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Autor Thema: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?  (Gelesen 5015 mal)

Offline Martin Walter

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Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« am: 07. August 2017, 19:27:25 »
Hallo! Eine Frage an die Astrophysiker und Astrobiologen:

Gesetzt den Fall auf Exoplaneten hat sich ebenfalls eine Form der Photosynthese entwickelt, welche Farben hätten die Pflanzen dort in Abhängigkeit von dem Strahlungsspektrum der Sterne?

Ich habe mich nun reichlich belesen und bereits mehrere interessante Informationen zu der Thematik gefunden, aber was ich mir wünschen würde, wäre eine Art Diagramm.
Die Pflanzen auf der Erde sind ja grün, da sie hauptsächlich den blauen und roten Anteil des Sonnenlichts aufnehmen, den grünen Teil jedoch wieder abstrahlen.
Ich habe nun schon auf diversen Seiten gelesen, dass Pflanzen auf Planeten um rote Zwerge schwarz, oder zumindest dunkler als unsere Pflanzen sein müssten, um noch genügend Energie aufnehmen zu können.
Könnte man aus diesen Informationen nun die potentielle Pflanzenfarbe auf Planeten um Sterne mit anderen Spektralklassen extrapolieren?

Ist es zu einfach gedacht, oder könnte man eine solche Tabelle erstellen:

Spektralklasse: ...     M          K       G       F    ...

Pflanzenfarbe:  ... schwarz     ?     grün     ?    ...

Korreliert die Pflanzenfarbe also mit der Spektralklasse, sodass der Farbton bei F-Sternen eher ins Bläuliche geht, während "K-Stern-Pflanzen" eher rötlich wären?
Natürlich alles sehr spekulativ und wahrscheinlich spielen da noch mehr physikalische Größen als das Strahlungsspektrum mit rein.

Ich freue mich auf eure Antworten!  :)



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Offline alswieich

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #1 am: 07. August 2017, 21:20:14 »
Meine Antwort ist eine Frage:
Welche Farbe haben Pflanzen auf der Erde?
Photosynthese gibt es nämlich nicht nur bei grünen Pflanzen (z.B. Rotalgen). Und das bei ein und der selben Sonne. Also ist meiner Meinung nach die Farbe der Pflanzen auf anderen Planeten in anderen Sonnensystemen die gleiche wie bei uns: bunt

Gruß
Peter

Nachträglicher Nachtrag:
Dort:
http://www.biothemen.de/Oekologie/rohstoffe/algen.html#pigmente
habe ich dieses Bild gefunden:
http://www.biothemen.de/gifs/artikel/algen/photosynthese-pigmente.gif

Offline Martin Walter

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #2 am: 08. August 2017, 19:21:29 »
Mit deinem Einwand hast du natürlich vollkommen recht.
Es gibt neben dem Chlorophyll auch andere Stoffe, die einem Organismus zur Photosynthese befähigen. Nichtsdestotrotz sind diese auf der Erde (zumindest an Land) in der Minderheit und werden von den chlorophyllhaltigen Lebewesen bei weitem dominiert (vermutlich, weil deren Energieumwandlung am effizientesten funktioniert?).
Deshalb mutmaße ich, dass sich auch auf anderen Planeten ein bestimmter photosynthetisierender Stoff durchsetzen wird (auch hier wieder an Land) und die Pflanzen dort alle eine ähnliche Farbe aufweisen würden. Eben wie das Grün auf der Erde.

Und danke für den Link, er enthält sehr interessante Informationen!
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Offline MpunktApunkt

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #3 am: 08. August 2017, 19:57:15 »
Hallo,

zum Thema Farben von Pflanzen (und generell Dingen) findet sich unter:

Lichtabsorption von organischen Verbindungen

didaktisch aufbereitetes Material für den Chemie Leistungskurs 13. Klasse. Dort sind Farbstoffe und Farbigkeit ein ganzes Halbjahr ein Thema. Und was für Abiturienten lehrreich ist, sollte für interessierte Raumcon Leser denke ich gut verständlich sein.

Für alle die nicht alles lesen wollen habe ich die wichtigste Grafik mal hier reinverlinkt.



Mit diesen Informationen lässt sich auch die Spektralklasse mit einer möglichen Pflanzenfarbe korrelieren.

