Įsivaizduokite planetą, milijardais metų senesnę už Žemę, maudomą silpno žvaigždžių spindesio, tačiau apgyvendintą tik mikroorganizmais. Tai gali nuskambėti kaip blogos naujienos galaktinių civilizacijų gerbėjams, tačiau nauja tyrimų kryptis pateikia aiškią priežastį, kodėl vien tik amžius negarantuoja sudėtingumo.
Kai kurios netoliese esančios egzoplanetos gali būti gerokai senesnės už Žemę, tačiau vis tiek talpinti tik paprastą gyvybę. Naujas tyrimas siūlo, kad lemiamas veiksnys gali būti, kiek fotosintezės energijos planeta sukaupė per milijardus metų.
Kai laikas nėra tas pats kaip pažanga
Chris Doughty vadovaujama tyrėjų grupė iš Šiaurės Arizonos universiteto teigia, kad evoliucijos laikrodis kituose pasauliuose tiksi pagal fotosintezės surinktą energiją, o ne vien pagal metus nuo susiformavimo. Komanda išanalizavo 29 planetas netoli mūsų Saulės sistemos, kurios teoriškai galėtų turėti skysto vandens. Išvada: tik dvi iš tų pasaulių atrodo tikėtinos kandidatai, galėję pažengti už Žemės evoliucinio etapo ribų. Dauguma, regis, įstrigę paprastame, mikrobų lygyje.
Dvi išimtys yra GJ 1061c ir K2-3d. Abi yra didesnės, šiltesnės, šviesesnės ir senesnės nei daugelis netoliese esančių Žemės dydžio kandidatų. Trys papildomos planetos galėjo pasiekti evoliucinę būklę panašią į Žemės mezozojaus erą, epochą, kai dominavo dinozaurai. Tačiau net ir šios yra išimtys.
Išvada yra kontraintuityvi. Senumas savaime nereiškia didesnio biologinio pažangumo. Kritinis kintamasis yra sukauptas fotosintezinis našumas per geologinį laiką. Kiek šviesos paverčiama cheminė energija ir kaip nuosekliai ši konversija palaikė augalų tipo pirminius gamintojus, lemia ekologinę atramą, reikalingą sudėtingai gyvybei.
Fotosintezė kaip evoliucijos matas
Žemėje šiltos, drėgnos sritys, pavyzdžiui tropiniai lietaus miškai, palaiko tankų augalų augimą ir didelę rūšių įvairovę. Šaltos ar sausringos sritys to nedaro. Toks ryšys yra aiškus: daugiau augalų biomasės reiškia daugiau energijos, patenkančios į maisto tinklus, kas gali paremti didesnes, įvairesnes gyvūnų populiacijas ir atverti ekologines nišas, palankias sudėtingumui.
Tačiau norint palyginti Žemę su kita planeta reikia ilgesnės perspektyvos. Kiek anglies fotosintezė sukonvertavo per planetos egzistavimo laiką? Doughty ir kolegos naudojo Žemės įrašus kaip atskaitos tašką. Prieš išsivystant vazidiniams augalams, maždaug 3,2 milijardo metų fotosintezės sukūrė apie 2,4 × 10^25 gramų anglies organinėje medžiagoje. Po to, kai atsirado vazidiniai augalai, dar apie 7 × 10^25 gramų buvo fiksuota prieš žmonėms pasirodant scenoje. Šie skaičiai suteikia skalę, pagal kurią galima vertinti potencialų evoliucinį pažangą kituose pasauliuose.
Kai kuriose egzoplanetose, net jei gyvybė turėjo milijardus papildomų metų, bendras fotosintezės pralaidumas gali būti gerokai mažesnis nei Žemės. Mažesnis pralaidumas reiškia mažiau išteklių evoliucijos žingsniams, vedantiems prie didelių gyvūnų ir galiausiai intelekto.
Raudonieji nykštukai, potvynų užrakinimas ir šviesos matematika
Raudonieji nykštukai yra dažni, ir daug pagrindinių egzoplanetų kandidatų juos apskrieja. Šios žvaigždės skleidžia mažiau šviesos nei saulės tipo žvaigždės, o planetos, esančios pakankamai arti, kad būtų šiltos, gali tapti potvynų užrakintos. Viena pusrutulio pusė kepa nuolatiniame dienos šviesoje, kita užšąla nuolatinėje naktį. Toks geometrijos pasiskirstymas sumažina pasaulinį plotą, tinkamą fotosintezei.
Bendraautorius Michael Gowanlock pasakė tiesiai: jei fotosintetinė gyvybė egzistuoja potvynų užrakintose planetose, ji galėjo fotosintezuoti ilgiau nei Žemėje, bet mažesniu metiniu tempu dėl ribotos apšvietimo ir paviršiaus ploto. Kas yra priekyje? Mes nežinome, tačiau tyrėjai siekė kiekybiškai įvertinti skirtumą.
