Эволюция планет и возможность жизни

Новая модель переворачивает теорию "жестких шагов", существовавшую десятилетиями, о том, что разумная жизнь была невероятно маловероятным событием, и предполагает, что, возможно, она не была такой уж сложной или невероятной. Группа исследователей заявила, что новая интерпретация происхождения человечества увеличивает вероятность разумной жизни в других местах Вселенной. Автор: NASA

Согласно новой модели развития разумной жизни на Земле, человечество, возможно, не является чем-то исключительным, а скорее представляет собой естественный эволюционный результат для нашей планеты и, вероятно, других планет.

Модель, которая переворачивает теорию "жестких шагов", существовавшую десятилетиями, о том, что разумная жизнь была невероятно маловероятным событием, предполагает, что, возможно, это было не так уж и сложно или маловероятно. Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания, которая руководила работой, заявила, что новая интерпретация происхождения человечества увеличивает вероятность разумной жизни в других местах Вселенной.

«Это значительный сдвиг в наших представлениях об истории жизни», — сказала Дженнифер Макалади, профессор наук о Земле в Университете штата Пенсильвания и соавтор статьи, опубликованной 14 февраля в журнале Science Advances.

«Это говорит о том, что эволюция сложной жизни может быть в меньшей степени делом случая, а в большей — взаимодействием между жизнью и окружающей средой, что открывает новые захватывающие направления исследований в нашем стремлении понять наше происхождение и наше место во Вселенной».

Модель «жестких шагов», первоначально разработанная физиком-теоретиком Брэндоном Картером в 1983 году, утверждает, что наше эволюционное происхождение крайне маловероятно из-за времени, которое потребовалось людям для эволюции на Земле по сравнению с общей продолжительностью жизни Солнца, и, следовательно, вероятность появления человекоподобных существ за пределами Земли крайне мала.

В новом исследовании группа ученых, в которую входили астрофизики и геобиологи, утверждала, что изначально окружающая среда Земли была неблагоприятна для многих форм жизни и что ключевые эволюционные шаги стали возможны только тогда, когда глобальная окружающая среда достигла «разрешительного» состояния.

Например, для сложной жизни животных требуется определенный уровень кислорода в атмосфере, поэтому насыщение атмосферы Земли кислородом посредством фотосинтезирующих микробов и бактерий было естественным эволюционным шагом для планеты, который создал окно возможностей для развития более современных форм жизни, объяснил Дэн Миллс, научный сотрудник Мюнхенского университета и ведущий автор статьи.

«Мы утверждаем, что разумной жизни может не потребоваться череда счастливых случаев для своего существования», — сказал Миллс, работавший в астробиологической лаборатории Макалади в Университете штата Пенсильвания в качестве научного сотрудника.

Центральное предсказание теории «трудных шагов» гласит, что во Вселенной существует очень мало других цивилизаций, если таковые вообще существуют, поскольку такие шаги, как зарождение жизни, развитие сложных клеток и возникновение человеческого интеллекта, маловероятны, если основываться на интерпретации Картера, согласно которой общая продолжительность жизни Солнца составляет 10 миллиардов лет, а возраст Земли — около 5 миллиардов лет.

В новом исследовании ученые предположили, что время появления человека можно объяснить последовательным открытием «окон обитаемости» на протяжении истории Земли, обусловленным изменениями в доступности питательных веществ, температуре поверхности моря, уровне солености океана и количестве кислорода в атмосфере.

По их словам, учитывая все взаимодействующие факторы, Земля лишь недавно стала гостеприимной для человечества — это просто естественный результат действия этих условий.

«Мы придерживаемся мнения, что вместо того, чтобы основывать наши прогнозы на продолжительности жизни Солнца, нам следует использовать геологическую шкалу времени, поскольку именно столько времени требуется для изменения атмосферы и ландшафта», — сказал Джейсон Райт, профессор астрономии и астрофизики в Университете штата Пенсильвания и соавтор статьи.

«Это обычные временные рамки на Земле. Если жизнь развивается вместе с планетой, то она будет развиваться в планетарном масштабе времени и с планетарным темпом».

Райт объяснил, что одна из причин, по которой модель «жестких шагов» преобладает так долго, заключается в том, что она возникла из его собственной дисциплины — астрофизики, которая по умолчанию используется для понимания формирования планет и небесных систем.

Работа группы представляет собой плод сотрудничества физиков и геобиологов, каждый из которых извлекает уроки из исследований друг друга, чтобы составить подробную картину того, как развивается жизнь на планете, подобной Земле.

«Эта статья — самый щедрый акт междисциплинарной работы», — сказал Макалади, который также руководит Центром астробиологических исследований Пенсильванского университета. «Наши области были далеки друг от друга, и мы поместили их на одну страницу, чтобы добраться до вопроса, как мы сюда попали и одиноки ли мы? Была пропасть, и мы построили мост».

Исследователи заявили, что планируют проверить свою альтернативную модель, в том числе поставить под сомнение уникальный статус предлагаемых эволюционных «жестких шагов». Рекомендованные исследовательские проекты изложены в текущей статье и включают в себя такие работы, как поиск в атмосферах планет за пределами нашей солнечной системы биосигнатур, таких как наличие кислорода.

Группа также предложила протестировать требования к предлагаемым «трудным шагам», чтобы определить, насколько они трудны на самом деле, изучая одноклеточные и многоклеточные формы жизни в определенных условиях окружающей среды, таких как более низкие уровни кислорода и температуры.

Помимо предложенных проектов, команда предложила научному сообществу изучить, являются ли инновации — такие как происхождение жизни, оксигенный фотосинтез, эукариотические клетки, многоклеточность животных и Homo sapiens — действительно единичными событиями в истории Земли. Могли ли подобные инновации независимо развиваться в прошлом, но доказательства того, что они произошли, были утеряны из-за вымирания или других факторов?

«Эта новая точка зрения предполагает, что возникновение разумной жизни может оказаться не таким уж и маловероятным», — сказал Райт.

«Вместо серии невероятных событий эволюция может быть более предсказуемым процессом, разворачивающимся по мере того, как это позволяют глобальные условия. Наша структура применима не только к Земле, но и к другим планетам, что увеличивает вероятность того, что жизнь, похожая на нашу, может существовать где-то еще».

Другим соавтором статьи является Адам Франк из Рочестерского университета.

Больше информации: Daniel Mills, A reassessment of the "hard-steps" model for the evolution of intelligent life, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads5698. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads5698

Источник: Pennsylvania State University