Hoffentlich informative und lehrreiche Grüße von einem Chemiker der zwei Jahre versucht hat, Lehrer an einer Oberstufe zu sein

Mario

PS: So einfach scheint eine Korrelation nicht zu sein. Wenn ich eine gelbe Sonne annehme, wären die effektivsten Pflanzen dem Diagramm zufolge Blau. ;)  :o
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Offline LC1

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #4 am: 09. August 2017, 10:43:17 »
Ich finde die Diskussion wirklich sehr interessant auch als Mediziner.

Ich gebe zu überlegen, warum die Pflanzen auf der Erde Grün sind, und was das mit unserer Sonne zu tun haben könnte.

Es geht nicht um die Farbe der Sonne, sondern um die Wellenlängen (Energiezustände) die bei einer Pflanze ankommen. Unsere Atmosphäre ist ja blau weil bestimmte Wellenlängen absorbiert werden. Unter Wasser gilt das entsprechend. Mehr Wellenlängen absorbiert als durch die Luft und daher ist eine andere Substanz notwendig um daraus Energie zu gewinnen.
d.h: Grün sind unsere Pflanzen auf der Erde nur, weil Chlorophyll eben das Molekül ist, was bei herrschender Wellenlänge am energetisch günstigsten ist.

Zur Frage welche Farbe Pflanzen auf anderen Planeten haben ist es eben notwendig zu wissen, welche Wellenlängen an Licht auf der Oberfläche ankommen.

MaxBlank

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #5 am: 09. August 2017, 11:43:16 »
Das Spektrum der Sonne "an sich", d.h. außerhalb der Atmosphäre gemessen, unterscheidet sich doch erheblich vom am Erdboden gemessenen Spektrum: durch Absorption (Ozon) und (Rayleigh-)Streuung verschiebt sich das Maximum vom Grünen ins Ultraviolett:


  Grafik: Herbertweidner, aus Wikipedia "Himmelsblau"

Die Absorptiosmaxima des Chlorophyll liegen dagegen im Bereich 600 bis 800 nm und um 400 nm, weisen also eine sogenannte "Grünlücke" auf, die zur grünen Farbe der Pflanzen führt:

       
             Grafik: aegon / CC BY-SA 3.0 , aus Wikipedia, "Chlorophyll"

Offline MpunktApunkt

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #6 am: 09. August 2017, 18:31:58 »
Das Spektrum der Sonne "an sich", d.h. außerhalb der Atmosphäre gemessen, unterscheidet sich doch erheblich vom am Erdboden gemessenen Spektrum: durch Absorption (Ozon) und (Rayleigh-)Streuung verschiebt sich das Maximum vom Grünen ins Ultraviolett:


  Grafik: Herbertweidner, aus Wikipedia "Himmelsblau"

Hallo,

deine Grafik ist zwar gut, aber das dargestellte blaue Intensitätsspektrum ist das Himmelsblau, sprich NUR die Farbe des Streulichts. Interessant ist für die Pflanzenfarbenfrage eine Intensitätsverteilung des Lichts, das nach Passieren der Atmosphäre auf dem Boden ankommt.



Die Intensität scheint nach Durchdringen der Atmosphäre zwischen 500 nm und 750 nm in etwa gleich hoch zu sein. Somit käme dieses ganze Spektrum für eine effektive Ausnutzung des Lichts in Frage. Pflanzen könnten somit von orange über blau bis grün sein, um eine optimale Lichtintensität zu erhalten. Chlorophyll hat das wichtige Absorptionsmaximum knapp über 650 nm und ist hauptsächlich deshalb grün.



