Cultivo de árboles azules [duplicado]

Solo necesitamos mirar las plantas en la Tierra para ver cómo puede obtener plantas generalmente azules en su mundo.

El verde es el color más común porque la clorofila absorbe la luz azul y roja, reflejando el verde. Eso tiene mucho que ver con la química de la clorofila, y cambiar la clorofila para que refleje el azul es demasiado complicado. Además, la Tierra ya ha resuelto el problema.

Permítanme presentarles la planta tropical de Malasia Begonia pavonina .

Esta planta (y sus variedades) tienen una hoja azul cobalto porque usa un proceso diferente para la fotosíntesis, uno que usa el espectro rojo-verde más voluminoso en lugar del espectro azul usado por la clorofila. Lo necesita porque muy poca luz penetra en el suelo de una selva tropical.

En particular, Whitney y sus colegas notaron algo extraño con las estructuras en forma de aguja llamadas tilacoides que se encuentran dentro de las cápsulas de cloroplasto. Los tilacoides parecen torres diminutas y la luz que entra en ellas es lo que se convierte en energía química.

Mire dentro de los cloroplastos de la mayoría de las plantas y encontrará estas torres colocadas al azar, como una colección de edificios improvisados. Pero los tilacoides dentro de los cloroplastos de Begonia tenían una estructura increíblemente regular. Menos como el horizonte irregular de Manhattan y más como una ciudad planificada.

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Según Whitney, la estructura rígida y precisa de estos tilacoides crea un par de efectos fascinantes. En primer lugar, su ubicación ordenada significa que las cápsulas de cloroplasto completas tienden a reflejar longitudes de onda de luz azul, razón por la cual las hojas aparecen de color azul iridiscente a nuestros ojos. Perder esta luz azul no es un problema para la eficiencia energética de la planta Begonia, ya que la selva tropical que crece sobre ella absorbe la mayor parte de la luz azul. En cambio, los tilacoides son mucho mejores para absorber la luz verde-roja, el sabor que tiende a ser más abundante en la penumbra perpetua del suelo de la selva tropical.

Pero aquí está la cualidad más extraña de estas estructuras celulares: la luz en sí se ralentiza a medida que atraviesa los cloroplastos de las plantas de Begonia. Eso se debe a la disposición precisa de los tilacoides en forma de torre, que juntos actúan como un cristal denso. Si bien la luz siempre viaja a la misma velocidad en el vacío, disminuirá su velocidad al atravesar diferentes tipos de materia. Este efecto se conoce en física cuántica como luz lenta. Combinado con la mayor captación de luz roja-verde, este efecto aumenta la eficiencia de la fotosíntesis de la planta Begonia hasta en un 10 por ciento.

El artículo original con todos los detalles maravillosamente sangrientos se puede encontrar en Nature Plants .

Conclusión

En su mundo, el diseño Thylakoid utilizado por Begonia pavonina evolucionó en general en lugar de específicamente para las selvas tropicales de la Tierra. Si quiere una razón para eso (lo que probablemente sea demasiado detallado para su historia), entonces podría alejar su sol del espectro verde (a diferencia de nuestro sol que domina en el espectro verde), o tener algo así como una capa de nubes que absorbe el espectro azul, dejando el espectro rojo. Pero, como dije, eso es probablemente demasiado detalle.

O, si esto es demasiado trabajo, podría agregar cobalto o algún otro mineral de tendencia azul a su suelo, lo que contaminará las hojas. Podría ser más simple, pero sería mucho menos genial. Sólo digo'.

En realidad, las plantas azules pueden existir en la tierra , pero son muy raras por una sencilla razón que nada tiene que ver con la atmósfera.

En pocas palabras, la clorofila de las plantas, que es responsable de la fotosíntesis, absorbe la luz en la parte azul del espectro con mayor facilidad y la parte verde en menor cantidad, por lo que las hojas de la mayoría de las plantas se ven verdes. En algunos casos, particularmente en árboles de hoja caduca, las hojas contienen antocianina natural y otros pigmentos naturales que quedan expuestos cuando la planta deja de hacer la fotosíntesis durante el invierno, y estos son más rojos, rosados ​​y similares.

