Кислородный тупик у красной звезды экспресс
У TRAPPIST-1 кислородный фотосинтез проигрывает гонку. Эта звезда-карлик светит в основном инфракрасным, а не видимым светом, как Солнце. Земные растения, улавливая свет определённых цветов, накопили кислород, но здесь таких лучей ничтожно мало. В одиночку процесс занял бы 63 миллиарда лет — больше возраста Вселенной. С поправкой на то, что избыток света вредит клеткам и допустимый диапазон шире, время сжимается до 1–5 миллиардов лет. Но в гонку вступают бактерии, не дающие кислорода, зато идеально видящие инфракрасный свет вплоть до 1100 нанометров. У TRAPPIST-1 его в 22 раза больше видимого. Они захватят океаны, перекрыв ресурсы конкурентам. Вместо зелени — пурпурные моря. Без кислорода не случится Кембрийский взрыв — лавина сложных организмов. Поэтому большинство землеподобных планет у красных карликов, открытых благодаря Уильяму Боруцкому и Дэвиду Шарбонно, навечно останутся миром микробов. Судьбу биосферы решает не только расстояние до звезды, но и цвет её света.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.02548v1
The rise of oxygen in the Earth's atmosphere during the Great Oxidation Event (GOE) occurred about 2.3 billion years ago. There is considerably greater uncertainty for the origin of oxygenic photosynthesis, but it likely occurred significantly earlier, perhaps by 700 million years. Assuming this time lag is proportional to the rate of oxygen generation, we can estimate how long it would take for a GOE-like event to occur on a hypothetical Earth-analog planet orbiting the star TRAPPIST-1 (a late M star with Teff 2560 K). Although in the habitable zone, an Earth-analog planet located in TRAPPIST-1e's orbit would receive only 0.9% of the Photosynthetically Active Radiation (PAR) that the Earth gets from the Sun. This is because most of the star's light is emitted at wavelengths longer than the 400-700 nm PAR range. Thus it would take 63 Gyrs for a GOE to occur. But the linear assumption is problematic; as light levels increase, photosynthesis saturates then declines, an effect known as photoinhibition. Photoinhibition varies from species to species and depends on a host of environmental factors. There is also sensitivity to the upper wavelength limit of the PAR: extending just 50 nm increases the number of photons by a factor of 2.5. Including these and other factors greatly reduces the timescale to roughly 1-5 Gyrs for a GOE. However, non-oxygenic photosynthetic bacteria can thrive in low-light environments and can use near-IR light out to 1100 nm, providing 22 times as many photons. With this huge light advantage, and because they evolved earlier, anoxygenic photosynthesizers would likely dominate the ecosystem. On a late M-star Earth-analog planet, oxygen may never reach significant levels in the atmosphere and a GOE may never occur, let alone a Cambrian Explosion. Thus complex animal life is unlikely.
На Земле пурпурные серные бактерии, использующие инфракрасный свет, до сих пор живут в горячих источниках — возможно, так выглядела жизнь в древних океанах до кислородной революции.