Джонсон, глава междисциплинарной исследовательской группы по сложности в Колледже искусств и наук UM, и его сотрудники делятся своими выводами в статье под названием «Экстремальный инопланетный свет позволяет выжить земным бактериям», опубликованной в Интернете в журнале Nature’s Scientific Reports. Исследование открывает новые возможности для жизни на Земле и в других частях Вселенной.«Новизна нашей работы заключается в том, что, несмотря на все усилия, направленные на поиск планет за пределами нашей солнечной системы, где могла бы существовать жизнь, люди игнорировали тот факт, что фотосинтез — и, следовательно, жизнь на Земле — это не просто наличие правильной атмосферы. и интенсивность света », — говорит Джонсон. «Вместо этого, как мы показываем, решающим отсутствующим ингредиентом является то, как свет попадает в организм».
Результаты также применимы в сценарии, когда на нашем собственном солнце развиваются экстремальные колебания, и в ситуации, когда бактерии подвергаются воздействию экстремальных источников искусственного света в лаборатории.Полученные данные также могут помочь в разработке нового поколения дизайнерских светособирающих структур.Используя математическую модель, исследователи рассчитали вероятность выживания, когда бактерии подвергаются вспышкам света, подобным тому, что могло бы произойти, если бы источником света была нестабильная звезда.
В среднем поток света был таким же, как у бактерий, но, поскольку они получали его таким странным образом, исследователи задавались вопросом, в каких ситуациях бактерии могут выжить.«Это все равно, что сказать, что мы знаем, что нам нужно приносить домой определенное количество еды в неделю, но что произойдет, если вся еда будет доставлена за один день?
Возможно, вы не сможете хранить все это», — говорит Джонсон. «Может быть, какая-то еда испортится, а может, у вас не будет времени использовать ее всю», — говорит он. «Свет похож на пищу для бактерий, и проблема заключается в количестве пищи и времени, в которое вы ее вносите».Свет приходит в виде пакетов фотонов.
Пурпурные бактерии обрабатывают свет в местах, называемых реакционными центрами, где энергия фотонов питает производство метаболических материалов. Джонсон сравнивает ситуацию с вопросом, что происходит, когда еда приходит на кухню нерегулярно.«Реакционный центр, как и любая кухня, не может делать тысячи вещей одновременно. Они могут обрабатывать только один фотон за раз», — говорит Джонсон. «Новые химические вещества, полученные в процессе, диффундируют через некоторое время.
В противном случае это приведет к накоплению химикатов, которые могут убить бактерии», — говорит он. «Поскольку мы делаем это на основе статистических расчетов, мы можем сказать, что бактерии вряд ли выживут».К своему удивлению, исследователи обнаружили, что, хотя многие, казалось бы, безобидные изменения в способе попадания света на организмы в конечном итоге оказываются фатальными, бактерии могут выжить при внезапном потоке фотонов. Ключ к выживанию в таких экстремальных условиях — наличие множества «кухонь» реакционных центров.
Таким образом, фотоны распространяются естественным образом, оставляя каждому реакционному центру достаточно времени для восстановления.«В конечном итоге химические вещества успевают диффундировать, и это их спасает», — говорит Джонсон. «В среднем бактерии получают то, что им нужно, из реакционных центров».Исследователи подозревают, что этот механизм характерен не только для пурпурных бактерий.
В будущем они распространят исследования на другие фотосинтезирующие формы жизни.