En última instancia, su mundo necesitaría un pigmento natural modificado que (cuando los recuentos de clorofila caen sobre su versión de otoño) emita un color azul natural. el enlace de arriba debería dar algunas de las posibilidades químicas, pero al menos en la Tierra, es muy raro.

Lo animo a consultar este artículo de un investigador del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA: https://www.ebscohost.com/uploads/imported/thisTopic-dbTopic-1033.pdf

En la Tierra, el verde no es necesariamente el mejor color para las plantas, pero sí uno de los muy buenos colores para las plantas terrestres. Las plantas bajo el agua son a menudo de un color diferente. Lo que hace que las plantas de la Tierra sean verdes es la prevalencia de clorofila en sus células. La clorofila es a su vez verde porque absorbe fuertemente los fotones rojos y los fotones azules, reflejando en cambio los fotones verdes. Por qué evolucionó de esta manera parece bastante sencillo: la clorofila hace un uso efectivo de la energía luminosa disponible. La luz solar que alcanza el nivel del suelo en la Tierra alcanza su punto máximo en rojo, por lo que hay más fotones rojos que amarillos, verdes o azules. Sin embargo, todavía hay una cantidad decente de fotones azules, y estos imparten más energía que los fotones rojos.Entonces, las plantas verdes han evolucionado para hacer uso de fotones rojos (que tienen los números) y fotones azules (que tienen la energía) y descartar el medio (verde) que no tiene los números ni la energía más alta.

Ahora, las plantas terrestres podrían haber evolucionado para ser amarillas o anaranjadas si un compuesto ligeramente diferente a la clorofila ganara evolutivamente. Quizás se deba principalmente a la casualidad de que la clorofila ganó y las plantas terrestres no son abrumadoramente amarillas/naranjas.

Reúna todo esto y la respuesta a su pregunta está implícita... cambie la distribución del espectro de luz que llega al nivel del suelo. La forma más sencilla es cambiar el tipo de estrella de tipo G (como Sol) a una estrella de tipo F o tipo M.

Suponiendo una atmósfera similar a la de la Tierra, el espectro de luz que alcanza el nivel del suelo en un planeta que gira alrededor de una estrella de tipo F alcanzaría un máximo intenso en el azul. Entonces, si las plantas evolucionaron para hacer uso de estos abundantes fotones azules de alta energía, absorberían el azul y en su lugar se verían... anaranjados/rojos, supongo. O tal vez evolucionarían para reflejar la luz azul (y, por lo tanto, se verían azules a los ojos humanos) porque simplemente hay demasiada luz azul de alta energía y absorber toda esa energía interrumpiría sus procesos químicos (es decir, los freiría hasta que estén crujientes).

De manera similar, alrededor de una estrella de clase M, la luz del sol alcanza su punto máximo en el infrarrojo (1045 nm o más), por lo que las plantas probablemente desarrollarían compuestos para absorber preferentemente estas longitudes de onda. Lo que esto significa es que las plantas podrían reflejar otras longitudes de onda de luz visible, o tal vez tratar de absorber todo el espectro visible (para utilizar menos energía luminosa proveniente de un sol tenue). Si las plantas evolucionaron para hacer uso del naranja a través de las partes infrarrojas del espectro, y reflejan la parte azul del espectro (simplemente porque no hay suficiente para justificar el gasto de energía en el crecimiento de pigmentos que absorben el azul), entonces las plantas se vería azul. Tal vez azul muy oscuro o desaturado debido a los otros pigmentos y/o niveles de luz visible más bajos, pero azul de todos modos.

Mucho de esto se reduce a la casualidad evolutiva. Pero como puede ver, existen principios básicos que influyen en la probabilidad de esquemas de color de plantas particulares.

Las plantas no son verdes porque el verde sea eficiente, son verdes porque el verde no es una longitud de onda eficiente para la fotosíntesis. La luz del sol es blanca y las plantas absorben todos los demás colores excepto el verde, lo que permite que se disperse fuera de sus células.

Si desea que sus plantas sean azules, necesita que sus moléculas de clorofila sean eficientes en todos los colores excepto en el azul.

Desafortunadamente, esto crea un gran obstáculo para usted, ya que las longitudes de onda azules contienen la mayor cantidad de energía y, por lo tanto, serían muy deseables para cualquier organismo fotosintético.

