Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Сама биосфера сильно изменила условия на нашей планете. Очевидно, это произошло в результате сложного взаимодействия между физическими и биологическими системами и, естественно, усложнило поиски ответа на сравнительно простой вопрос — насколько жизнь распространена во Вселенной. Например, появление производивших кислород фотосинтезирующих организмов привело к насыщению воздуха кислородом, что сильно повлияло на условия жизни всех видов. Кислородная атмосфера способствовала возникновению озонного слоя, задерживающего ультрафиолет и более жесткое излучение. Эта защита от губительных лучей позволила жизни выйти из воды на сушу. Кислородно-азотная атмосфера наиболее прозрачна для видимого света, и это весьма удачно, так как совпадает с максимумом в спектре излучения Солнца и позволяет большей части солнечных лучей проникать к поверхности Земли. Это как раз то излучение, которое использует фотосинтезирующая биота как источник энергии для фиксации углерода, и это как раз тот диапазон спектра, в котором видит подавляющая часть животных.

Долгое временя эволюцией и появлением новых видов управлял дарвиновский процесс — генетические изменения в результате мутаций и частичное сохранение потомства вследствие естественного отбора. Принято считать, что отбор происходит путем простого «выживания самого приспособленного», но на самом деле критерий «приспособленности» не так прост. Выжившие виды и отдельные особи приспосабливаются к своей индивидуальной среде. Во многих случаях это должны быть такие виды, которые могут взаимодействовать со средой для поддержания жизни, а не те, которые эксплуатируют эту среду сверх нормы. Кроме простой борьбы за выживание эволюция идет за счет выгодного взаимодействия с другими видами, например в разных симбиотических микробиологических матах, где питательные вещества переходят из одного слоя к другому, или в пищевых цепочках и экосистемах, сформированных высшими организмами. Эта борьба приводит к специализации и дифференциации борющихся групп и обеспечивает разнообразие новых видов. Усложнение экосистем, очевидно, создает все больше и больше ниш разнообразия, поддерживающих свое существование более сложными и гибкими стратегиями, разнообразием видов и более сложными формами жизни.

Кроме того, на эволюцию видов сильное влияние оказывали как местные, так и глобальные явления. Долговременные геологические изменения, такие как перемещение континентов, изменяли климат на долгое время, и сама биосфера влияла на атмосферу. Совместно эти процессы приводили к долговременному изменению климата, когда ледниковые периоды перемежались периодами умеренной температуры. Крупнейшие естественные катастрофы, вызванные космическими столкновениями, неоднократно приводили к массовому вымиранию, уничтожавшему большую часть биосферы. Эти случайные катастрофы часто становились причиной разрушения возникающих экосистем, уничтожая большую часть биоты и вычищая новое пространство для колонизации. В эти эпохи обновленные условия увеличивали биологическое разнообразие и количество новых экосистем, осуществляя поворот в эволюции биосферы. Но в промежутках между катастрофами биосфера обычно развивалась устойчиво с мелкими изменениями и адаптацией. Палеонтолог Стивен Голд (1941–2002) называл такие смены спокойных и бурных фаз «перемежающимся равновесием».

На фоне этой бурной эволюции биосферы для развития разумного, технически оснащенного вида требуются довольно стабильные условия. Из опыта Земли видно, что для создания технической культуры необходима суша. Первым шагом на пути технической эксплуатации природных источников энергии является эффективное производство продуктов питания. С момента изобретения сельскохозяйственной деятельности около 10 000 лет назад мы, к счастью, живем при стабильном климате, без ледниковых периодов.

Трудно представит себе 14-миллиардный возраст Вселенной, 4,6-миллиардный возраст Земли и 3,9-миллиардный возраст биосферы. Трудно представить даже продолжительность разных геологических периодов. Чтобы легче было окинуть мысленным взором эти геологические интервалы времени, представим себе всю историю Земли на шкале времени в один год; в этом масштабе возраст Вселенной составит три года. Если предположить, что Земля образовалась 1 января 3-его года, то самые старые известные породы сформировались и, вероятно, жизнь зародилась около 10 февраля. Затем всю весну, лето и осень был долгий период эволюции. Первые примитивные животные появились в середине ноября, первые растения выросли на суше 10 декабря, а эра динозавров закончилась катастрофой вечером 26 декабря. Человек появился как отдельный вид 31 декабря в 6 часов вечера, а последнее оледенение отступило от Скандинавии за минуту до полуночи. Наше западноевропейское летосчисление началось за 14 секунд до полуночи, то есть до нынешнего момента.

Как видим, техническая цивилизация пока существует на протяжении всего лишь крошечной доли возраста нашей планеты. В ее дальнейшем длительном существовании некоторые сомневаются. Имея в виду столь малый промежуток времени, было бы невероятной удачей, если бы на одной из соседних звезд сейчас существовала иная цивилизация, способная посещать нас или связываться с нами. Быть может, именно этим и объясняется парадокс Ферми, который мы обсуждали в главе 32, хотя возможны и другие объяснения.

Учитывая огромное число звезд во Вселенной, мы надеемся на присутствие жизни где-либо еще, однако наличие сложных форм жизни, разума или технической цивилизации обладает значительно меньшей вероятностью. Чрезвычайная сложность жизни, тем более существование разумной, интеллектуальной жизни, способной постигать окружающий мир, свидетельствуют о медленной эволюции, длящейся очень долго. Большие масштабы времени и сложный синтез элементов возможны лишь в космосе зрелого возраста. Поэтому только в долгоживущей и медленно развивающейся Вселенной может возникнуть сложная жизнь. Но в огромной, холодной и старой Вселенной, управляемой темной материей и темной энергией, должны быть теплые и безопасные ниши из обычной материи, способные служить прибежищем для жизни. Маша Земля — одно из таких мест (рис. 33.3).

Рис. 33.3. В декабре 1968 года три человека — Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс — десять раз облетели Луну на космическом корабле «Аполлон-8». Спустя три века после создания Ньютоном его «Начал» эта картина восхода Земли над лунным горизонтом стала символом достижений науки и техники по преодолению и использованию гравитации для космических полетов. С разрешения NASA.