Без жизни Земля сохранила бы океаны и тепло. Изменился бы только воздух

Мы привыкли думать, что Земля пригодна для жизни во многом благодаря самой жизни: леса, водоросли и бактерии якобы поддерживают климат в равновесии. Учёные решили проверить эту идею самым прямым способом. Они построили компьютерную Землю, на которой жизнь так и не появилась, и прогнали её историю через пять миллиардов лет. Планета повела себя спокойнее, чем можно было ожидать, а единственная серьёзная перемена оказалась главной подсказкой для тех, кто ищет жизнь у других звёзд.

Полвека назад жизнь назначили хранительницей климата

Около пятидесяти лет назад появилась гипотеза Геи. Её мысль красива: организмы так сильно меняют воздух, воду и почву, что сами удерживают планету в пригодном для жизни состоянии. Стоит условиям уйти слишком далеко от нормы, и биосфера будто бы подкручивает их обратно.

Проверить такое почти невозможно. Земля у нас одна, а жизнь на ней возникла очень рано, так что сравнивать не с чем. Нет второй планеты, которая росла бы рядом без единой клетки и показала, что было бы иначе.

Раз реальной контрольной Земли нет, её решили собрать в компьютере.

Виртуальная Земля прожила пять миллиардов лет без единой бактерии

Работой руководила астробиолог Саманта Гилберт-Джанизек из Вашингтонского университета, результаты вышли в The Planetary Science Journal. В модели есть ядро, мантия, кора, атмосфера, океаны и солнечный свет. Нет только живых существ.

Программа следила, как вещества кочуют по планете: из недр в воздух, из воздуха в воду, из воды в камень. Всего она отслеживала 19 характеристик, среди них поток тепла из глубины, состав морской воды и температуру поверхности. Расчёт начинается с юной Земли и заканчивается примерно через 500 миллионов лет после наших дней.

Авторы задали себе простой вопрос: нужна ли жизнь, чтобы каменистая планета миллиарды лет оставалась обитаемой?

Пустая планета осталась тёплой и мокрой, но почти без кислорода

Ответ звучит почти разочаровывающе. Безжизненная Земля развивалась примерно так же, как настоящая. Воды на ней примерно столько же, климат умеренный, и подходящие температуры держатся 4,5 миллиарда лет и дольше.

Резкое отличие одно: в воздухе почти нет кислорода. На нашей планете его выделяют растения, водоросли и некоторые бактерии, когда питаются солнечным светом, то есть при фотосинтезе. Нет жизни — нет и кислорода. Для нас с вами такой мир смертелен. Но астрономы называют планету обитаемой, если на её поверхности может держаться жидкая вода, и по этому признаку пустая Земля подходит.

Получается, жизнь переписала на Земле прежде всего состав неба. А вот климат удерживало нечто другое, и это нечто — одна из самых мощных идей науки.

Климат держит отрицательная обратная связь

Идея отрицательной обратной связи утверждает: устойчивость не требует ни разума, ни замысла. Достаточно, чтобы отклонение само запускало процесс, который его гасит. Это неочевидно, потому что равновесие кажется делом заботливого хранителя. На деле его может создать слепой механизм, если в нём правильно замкнута петля.

На Земле такую петлю образует карбонатно-силикатный цикл. Вулканы выбрасывают углекислый газ, и он удерживает тепло. Дожди разрушают горные породы, связывают этот газ и уносят его в океан, где он оседает на дне камнем. Когда теплеет, породы разрушаются быстрее, газ уходит из воздуха, и планета остывает. Когда холодает, разрушение замедляется, вулканы постепенно накапливают газ, и снова становится теплее.

Это похоже на термостат в квартире, только вместо датчика — дождь, а вместо котла — вулканы. Надёжность у него поразительная: за 4,5 миллиарда лет Солнце стало ярче примерно на 30%, а температура в модели не вышла из пригодных пределов. Но если планета может быть тёплой и мокрой сама по себе, как тогда отличить живой мир от просто удачного?

Вода ещё не означает жизнь

Телескопы уже умеют разбирать состав воздуха планет у других звёзд. Проблема в том, что безжизненный мир иногда выглядит похоже на населённый. Гилберт-Джанизек объясняет, что модель покажет, насколько обитаемые, но пустые планеты могут напоминать живые, и поможет оценить, насколько вероятно, что сигнал в далёкой атмосфере действительно говорит о жизни.

Значит, искать нужно не только «подходящие условия», а следы, которые оставляет сама жизнь. В модели самым заметным таким следом оказался кислород: без организмов его почти нет.

Читайте также: Рак сбивается со счёта при сборке белков. Это стало его слабым местом

Гипотезу Геи пока рано хоронить

Авторы не утверждают, что она ошибочна. Жизнь вполне может делать климат устойчивее, просто модель показывает, что планета способна обойтись и без неё. К тому же расчёт держится на упрощённых допущениях о движении плит, химии атмосферы и регуляции климата, и ошибка в них может изменить выводы.

Сами исследователи подводят итог осторожно: жизнь и пригодность для жизни, возможно, «в некоторой степени не связаны».

Представьте Галактику, полную тёплых океанских миров, где волны веками точат камень и вулканы мерно дышат газом, а на берегу нет никого. Таких планет может оказаться больше, чем населённых. Поэтому вода в чужом небе — лишь приглашение присмотреться, а признаком жизни станет след, который способна оставить только она. Ещё больше историй о том, как устроен мир, — в наших статьях.

Ещё в «Высоких технологиях»

Стареющий мозг ещё рождает нейроны. Важно, у кого их большеМозг дорисовал людям кошачьи глаза. Виновата оказалась памятьПауки отсыпаются после бессонной ночи, как люди. И это ключ к тайне сна

Все материалы раздела →