Где все иностранцы? Возможно, они в основном микробные (и мертвые)

Где все иностранцы? Возможно, они в основном микробные (и мертвые)

Одна из длительных головоломок в астробиологии - это то, почему мы еще не нашли пришельцев - и это стоит другого взгляда в свете последних (и беспрецедентных) усилий Прорыва Прослушивания, чтобы найти их в новом обзоре миллионов звезд в нашей галактике. По оценкам астрономов, в Млечном Пути от 200 до 400 миллиардов звезд. Телескоп Кеплера доказал, что у многих звезд есть планеты, и если Земля в какой-то мере является типичной планетой, мы должны увидеть некоторые свидетельства жизни в других местах в галактике после 13,8 миллиардов лет. За исключением, конечно, мы этого не делаем. Это известно как парадокс Ферми.

В статье астробиологи Адитья Чопра и Чарли Линьвеер из Австралийского национального университета есть объяснение, почему это может быть так. Это модификация так называемой теории «Великого фильтра» и гипотезы Гайи, и она утверждает, что жизнь на большинстве планет может исчезнуть вскоре после ее первого развития. Это частично объясняет, почему усилия, подобные Прорывному прослушиванию, до сих пор не смогли найти результаты, которые они ищут. Прежде чем мы рассмотрим теорию узких мест Гаяна, давайте обсудим большую гипотезу Гайана.

Гипотеза Гайана

Впервые предложенная Джеймсом Лавлоком, гипотеза Гайи предполагает, что живые организмы взаимодействуют с неорганическим материалом на планете таким образом, который увековечивает или регулирует условия жизни на планете.

Лавлок предлагает три основных аргумента: 1). Земля - ​​чрезвычайно благоприятная среда обитания для жизни, 2). Жизнь сильно изменила планетарную химию и окружающую среду, включая атмосферу и море, и 3). Окружающая среда Земли оставалась довольно стабильной в течение длительного периода времени.

Из этих трех пунктов № 2 абсолютно верно. Известно, например, что событие, известное как Великое событие оксигенации, убило большую часть жизни на Земле, когда кислород, вырабатываемый как отходы анаэробных цианобактерий, больше не мог поглощаться неорганическими источниками. Известно, что жизнь на Земле существует более 3,8 миллиарда лет, но только около 2,5 миллиардов лет назад кислород начал появляться в измеримых количествах, а уровень O2 в атмосфере не начинал приближаться к современным концентрациям до тех пор, пока около 850 миллионов лет назад.

Расчетная эволюция атмосферного кислорода. Диапазон верхних красных и нижних зеленых представляет диапазон оценок. Этапы: этап 1 (3.85-2.45Gyr назад (Ga)), этап 2 (2.45-1.85Ga), этап 3 (1.85-0.85Ga), этап 4 (0.85-0.54Ga) и этап 5 (0.54Ga- настоящее время). Изображение пользователя Wikipedia
Расчетная эволюция атмосферного кислорода. Диапазон верхних красных и нижних зеленых представляет диапазон оценок. Этапы: этап 1 (3.85-2.45Gyr назад (Ga)), этап 2 (2.45-1.85Ga), этап 3 (1.85-0.85Ga), этап 4 (0.85-0.54Ga) и этап 5 (0.54Ga- настоящее время). Изображение пользователя Wikipedia

Даже если GOE было нашим единственным доказательством потенциального воздействия биологической жизни на планету, трансформация атмосферы Земли является доказательством того, что биология может абсолютно изменить планетарные условия. Но доказательства того, что Земля является чрезвычайно благоприятной средой обитания для жизни, подрывается тем, что мы теперь знаем о периодах геологического времени, когда Земля была почти полностью заморожена (так называемая «Земля снежного кота»), а точка № 3 - стабильность - ослабевает из-за существования таких событий, как Великое событие оксигенации, которое уничтожило огромное количество видов на Земле. Фактически, производство кислорода, возможно, фактически вызвало Землю Снежного Камня. Эти события исключают сильную Гайю или идею о том, что жизнь оптимизирует биосферу для удовлетворения своих потребностей.

Изображение через Slideplayer
Изображение через Slideplayer

С другой стороны, «слабая» модель Гайи обладает большей выносливостью. На изображении выше, Coevolutionary Gaia и и влиятельная Gaia полагают, что жизнь оказывает коллективное воздействие на окружающую среду Земли и что эволюция жизни и эволюция окружающей среды переплетаются. Это гораздо менее спорные моменты и уже хорошо изучены и установлены в литературе. Есть дебаты по поводу того, является ли это гипотезой «Гайана» вообще.

Совершенно возможно, что жизнь на планете могла бы сыграть роль в стабилизации биосферы и сделать ее более вероятной, чтобы жизнь продолжала существовать. Но, основываясь на том, что мы знаем о истории Земли, кажется возможным, что эффект может также протекать в противоположном направлении. Предполагается, что GOE, возможно, вызвало оледенение гуронов, которое почти заморозило Землю, потому что это привело к замене метана на CO2 в атмосфере Земли - и CO2 не столь силен как парниковый газ. Это привело к тому, что в результате Земля практически замерзла.