Die Frage weshalb die Evolution genau dieses Molekül mit dieser Wellenlänge ausgewählt hat, hängt denke ich nicht nur mit dem Sonnenspektrum zusammen. Wenn die Natur einen anderen Chromophor (lichtabsorbierenden Molekülteil) gefunden hätte, der zwischen 500 nm und 700 nm absorbiert und die notwendigen photochemischen Prozesse der Photosynthese auslösen könnte, hätten die Pflanzen entsprechend eine andere Farbe. Deshalb zitiere ich hier gerne Peter mit einem vorherigen Post, der die Möglichkeiten auf den wahrscheinlich meisten bepflanzten ;) Exoplaneten gut zusammenfasst:

Meine Antwort ist eine Frage:
Welche Farbe haben Pflanzen auf der Erde?
Photosynthese gibt es nämlich nicht nur bei grünen Pflanzen (z.B. Rotalgen). Und das bei ein und der selben Sonne. Also ist meiner Meinung nach die Farbe der Pflanzen auf anderen Planeten in anderen Sonnensystemen die gleiche wie bei uns: bunt

Gruß
Peter

Viele Grüße

Mario

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Offline MpunktApunkt

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #7 am: 09. August 2017, 18:55:40 »
Hallo,

jetzt hat mich doch der Ehrgeiz gepackt und ich färbe mal Exopflanzen nach Spektralklassen. Als Grundlage dient das folgende Diagramm zur Stralungsintensität schwarzer Körper die die Intensitätsverteilung bei den verschiedenen Spektralklassen gut wiedergibt.



Zusammenfassung der betrachteten Spektralklassen aus Wikipedia.
     Beispiel        Farbe    Temperatur in K
O                    blau    30000–50000    
B    Rigel, Spica    blau-weiß    10000–28000    
A    Wega, Sirius    weiß (leicht bläulich)    7500–9750    
F    Polarstern     weiß-gelb    6000–7350    
G    Sonne        gelb    5000–5900    
K    Aldebaran     orange    3500–4850    
M    Rote Riesen    rot-orange    2000–3350    
L    Braune Zwerge     rot    1300–2000

Anlyse:

O bis A:
Theoretisch wären gelbe Pflanzen die nahes UV, Violett und Blau absorbieren im Vorteil. Allerdings glaube ich, dass bei solchen Spektren die UV-Strahlung ohne schützende Atmosphäre zu intensiv für Leben ist. Deshalb würde eine Atmosphäre bei bepflanzten Planeten diese Strahlung absorbieren, und unten käme ähnliches wie auf der Erde an.
--> Pflanzen sind vermutlich sehr bunt.

F bis K:
Ähnliche bis gleiche Situation wie auf der Erde. UV Strahlung würde wohl geblockt und das Maximum der Kurve ist mitten im sichtbaren Spektrum bzw leicht im Infraroten.
--> Pflanzen sind bunt.

M:
Das Maximum des Spektrums liegt im roten bis infraroten Bereich.
--> Pflanzen sollten um effektiv Photosynthese betreiben zu können vermutlich auch hier Chlorophyll oder ähnliches nutzen. Allerdings wären sie nur am 3500 K Ende der M-Klasse grün, da dort vermutlich genug blaues bis gelbes Licht ankommt um von der Pflanze reflektiert zu werden. Am unteren Ende der M-Klasse könnten Chlorophyll-Pflanzen wirklich schwarz sein, da nur rotes Licht kommt und sie das ganze Licht absorbieren.

L:
Das Maximum liegt tief im infraroten Bereich.
--> Chlorophyll oder ähnliches könnte gerade noch funktionieren. Allerdings wäre das ganze rote Licht absorbiert und die Pflanze wäre Schwarz. Falls die Pflanzen einen reinen IR-Chromophor entwickelt hätten (wäre aber ehr ein Wärmereaktor als ein photochemischer Prozess), wären sie rot, da das die einzige Farbe zum reflektieren wäre.

Viele pädagogisch wertvolle Grüße ;)

Mario
« Letzte Änderung: 10. August 2017, 11:22:38 von MpunktApunkt »
Wenn Du heute morgen schon sechs unmögliche Dinge getan hast, warum dann nicht als siebentes zum Frühstück ins Milliways, das Restaurant am Ende des Universums?

Offline Martin Walter

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #8 am: 09. August 2017, 19:14:01 »
Stimmt, wichtig ist natürlich, welches Licht durch die Atmosphäre gestreut und absorbiert auf die Pflanzen, bzw. nochmals durch Wasser gefiltert auf Unterwasserpflanzen trifft.
Da bringt es einen also so gut wie gar nichts, die eigentliche Strahlung des Sterns zu wissen, man muss auch die Zusammensetzung der Planeten-Atmosphäre kennen.
Da scheint es ja fast schon am einfachsten, hinzufliegen und sich vor Ort selbst ein Bild von den Pflanzenfarben zu machen  ;D

Danke für eure rege Beteiligung und interessanten Links und Grafiken!

