В течении сотен миллионов лет биосфера Земли подвергалась массовым вымираниям. Ученые считают, что их изучение способно подсказать им, где следует искать инопланетную жизнь, а где нет.
Массовые вымирания и развитие жизни на Земле
За свою 4,5 миллиардную историю Земля пережила многочисленные массовые вымирания, каждое из которых уничтожило более трех четвертей видов на планете и значительно уменьшило ее биоразнообразие. Такое его сокращение на нашей планете может быть вызвано как неодушевленными процессами, такими как извержение вулканов или падение астероидов, так и живыми процессами, например изменением организмами химического состава атмосферы. В долгосрочной перспективе жизнь на Земле имеет тенденцию к все более сложным формам и экологической организации, несмотря на эти, в некоторой степени, регулярные неудачи.
Периоды стресса и массовые вымирания, вызывающие их экзистенциальную угрозу для жизни на планете в целом. Однако в статье, опубликованной в мае в базе данных препринтов arXiv, исследователи доказывают, что в долгосрочной перспективе радикальные изменения в окружающей среде Земли создают возможности для эволюционных исследований и, как правило, способствуют большему биологическому разнообразию и стабильности выживаемых популяций по сравнению с более спокойными периодами. Авторы предполагают, что в масштабах от десятков до сотен миллионов лет жизнь в целом может стать более устойчивой благодаря этим событиям.
История жизни на Земле
В новой статье авторы принимают так называемую «гайанскую» точку зрения на жизнь и их связь с Землей. Теория предполагает, что жизнь взаимодействует с неодушевленными процессами на Земле, такими как углеродный цикл, и изменяет их, чтобы поддерживать и даже улучшать условия для жизни на планете в целом. Аналогией этой взаимосвязи есть то, как наш организм поддерживает гомеостаз, регулируя физиологические переменные, необходимые для нашего выживания, такие как температура тела и уровень глюкозы в крови.
Таким образом, жизнь рассматривается как сорегулирование физических процессов на Земле с целью поддержания условий на планете, благоприятных для жизни — планетарного гомеостаза, если хотите.
Потенциально важной проблемой для этой точки зрения является то, что жизнь не всегда создает условия, полезные для жизни в целом. Возьмем, например, Великое окисление, которое произошло где-то между 2,4 и 2,1 млрд лет назад. Это событие, вызванное эволюцией фотосинтезирующих цианобактерий, закачавших беспрецедентное количество кислорода в раннюю атмосферу Земли, кардинально изменило химический состав поверхности нашей планеты.
В ту эпоху вымерло огромное количество адаптированных анаэробных видов — тех, которые не могли переносить среду с высоким содержанием кислорода. Если жизнь, согласно гайанской концепции, призвана создавать условия, благоприятные для общей пригодности Земли, зачем массово производить элемент, токсичный для большинства живых организмов?
«Гайанская» концепция жизни
В своей работе авторы отмечают, что, хотя это могло быть проблемой для жизни в краткосрочной перспективе, этот период самоналоженного стресса также мог повысить устойчивость жизни в долгосрочной перспективе. Это связано с тем, что эволюция эукариотической и многоклеточной жизни стала возможной благодаря более высоким концентрациям кислорода, что позволило аэробному дыханию стать доминирующим и привело к получению гораздо большего количества энергии.
Жизнь также восстанавливалась после следующих периодов стресса, например, когда Земля пережила массовые оледенения и планета была почти полностью покрыта снегом.
Все это вызывает вопрос — прокладывают ли эти периоды стресса путь к тому, чтобы жизнь стала более устойчивой и сложной?
«Поскольку жизнь всегда строится на том, что было раньше, если жизнь не вымирает полностью, мы видим, что система тяготеет к сложности», — говорит Николсон. Даже если общая популяция организмов уменьшается при вымирании, все, что осталось, все равно имеет эволюционные инновации, метаболизм и структуры, которые были разработаны ранее. Если после этого открывается возможность для жизни, скажем, после таяния снежного шара Земли — то жизнь может опираться на свои предыдущие инновации, чтобы создать большее разнообразие и популяций организмов. «Да, были периоды потрясений, но без них нас бы здесь не было», — говорит Николсон.
Что это значит для нас сейчас?
Человеческая деятельность — из-за выбросов парниковых газов в атмосферу и уничтожения высокобиоразнообразных сред, таких как коралловые рифы и тропические леса — современный пример того, как живые системы создают стресс для всей биосферы Земли.
Поэтому может возникнуть соблазн применить этот аргумент к нынешнему кризису биоразнообразия, чтобы уменьшить нашу ответственность — в конце концов жизнь выживет в долгосрочной перспективе. Возможно, это и так, но это почти наверняка будет плохой новостью для нас и видов, с которыми мы делим планету.
Такие периоды стресса часто приводят к исчезновению ключевых видов в глобальной экосистеме. Достаточно вспомнить вымирание динозавров, вызванное падением астероида, чтобы понять, какое влияние на эти ключевые виды могут оказать значительные возмущения в окружающей среде Земли. Восстановление биоразнообразия после таких событий также происходит в течение десятков миллионов и сотен миллионов лет — временных рамок, омрачающих то короткое время, в течение которого существует Homo sapiens. «Главное для нас — это то, что нам нравится то, что есть сейчас», — говорит Николсон. «Мы — вид, который эволюционировал к очень специфическим условиям. Нам нужна биосфера, которая поддерживает нас».
Что это означает для сложной жизни во Вселенной?
Если периоды стресса для жизни в целом способствуют тенденции к росту сложности в долгосрочной перспективе, то это имеет интересные последствия для наших поисков инопланетной жизни.
Рассмотрим медленные эволюционные инновации в течение «скучного миллиарда» — примерно миллиардного периода от 1,8 миллиарда до 800 миллионов лет назад, когда, как свидетельствуют окаменелости, температура и химические условия на Земле оставались относительно стабильными. Однако эволюционные инновации — а вместе с ними и способность жизни к более сложным формам организации — остановились.
«Если эволюционные инновации и сложность тормозятся во время таких стабильных состояний, то, возможно, есть смысл искать сложную жизнь на планетах или спутниках, которые могли бы переживать периоды стресса», — говорит Николсон.
«Планеты, которые переживают периоды стресса, могут быть местами с большей вероятностью для существования сложной жизни, поскольку биосферы имеют больше возможностей для изменения и адаптации — то есть, если только они не вымерли полностью», — пояснила она.
К нашему счастью, тонкий баланс между периодами стресса, их регулярностью и интенсивностью позволил жизни разнообразить почти все экологические ниши на планете и сформировать такие сложные организмы, как наш вид. Возможно, если мы хотим найти другую сложную жизнь, нам следует искать не безмятежный оазис, где ничего не меняется, а место, где жизнь будет вынуждена адаптироваться, учиться и преодолевать все, что бросает ей Вселенная. То, что не убивает жизнь, как предполагает Николсон и ее соавторы, может сделать ее сильнее.
По материалам www.space.com
