Leben auf anderen Planeten könnte sich durch seinen Abfall offenbaren. Biosignaturen könnten die Existenz pflanzenähnlicher Lebewesen auf anderen Welten verraten. Aber wie würde die Photosynthese unter verschiedenen Sternen funktionieren? Chitnavis und Kollegen modellieren, wie verschiedene Sterne diesen Prozess beeinflussen könnten. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass sonnenähnliche Sterne zwar bekannte Pflanzenstrukturen unterstützen könnten, kühlere Stars könnten exotische Adaptionen erfordern.
Der Sterntyp beeinflusst potentielle photosynthetische Strategien erheblich. G- und K-Sterne, wie unsere Sonne, könnten mit kleinen, modularen Lichtsammelsystemen vielfältiges Pflanzenleben unterstützen. Im Gegensatz dazu benötigen kühlere M-Zwergsterne große, spezialisierte „Trichter“-Strukturen, um die begrenzte photosynthetisch aktive Strahlung effizient einzufangen. Bei den kühlsten M-Zwergen führen selbst diese Anpassungen zu einer geringeren Effizienz. Diese Erkenntnisse verfeinern unser Verständnis möglicher Anpassungen außerirdischer Pflanzen und unterstützen die Suche nach potenziell lebenstragenden Exoplaneten.
Die Forscher entwickelten ein mathematisches Modell photosynthetischer Systeme, das die Lichtsammlung unter verschiedenen Sterntypen simuliert. Sie analysierten optimale Antennenstrukturen zur Lichterfassung und berücksichtigten dabei Faktoren wie Pigmentanordnung, Energieübertragung und thermodynamische Einschränkungen. Das Modell untersuchte Sterntemperaturen von 2300 K bis 5800 K, was kühle M-Zwerge bis hin zu sonnenähnlichen Sternen darstellt. Durch Variation der Antennengröße und Absorptionsspitzen ermittelten sie die effizientesten Konfigurationen für jede Sternumgebung.
Diese Studie baut auf jüngsten Experimenten auf, die zeigen, dass einige Organismen unter simuliertem M-Zwerglicht wachsen können. Sie liefert einen theoretischen Rahmen, der erklärt, warum bestimmte Lebensformen unter diesen Bedingungen gedeihen oder Probleme haben könnten. Durch die Anwendung grundlegender thermodynamischer Prinzipien auf die Lichtsammlung legt die Forschung konkrete Grenzen für mögliche Photosyntheseprozesse in verschiedenen Sternumgebungen fest.
Dass der Strahlungsfluss eines G-Sterns eine reichhaltige sauerstoffbasierte Photosynthese ermöglichen kann, ist nicht überraschend, da wir auf der Erde bereits ein reales Beispiel dafür haben. Die Tatsache, dass dies wahrscheinlich auch für die kleineren, kühleren und sehr orangefarbenen K-Sterne gilt, ist interessanter und erweitert unsere Suchkriterien über erdähnliche Planeten hinaus, die sonnenähnliche Sterne umkreisen.
Chitnavis, S., Gray, C., Rousouli, I., Gillen, E., Mullineaux, CW, Haworth, TJ, & Duffy, CDP (2024). Optimierung der photosynthetischen Lichtsammlung unter Sternen: einfache und allgemeine Antennenmodelle. Photosyntheseforschung. https://doi.org/10.1007/s11120-024-01118-1 (OA)