Wenn ihr noch weitere Anmerkungen und Vorschläge zu der Thematik habt, freue ich mich natürlich sehr darüber  :)

PS: Marios letzter Beitrag hat sich mit meinem überschnitten. Danke, dass du dir die Mühe gemacht hast! Das klingt doch sehr gut und plausibel, damit lässt sich arbeiten  :)
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Offline Andras1768

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #9 am: 10. August 2017, 00:07:04 »
Meines Wissens gibt es doch botanische Versuche auf der ISS. Ist da schon mal was in der Richtung gelaufen, zu erforschen wie sich Pflanzen ohne Atmosphäre, also Lichtveränderungen, verhalten/verändern? Ich weiss nicht, die werden wohl kaum einen Ficus ans Fenster gestellt haben oder Geranien, aber evtl. gibt es da Versuche in die Richtung und Erkenntnisse.

Offline Doc Hoschi

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #10 am: 10. August 2017, 10:22:14 »
Zusammenfassung der betrachteten Spektralklassen aus Wikipedia.
     Beispiel        Farbe    Wellenlänge in nm
O                    blau    30000–50000    
B    Rigel, Spica    blau-weiß    10000–28000    
A    Wega, Sirius    weiß (leicht bläulich)    7500–9750    
F    Polarstern     weiß-gelb    6000–7350    
G    Sonne        gelb    5000–5900    
K    Aldebaran     orange    3500–4850    
M    Rote Riesen    rot-orange    2000–3350    
L    Braune Zwerge     rot    1300–2000

Das muss natürlich Temperatur (in Kelvin) heißen und nicht Wellenlänge (in Nanometer), sonst wäre auf der Oberfläche eines Planeten für unsere Augen ohnehin nix mehr zu sehen.  ;)

L:
Das Maximum liegt tief im infraroten Bereich.
--> Chlorophyll oder ähnliches könnte gerade noch funktionieren. Allerdings wäre das ganze rote Licht absorbiert und die Pflanze wäre Schwarz. Falls die Pflanzen einen reinen IR-Chromophor entwickelt hätten (wäre aber ehr ein Wärmereaktor als ein photochemischer Prozess), wären sie rot, da das die einzige Farbe zum reflektieren wäre.

Das kann ich nicht so ganz nachvollziehen. Das Plancksche Strahlungsspektrum gibt ja letztlich nur die Intensitätsverteilung über die Wellenlänge an. Daher ist es in meinen Augen egal welche Spektralklasse eines Sterns vorliegt. Solange die Intensitätsverteilung den sichtbaren Wellenlängenbereich noch miteinschließt und somit im für unsere Augen relevanten Wellenlängenbereich noch irgendeine Restintensität auf der Oberfläche ankommt, ist eine chlorophylhaltige Pflanze eben grün...selbst bei L. Das müsste dann allerdings bereits éin "sehr" dämmriges Licht sein, gerade auch wenn man eine irdische Atmosphäre und deren dämpfende Eigenschaften (siehe erste Grafik im Post #5) auf einem Planeten um einen solchen Stern voraussetzt.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Offline MpunktApunkt

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #11 am: 10. August 2017, 11:27:22 »
Zusammenfassung der betrachteten Spektralklassen aus Wikipedia.
     Beispiel        Farbe    Wellenlänge in nm

Das muss natürlich Temperatur (in Kelvin) heißen und nicht Wellenlänge (in Nanometer), sonst wäre auf der Oberfläche eines Planeten für unsere Augen ohnehin nix mehr zu sehen.  ;)

L:
Das Maximum liegt tief im infraroten Bereich.
--> Chlorophyll oder ähnliches könnte gerade noch funktionieren. Allerdings wäre das ganze rote Licht absorbiert und die Pflanze wäre Schwarz. Falls die Pflanzen einen reinen IR-Chromophor entwickelt hätten (wäre aber ehr ein Wärmereaktor als ein photochemischer Prozess), wären sie rot, da das die einzige Farbe zum reflektieren wäre.