Pero no todo está perdido. Para que una molécula capture un fotón, debe tener una longitud de onda comparable. Esta es la razón por la que las antenas de radio se dimensionan de acuerdo con la longitud de onda de las frecuencias que pretenden captar, y por la que las celdas cónicas vienen en solo 3 colores, cada una de las cuales es sensible a un color específico (a diferencia de un amplio espectro).

Entonces, para que tus plantas sean azules, necesitas cambiar radicalmente la evolución de sus moléculas de clorofila para absorber preferentemente todos los colores excepto el azul. Probablemente la mejor manera de hacer esto sería hacer ciertas suposiciones sobre el espectro de su estrella, tal vez cambiándolo para que haya mucha menos luz azul y más luz roja/naranja/verde.

La clorofila es una molécula quelada que utiliza magnesio como núcleo metálico. Podría decirse que el magnesio no se usa en la clorofila de tu planta, y que en su lugar se usa un metal diferente, cuyas propiedades lo hacen dispersar preferentemente la luz azul en lugar de la verde.

Entonces, para un escenario completo:

• Su estrella no es una estrella tipo G como nuestro Sol, sino quizás una estrella tipo K o tipo M, que sería mucho más roja que nuestro propio Sol.
• Por la razón que sea, hay una deficiencia anómala de magnesio en su planeta, lo que ha obligado a la evolución a ser inteligente con respecto a la fotosíntesis y hacer que use un metal diferente, como el berilio o el calcio. Si es lo primero, esto haría que sus árboles fueran altamente venenosos para cualquier vida de la Tierra, ya que el berilio es bastante tóxico.

Como dicen las otras respuestas, no es la atmósfera, sino la clorofila fotosintética la responsable del color verde de las hojas. Si desea un color diferente, simplemente plantee que la evolución en su planeta comenzó con una molécula fotosintética diferente. Hay un montón de conocidos, como en esta lista: http://terraformers.info/photo.html

La ficocianina https://en.wikipedia.org/wiki/Phycocyanin parece ser la única azul real. Allophycocyanin https://en.wikipedia.org/wiki/Allophycocyanin te da un púrpura, & c Y, por supuesto, puedes agitar a mano un poco de evolución adicional para dar colores más fuertes...

No tiene nada que ver con el mejor color, solo tiene que ver con los cloroplastos en las células vegetales (que se utilizan para producir alimentos a través de la fotosíntesis). La razón por la que son verdes es por la evolución. Cuando apareció la tierra por primera vez, las algas verdes habían sido las únicas algas alrededor. Luego, a través de la evolución, aprendió a vivir en el suelo y hacer su propia comida. Para que los árboles/plantas/hierba sean azules, entonces tendrías que encontrar un mundo recién nacido y teñir permanentemente las algas de azul. Sin embargo, no todos los planetas podrían tener la atmósfera adecuada para las plantas en el suelo.

Podrías hacer plantas de color púrpura dulce usando bacteriorrodopsina en lugar de clorofila.

Bacteriorrodopsina: la enzima que las plantas desearían tener

Este es el lago Owens y es de color púrpura debido a una floración de halobacterias fotosintéticas. La bacteriorrodopsina que utilizan absorbe la luz verde, reflejando el azul y el rojo para formar este color púrpura.

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

Ajústalo como mejor te parezca. Claramente, no hay una frecuencia de luz que sea mejor o peor que otras. Así como la clorofila absorbe el rojo y el azul y refleja el verde, y viceversa para la bacteriorrodopsina, tenemos un pigmento ficticio que absorbe el rojo y el verde y refleja el azul.

Tal vez el planeta orbite alrededor de una estrella azul, por lo que las plantas son azules para reflejar la dañina radiación de alta energía. Una estrella azul liberaría más radiación de alta energía que una estrella amarilla, por lo que los seres vivos en la superficie de un planeta que orbita una estrella azul desarrollarían pigmentos que los protegerían de la radiación solar. Las plantas se verían azules o blancas, pero el azul tiene una ventaja sobre el blanco porque, a diferencia de los pigmentos blancos, el azul deja pasar radiación de baja energía, que la planta puede metabolizar.