Теперь, когда мы рассмотрели гипотезу Гайи немного более подробно и ограничили механизм ее работы, давайте посмотрим, что предлагают эти ученые.

Большой фильтр HEPA

Теория «Великого фильтра» объясняет парадокс Ферми, полагая существование определенного узкого места, которое препятствует достижению большинства видов (или жизни вообще) до места, где возможна колонизация пространства. Жизнь может развиваться часто, но вспышки сверхновых и гамма-лучей стерилизуют многие планеты, на которых она развилась раньше в нашей истории галактики. Возможно, у очень умной жизни есть склонность чрезмерно поглощать ресурсы своей родной планеты и, следовательно, вымирает, прежде чем развивать технологию колонизации галактики. Жизнь может быть изобильной, но эволюция высокого интеллекта и эффективного использования инструмента может быть крайне редкой.

То, что предлагает Chopra и Lineweaver, состоит в том, что жизнь может развиваться часто, но только редко выживает достаточно долго, чтобы начать оказывать влияние на ее собственную планету таким образом, чтобы создать и поддерживать окружающую среду, пригодную для жизни. Они называют это узким местом Гайана.

Где все иностранцы? Возможно, они в основном микробные (и мертвые)

Синяя область внизу диаграммы показывает диапазон планетарных сред, которые могут образоваться, а желтый цилиндр показывает условия, необходимые для формирования «обитаемой зоны обитания абиогенеза» (ABZ) ». Если первоначальная среда планеты находится в этой зоне , жизнь может начать развиваться. По мере развития жизни (зеленая зона) она создает более широкие зоны обитаемости, которые позволяют другой жизни развиваться по очереди.

Чтобы понять, как будет работать этот конкретный фильтр, рассмотрите судьбы Земли, Венеры и Марса. Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что Марс был когда-то более теплым и влажным местом, чем сегодня, причем многие базовые условия, как полагают, способствуют эволюции жизни. На ранней истории Венеры меньше информации, но данные, которые мы делаем, говорят о том, что у нее тоже может быть когда-то жидкий океан и даже короткоживущее магнитное поле. (Сегодня у Марса есть остатки такого поля).

Разница между нашими тремя планетами заключается в том, что и Венера, и Марс, возможно, потеряли условия, из-за которых они изначально были пригодны для жилья быстрее, чем жизнь на этих планетах могла развиваться, чтобы сохранить их пригодными для жилья. Из статьи:

Жидкую воду непросто поддерживать на планетарной поверхности. Первоначальный инвентарь и временные рамки, с которыми вода теряется в космос из-за беглых теплиц или заморожены из-за положительной обратной связи с ледяным альбедо, плохо количественно оценены, но были сделаны достоверные оценки будущих траекторий. На Земле диссоциация водяного пара ультрафиолетовым излучением в верхней атмосфере продолжается и в конечном итоге (через 1-2 миллиарда лет) приведет к потере воды из биосферы и последующему исчезновению жизни на Земле.

Без жизни жидкая вода может быть быстро потеряна
Без жизни жидкая вода может быть быстро потеряна

Авторы утверждают, что ранняя жизнь может выполнять жизненно важную регулирующую функцию в ранней планетарной среде, воздействуя как на альбедо планеты (сколько света она отражает от солнца), так и на парниковые газы, присутствующие в ее атмосфере. Они смоделировали, как быстро планета потеряла свою воду на основе либо беглого парникового эффекта (Венера), либо беглого оледенения (Марс). В обоих случаях количество воды, оставшейся на планете, составляет часть ее общего объема примерно на один миллиард лет.

Теория «узких мест» Гайана предлагает модель того, как жизнь может быть распределена во Вселенной, как показано ниже:

Где все иностранцы? Возможно, они в основном микробные (и мертвые)

В сценарии возникновения узких мест условия жизни редки, но как только жизнь эволюционирует, она сохраняется на миллиарды лет. Это предположение помогает создать парадокс Ферми, потому что, если существует даже горстка цивилизаций, мы должны были увидеть некоторые доказательства их уже.

Если нет узкого места появления, жизнь уже должна быть многочисленной - подумайте об этом как гипотезу «Звездный путь / Звездные войны», где сотни видов существуют во всей галактике.

Модель Гайана предсказывает первоначальный всплеск жизни в течение первых миллиардов лет развития планет, но что подавляющее большинство этой жизни никогда не выживает достаточно долго, чтобы продвигаться за пределы одноклеточных организмов. Он предсказывает, что большая часть жизни, которую мы узнаем среди звезд, будет окаменевшим остатком примитивных существ, предполагая, что любые доказательства существуют вообще.

Очевидно, что мы не сможем доказать или опровергнуть любую из этих моделей, пока мы не сможем реально оценить условия вокруг других планет. Но если теория узких мест Гаяна точна, мы можем найти доказательства для нее на лунах и скалистых планетах нашей собственной солнечной системы. Практически невозможно построить зонд, который может выжить на поверхности Венеры в течение какого-то времени, но Титан, Марс, Европа и Ганимед могут содержать такую ​​жизнь - или окаменевшие свидетельства ее первоначального существования.