часто бывают другого цвета. Что делает земные растения зелеными, так это преобладание хлорофилла в их клетках. Хлорофилл, в свою очередь, зеленый, потому что он сильно поглощает красные фотоны и синие фотоны, отражая вместо них зеленые фотоны. Почему он развивался таким образом, кажется довольно простым: хлорофилл эффективно использует доступную световую энергию. Солнечный свет, который достигает уровня земли на Земле, имеет пик красного цвета, поэтому красных фотонов больше, чем желтых, зеленых или синих. Однако есть еще приличное количество синих фотонов, и они передают больше энергии, чем красные фотоны.Таким образом, зеленые растения эволюционировали, чтобы использовать красные фотоны (у которых есть числа) и синие фотоны (у которых есть энергия) и отбрасывать средние (зеленые), у которых нет ни чисел, ни самой высокой энергии.

Так вот, наземные растения могли бы эволюционировать и стать желтыми или оранжевыми, если бы в ходе эволюции победило немного другое соединение, отличное от хлорофилла. Возможно, в основном это случайность, когда победил хлорофилл, и наземные растения не в подавляющем большинстве желто-оранжевые.

Сложите все это вместе, и ответ на ваш вопрос подразумевается .... изменение распределения светового спектра, достигающего уровня земли. Самый простой способ — изменить тип звезды с G-типа (как Солнце) на звезду F-типа или М-типа.

Если предположить, что атмосфера похожа на земную, спектр света, достигающего уровня земли на планете, вращающейся вокруг звезды F-типа, будет иметь сильный пик в синем цвете. Итак, если бы растения эволюционировали, чтобы использовать эти обильные синие фотоны высокой энергии, они бы поглощали синий цвет и вместо этого выглядели бы... оранжево-красными, я полагаю. Или, возможно, они эволюционировали бы, чтобы отражать синий свет (и, следовательно, казаться голубыми для человеческого глаза), потому что в них просто слишком много высокоэнергетического синего света, и поглощение всей этой энергии нарушит их химические процессы (то есть поджарит их до хрустящей корочки).

Точно так же вокруг звезды М-класса солнечный свет имеет сильный пик в инфракрасном диапазоне (1045 нм или около того), поэтому растения, вероятно, выработают соединения, которые будут преимущественно поглощать эти длины волн. Это означает, что растения могут отражать другие длины волн видимого света или, возможно, пытаться поглощать весь видимый спектр (чтобы использовать меньше световой энергии, исходящей от тусклого солнца). Если растения эволюционировали, чтобы использовать оранжевый цвет в инфракрасной части спектра и отражать синюю часть спектра (просто потому, что его недостаточно, чтобы оправдать затраты энергии на выращивание пигментов, поглощающих синий цвет), то растения выглядел бы синим. Возможно, очень темный или ненасыщенный синий из-за других пигментов и/или более низкого уровня видимого света, но, тем не менее, синий.

Многое из этого сводится к эволюционному стечению обстоятельств. Но, как видите, существуют основные принципы, влияющие на вероятность того или иного цветового решения растений.

Растения зеленые не потому, что зеленый эффективен, они зеленые потому, что зеленый не является эффективной длиной волны для фотосинтеза. Солнечный свет белый, и растения поглощают все остальные цвета , кроме зеленого, позволяя ему рассеиваться из своих клеток.

Если вы хотите, чтобы ваши растения были синими, вам нужно, чтобы их молекулы хлорофилла были эффективны во всех цветах, кроме синего.

К сожалению, это создает для вас довольно большое препятствие, поскольку длины волн синего цвета содержат больше всего энергии и, таким образом, очень желательны для любого фотосинтезирующего организма.

Но не все потеряно. Чтобы молекула могла захватить фотон, она должна иметь сопоставимую длину волны. Вот почему размеры радиоантенн соответствуют длине волны тех частот, которые они намереваются улавливать, и почему ваши колбочки имеют только 3 цвета, каждый из которых чувствителен к определенному цвету (в отличие от широкого спектра).

Итак, чтобы ваши растения были голубыми, вам нужно радикально изменить эволюцию их молекул хлорофилла, чтобы они преимущественно поглощали все цвета, кроме синего. Вероятно, лучший способ сделать это — сделать определенные предположения о спектре вашей звезды, возможно, сдвинув его так, чтобы было гораздо меньше синего света и больше красного/оранжевого/зеленого света.

Хлорофилл представляет собой хелатную молекулу, использующую магний в качестве металлического ядра. Можно сказать, что магний не используется в хлорофилле вашего растения, а вместо него используется другой металл, свойства которого заставляют его преимущественно рассеивать синий свет, а не зеленый.

Итак, для полного сценария:

• Ваша звезда — не звезда типа G, как наше Солнце, а, возможно, звезда типа K или M, которая была бы намного краснее нашего Солнца.
• По какой-то причине на вашей планете существует аномальная нехватка магния, что заставило эволюцию поумнеть в фотосинтезе и заставить его использовать другой металл, такой как бериллий или кальций. Если это первое, это сделает ваши деревья очень ядовитыми для любой жизни с Земли, так как бериллий довольно токсичен.

Как говорят другие ответы, не атмосфера, а фотосинтетический хлорофилл отвечает за зеленый цвет листьев. Если вы хотите другой цвет, просто предположите, что эволюция на вашей планете началась с другой фотосинтетической молекулы. Есть куча известных, как в этом списке: http://terraformers.info/photo.html

Фикоцианин https://en.wikipedia.org/wiki/Фикоцианин , кажется, единственный настоящий синий. Аллофикоцианин https://en.wikipedia.org/wiki/Аллофикоцианин дает вам фиолетовый цвет и т. д. И, конечно же, вы можете проделать немного дальнейшей эволюции, чтобы получить более сильные цвета...

Это не имеет ничего общего с лучшим цветом, это просто связано с хлоропластами в растительных клетках (используемых для производства пищи посредством фотосинтеза). Причина, по которой они зеленые, связана с эволюцией. Когда впервые появилась суша, зеленые водоросли были единственными водорослями вокруг. Затем в ходе эволюции он научился жить на земле и добывать себе пищу. Чтобы деревья/растения/трава были синими, вам нужно найти новый мир и навсегда покрасить водоросли в синий цвет. Однако не на всех планетах может быть даже подходящая атмосфера для растений на земле.

Вы могли бы получить сладкие фиолетовые растения, используя бактериородопсин вместо хлорофилла.

Бактериородопсин: ферментные растения хотели бы иметь

Это озеро Оуэнс, и оно пурпурного цвета из-за цветения фотосинтезирующих галобактерий. Бактериородопсин, который они используют, поглощает зеленый свет, отражая синий и красный, что дает пурпурный цвет.

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

Настройте его так, как считаете нужным. Ясно, что нет одной световой частоты, которая лучше или хуже других. Так же, как хлорофилл поглощает красный и синий и отражает зеленый, и наоборот для бактериородопсина, есть вымышленный пигмент, который поглощает красный и зеленый и отражает синий.

Возможно, планета вращается вокруг голубой звезды, поэтому растения имеют синий цвет, чтобы отражать вредное высокоэнергетическое излучение. Голубая звезда будет излучать более высокоэнергетическое излучение, чем желтая звезда, поэтому живые существа на поверхности планеты, вращающейся вокруг голубой звезды, выработают пигменты, защищающие их от солнечной радиации. Растения выглядели бы голубыми или белыми, но синий имеет преимущество перед белым, потому что, в отличие от белых пигментов, синий пропускает низкоэнергетическое излучение, которое растение может метаболизировать.