Земные бактерии могут фотосинтезировать под светом иных звёзд

Пурпурные бактерии — группа протеобактерий, умеющих фотосинтезировать на бактериохлорофилле без вовлечения в процесс воды и, следовательно, выделения кислорода. По всей видимости, появилась эта группа в жуткой древности, настолько седой, что прекрасно живёт в бескислородной среде.

Физик Нил Джонсон (Neil Johnson) из Университета Майами (США) взялся выяснить, могут ли эти организмы, чьи предки жили некогда под лучами молодого Солнца с его изменчивой светимостью, здравствовать под лучами других звёзд, так называемых вспыхивающих.


Вопрос далеко не праздный: красные карлики, составляющие подавляющее большинство звёзд во Вселенной, в молодости часто резко меняют свою светимость. А поскольку их жизненный цикл может быть в сто раз длиннее, чем у Солнца, «молодость» растягивается, и даже звезда постарше Земли способна безобразничать подобно тому, как это делало наше светило, будучи 100 млн лет отроду. Так, Глизе 412 B не так давно умудрилась увеличить поток исходящего от неё излучения в 15 раз за 160 секунд. Что будет с жизнью, если она всё же образуется в таких условиях? А ну как фотосинтезирующие организмы на вечно освещённых из-за приливного захвата обитаемых мирах вокруг красных карликов внезапно врежут дуба?

«Люди долго игнорировали тот факт, что фотосинтез — и жизнь вроде земной — это не просто следствие правильной атмосферы и нужной интересности освещения, — поясняет свой интерес к теме г-н Джонсон. — Как мы показываем, критическим недостающим ингредиентом является то, как именно свет от звезды прибывает к живому организму». Чтобы построить модель, учитывающую максимально широкий спектр условий по освещению, учёные использовали последние эмпирические данные по фотосинтезу пурпурных бактерий, полученные при помощи атомно-силовой микроскопии.

При этом выяснились довольно странные вещи. В ряде ситуаций, когда звёзды, близкие по спектральным параметрам к Солнцу, умеренно меняли светимость на короткий срок, пурпурные бактерии, согласно расчётам, должны были погибнуть, хотя в среднем количество получаемого ими излучения не отличалось от того, что сегодня такие микроорганизмы имеют от нашего Солнца. «Это как если бы мы попытались сжать ваш недельный рацион в один день, а всё, что вы не успели съесть, забрали бы обратно. Вы можете не суметь сохранить всю эту пищу, ведь часть её испортится - или у вас просто не получится съесть столько за сутки, — поясняет Нил Джонсон. — Свет для этой бактерии — та же еда, и проблемой здесь является количество еды, сопряжённое со временем её поглощения».

Свет приходит к нам от Солнца в виде пакетов фотонов. Пурпурная бактерия использует фотоны в так называемых реакционных центрах, где они подстёгивают химические реакции, снабжающие микроорганизм едой. «Реакционный центр, как и любая кухня, не может делать тысячу вещей одновременно, — продолжает учёный. — Новые вещества, образованные в ходе процесса, должны потратить некоторое время на то, чтобы распространиться по всему организму. Если этого не случится, избыток продуктов реакции может убить бактерию. Хотя наши результаты исходят из расчётов, можем сказать следующее: не очень-то похоже, что бактерия выживет в таких условиях».


Одновременно выяснилось, что под лучами некоторых звёзд, сильно отличающихся от нашего Солнца и склонных к вспышкам, бактерия, согласно модели, напротив, может пережить настоящий потоп фотонов. Как отмечают исследователи, оказалось, что пурпурная бактерия имеет значительно больше реакционных центров, чем это кажется необходимым под сегодняшним Солнцем. Грубо говоря, «кухонь» в их организме так много, что даже внезапное прибытие огромного количества фотонных пакетов не перегрузит способность таких организмов к фотосинтезу и усвоению получаемых в его ходе веществ.

Исследователи подозревают, что такая избыточность систем фотосинтеза не является уникальной чертой пурпурных бактерий. В ближайшее время они намерены расширить модель так, чтобы учесть в ней реакции других фотосинтезирующих форм жизни.


В целом выводы авторов скорее склоняются к тому, что даже в условиях экстремальной фотонной статистики выживание пурпурных бактерий следует оценить как очень вероятное. В то же время модель было бы неплохо подтвердить опытами в лаборатории с искусственно изменёнными условиями освещения, соответствующими переменным звёздам. Впрочем, теоретическая способность бактерий продолжать жизнь в таких условиях вряд ли может вызывать слишком уж большие сомнения: в конце концов, молодое Солнце миллиарды лет назад также поставляло на Землю излучение с экстремальной фотонной статистикой. И первые фотосинтезирующие организмы Земли сумели как-то выжить!

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Scientific Reports (доступен полный текст).

Подготовлено по материалам Университета Майами.