Das kann ich nicht so ganz nachvollziehen. Das Plancksche Strahlungsspektrum gibt ja letztlich nur die Intensitätsverteilung über die Wellenlänge an. Daher ist es in meinen Augen egal welche Spektralklasse eines Sterns vorliegt. Solange die Intensitätsverteilung den sichtbaren Wellenlängenbereich noch miteinschließt und somit im für unsere Augen relevanten Wellenlängenbereich noch irgendeine Restintensität auf der Oberfläche ankommt, ist eine chlorophylhaltige Pflanze eben grün...selbst bei L. Das müsste dann allerdings bereits éin "sehr" dämmriges Licht sein, gerade auch wenn man eine irdische Atmosphäre und deren dämpfende Eigenschaften (siehe erste Grafik im Post #5) auf einem Planeten um einen solchen Stern voraussetzt.

Hallo,

Zu 1)
Ich habe meinen Post angepasst - Danke

Zu 2)
Wenn man sich die Kurve bei 1000 K anschaut ist die Intensität am roten Ende ca. 10 wogegen bei 5500 K die Intensität bei 5.000.000 liegt (Logarithmische Skala). In Richtung grünes Licht geht die Intensität nochmal runter. Daher vermute ich wenn man das bisschen rote Licht als Pflanze absorbiert, bleibt nichts mehr zum reflektieren übrig --> schwarze Pflanze.
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Offline Andras1768

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #12 am: 10. August 2017, 15:48:18 »
Habe da einen interessanten Artikel gefunden. Leider habe ich den englischen Artikel nicht gefunden(Original).
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-6360-2007-04-12.html

Offline jdark

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #13 am: 10. August 2017, 16:03:26 »
Habe da einen interessanten Artikel gefunden. Leider habe ich den englischen Artikel nicht gefunden(Original).
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-6360-2007-04-12.html

Hier ist der original Artikel mit weiteren Links:
https://www.giss.nasa.gov/research/news/20070411/

Ach und vergiss nicht den Müll aus dem Orbit rauszustellen...Ja Schatz...

Offline MpunktApunkt

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #14 am: 10. August 2017, 20:19:11 »
Habe da einen interessanten Artikel gefunden. Leider habe ich den englischen Artikel nicht gefunden(Original).
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-6360-2007-04-12.html

Hier ist der original Artikel mit weiteren Links:
https://www.giss.nasa.gov/research/news/20070411/

Hallo,

irgendwie steht da aber nichts drin, außer dass die NASA die Kurve für das Licht, das auf den Exoplaneten ankommt, jetzt besser berechnen können und damit Vorhersagen über die Farben machen können. Ich habe keine einzige Exopflanzenfarbe in dem Text finden können. :(

Viele Grüße

Mario

PS: Die Frage des Thread Eröffnenden scheint ja schon bis an oberste Stelle durchgedrungen zu sein. ;)
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Offline Martin Walter

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #15 am: 10. August 2017, 22:35:56 »
Den Scinexx-Artikel habe ich gelesen, bevor ich die Frage gestellt habe (hätte ich eigentlich gleich in meinem ersten Post verlinken können, ich Dussel).
Wie Mario schon sagt, steht in dem englischen Artikel leider nichts konkretes über die Pflanzenfarben drin.
Nun sind da aber als Quelle zwei Studien von Kiang et al. verlinkt, auf die sich anscheinend alle Nachrichtenartikel, die das Thema beinhalten, beziehen.
Ich finde es super, dass die wissenschaftlichen Arbeiten als pdf gelesen werden können, frage mich aber, ob ich mir das echt antun soll und wieviel ich davon überhaupt verstehe. Zudem war ich froh, nun nach dem Studium keine (und vor allem keine englischen) Studien mehr lesen zu müssen  ;D Ich habe sie nur mal schnell überflogen und mir die Diagramme ein bisschen genauer angeschaut. Die liefern, zumindest mir als Unwissenden auf dem Gebiet, aber leider nicht die gewünschten Informationen.
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Offline Andras1768

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Re: Farben von Pflanzen auf anderen Planeten?
« Antwort #16 am: 27. Januar 2018, 23:30:01 »
Bei Scinexx gibt es wieder einen interessanten Artikel zu dem Thema.
http://www.scinexx.de/dossier-851-1.html

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