Читать книгу "Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк"

Выжившие крупные млекопитающие сегодня являются группой видов, находящихся на грани вымирания, а многие другие млекопитающие также входят в эту «группу риска». Если первая фаза современного массового вымирания обернулась гибелью крупных млекопитающих, то в текущий момент в непосредственной опасности находятся растения, птицы и насекомые, потому что древние леса Земли сменяются постепенно полями и городами.

Глава 20

Варианты познаваемого будущего.

Будущее недостижимо, за ним не угнаться, его не поймать. Чему нас точно научила история развития жизни, так это тому, что наравне с эволюцией другим участником игры на выживание всегда является случай. Случайность делает довольно ненадежными все прогнозы будущего хода игры. Замечательный ученый и блестящий писатель Дон Браунли из Вашингтонского университета все же попытался бросить вызов этой неопределенности будущего. Браунли считает, что существует так называемое познаваемое будущее, и что будущие события, как это ни парадоксально, тем более познаваемы, чем в более далеком будущем они могут произойти. По этому поводу Браунли выступал с сообщением о предсказуемых физических изменениях, которые ожидают нашу планету и Солнце. Один из примеров познаваемого будущего, которое можно довольно точно предсказать, — дальнейшая история развития нашего Солнца. Нам известно, что оно станет красным гигантом, его диаметр окажется больше земной орбиты и, вероятно, больше орбиты Марса, и, таким образом, Земля и Марс будут поглощены Солнцем через 7,5 млрд лет плюс-минус четверть миллиарда.

Изучение биологической эволюции на Земле углубляет знания ученых о событиях прошлого, способствуя таким образом пониманию возможного будущего. Например, мы знаем, что на эволюцию влияет не только взаимодействие форм жизни (конкуренция и хищничество), но в значительной степени также и события физической истории нашей планеты, ее атмосферы и океана. Хотя многие события по-прежнему будут диктоваться случаем, — скажем, интенсивностью взаимодействия Земли с космическими объектами, — тем не менее мы действительно можем довольно точно оценить вероятность изменения мировых температурных режимов, химии атмосферы и океана, крупномасштабные геологические события, которые непременно будут происходить в будущей истории Земли.

Понятие «обитаемая планета» предполагает, что формирование небесного тела имеет особенности, совокупность которых в конечном итоге приводит к появлению жизни. Мы уже рассматривали аспекты развития самых важных элементов и систем: энергетические (пищевые) компоненты, поддержание температурного режима, и изменения внутри этих систем или полное прекращение существования некоторых систем (например, расширение Солнца) вполне предсказуемы. Для развития жизни наиболее существенную роль играют циркуляция и трансформация таких элементов, как углерод, азот, сера, фосфор и разнообразные следовые элементы. Энергетические основы различных систем во многом определяются двумя источниками: Солнцем и теплом, которое образуется вследствие распада радиоактивных материалов в недрах Земли. Из этих двух источников энергии главным является Солнце, поскольку именно его воздействие обеспечивает процесс фотосинтеза.

Солнце — мощнейший ядерный реактор, но его стабильность сомнительна. По мере развития Солнца количество частиц в его ядре уменьшается, поскольку атомы водорода превращаются в атомы гелия. Парадоксальным при этом кажется то, что количество атомов в ядре Солнца уменьшается, но количество испускаемой им энергии (свет и тепло) медленно, но неуклонно увеличивается.

Все звезды типа Солнца обладают таким же признаком. Яркость Солнца за последние 4,5 млрд лет увеличилась на 30 %. Усиление яркости повышает и интенсивность освещения планет. Если процесс увеличения яркости Солнца продолжится, то исчезнут океаны, и на Земле воцарятся адские условия, сходные с теми, что сейчас существуют на Венере. Конечно, океаны не «выкипят», как это представлено на некоторых страшных изображениях будущего, но постепенно молекулы воды потеряют водород, который поднимется высоко в атмосферу, кислород при этом останется внизу.

Земля на протяжении всего своего существования находится в «умеренном поясе» Солнечной системы, то есть на «правильном» расстоянии от Солнца, и поэтому температуры на поверхности планеты благоприятны для существования океанов и животных — они не замерзают и не сгорают. Обитаемый пояс распространяется от известного предела непосредственно внутри земной орбиты до своей не до конца изученной внешней границы возле Марса или, возможно, дальше него. Обитаемый пояс расширяется по мере усиления яркости Солнца, и в будущем Земля окажется вне его пределов. По сути, она превратится в современную Венеру. Внутренняя граница обитаемого пояса находится всего в 15 млн км от нас, быстро приближается и достигнет Земли через 0,5–1 млрд лет (возможно, и быстрее). После этого Солнце станет слишком ярким для существования жизни на нашей планете…

Постоянно увеличивающийся объем солнечной энергии, который поступает на Землю в течение последних 4,567 млрд лет, уже давным-давно должен был убить все живое на планете, как, например, это случилось на Венере (если предположить, что там когда-либо существовала жизнь). Исключением была бы одна, но очень важная система, поддерживающая жизнь на Земле, — планетарный «термостат», описанный в первой главе. Более трех (возможно, и четырех) миллиардов лет данная система поддерживала баланс средних мировых температур между температурами кипения и замерзания воды (за исключением периодов «Земли-снежка»). Благодаря этому на Земле в течение весьма длительного времени стало возможно существование важнейшего элемента, необходимого для жизни, — жидкой воды. Также важно то, что живым формам, появившимся внутри ограниченного температурного диапазона, удалось поддержать свои физиологические и химические процессы, протекание которых серьезно зависит от температурного режима. Повышение температуры на планете под воздействием возрастающей солнечной энергии и, в том числе, увеличение углекислого газа в атмосфере — вот два процесса, которые в совокупности самым значительным образом повлияют в будущем на эволюцию живых организмов.

Периоды увеличения и снижения концентрации углекислого газа в природе за последние 500 млн лет (время появления и развития животных) сегодня хорошо изучены и задокументированы, однако животным, конечно же, необходим кислород. Мы описали изменения в соотношении этих двух газов в прошлом, и будущее поведение углекислого газа и кислорода так же хорошо предсказуемо, как и интенсивность увеличения яркости Солнца.

Долговременный прогноз в отношении поведения углекислого газа заключается в том, что продолжится та же тенденция, которая наблюдается на протяжении последнего миллиарда лет, — концентрация данного газа будет уменьшаться. Сокращение количества данного газа происходит из-за процессов и в самой живой природе, и в тектонике плит: чем больше потребляется CO2 для формирования скелетов живых существ, особенно в океане, тем меньше его в атмосфере. Если эти скелеты остаются в океане, заключенный в них углерод (теперь в форме карбоната кальция) вступает в процесс круговорота углерода. Однако тектоническое движение приводит к увеличению общей площади континентов, и известняк — могила атмосферного CO2 — накапливается на суше как осадочная порода.