Fotosintezės įvertinimas kitoje planetoje reikalavo daugiau nei fotonų skaičiavimo. Augalų augimas priklauso nuo temperatūros ir kritulių bei nuo šviesos. Denisas Sergejevas iš Bristolio universiteto sukūrė kandidatų planetų klimato simuliacijas, žemėlapiuose atvaizduojančias temperatūrą, kritulius ir paviršiaus apšvietimą. Suderinus tuos klimato žemėlapius su augalų produktyvumo modeliais gauti potencialaus gyvenimo trukmės anglies fiksacijos įvertinimai.
TRAPPIST-1e, planeta maždaug už 40 šviesmečių, yra atskleidžiantis pavyzdys. Nors ji yra keliais milijardais metų senesnė už Žemę, apskaičiavimai rodo, kad jos viso gyvenimo metu fiksuota anglies kiekis galėtų sudaryti tik apie 21 procentą Žemės totalo. Pagal tyrimo sistemą tai būtų TRAPPIST-1e priskyrimas vien tik mikrobinio evoliucijos etapo lygiui. Atmosferos gali pakeisti rezultatą, ir autoriai pabrėžia, kad jų skaičiavimai daro prielaidą, jog gyvybė, jei ji egzistuoja, seka Žemės panašius kelius. Tokie teleskopai kaip Džeimso Webbo kosminis teleskopas gali netrukus pateikti atmosferos užuominų, kurios patikslins šiuos skaičius.
TRAPPIST-1 sistema.
Krituliai, dykumos ir svetimų ekosistemų pobūdis
Nustebinančiai daugelyje planetų, galinčių viršyti Žemės sukauptą anglies fiksaciją, dominuojantis ribojantis veiksnys buvo krituliai. Saulės šviesa gali būti gausi, bet be vandens bevertė. Dykuma gauna daugiau šviesos nei lietaus miškas, bet palaiko daug mažiau biomasės. Ši paprasta ekologinė tiesa formuoja evoliucinius kelius.
Jei sudėtinga gyvybė išsivystė tose retose egzoplanetose su pakankama sukaupta fotosinteze, aplinkos, kurios tai skatino, gali nepriminti Pandoros iš filmo Avataras. Vietoje to jos gali būti arčiau kopų ir krūmų, galbūt panašios į savanų miškus, kur greičiausiai atsirado žmonės, t. y. aplinkos formuotos vidutiniais krituliais ir sezonine kintamumu, o ne nuolatine gausa.
Naudojant dvi popkultūros nuorodas, ekosistemos, formuojančios bet kokią pažangią gyvybę, gali priminti Dūną labiau nei Avatarą. Tai svarbu, nes ekosistemų fizinis pobūdis veikia intelekto ir technologijų rūšis, kurios gali atsirasti. Trūkstamas vanduo ir nelygūs ištekliai atrenka kitokius elgesius, socialines struktūras ir inovacijas nei nuolatinė gausa.
Kaip būtų atostogauti TRAPPIST-1 planetų sistemoje? Plakatas kviečia jus „išvykti planetų šuolių ekskursijai per TRAPPIST-1 sistemą.“ Žvaigždžių sistemą atskleidė Tranzituojančių planetų ir planetėlių mažasis teleskopas (TRAPPIST) ir NASA Spitzerio kosminis teleskopas.
Eksperto įžvalga
„Sukauptas energijos srautas per ekosistemas yra galingas, nepakankamai įvertintas perspektyvos taškas galvojant apie astrobiologiją“, sako dr. Elena Ruiz, Europos kosmoso agentūros astrobiologė, neįsitraukusi į tyrimą. „Galite turėti milijardus metų, bet jei energija paskirstyta retai, sudėtingumas sunkiai vystosi. Šis tyrimas suteikia praktišką būdą rūšiuoti tikslus būsimoms atmosferos ir biosignatūrų stebėjoms.“
Metodai, įspėjimai ir tolesnis kelias
Šis tyrimas suteikia schemą, o ne galutinį nuosprendį. Komanda derino žvaigždžių ir orbitinius duomenis su klimato simuliacijomis ir Žeme kalibruotais augalų produktyvumo modeliais. Tai davė įvertintus pagal eilę galimus kiekvienos planetos gyvenimo trukmės fotosintezinės anglies fiksacijos skaičius. Iš tų skaičių autoriai nubrėžė galimus evoliucinius etapus, apibūdinančius mikrobus, daugiacelines ekosistemas ir retą pažangesnės gyvybės galimybę.
Lieka dideli įspėjimai. Modelis daro prielaidą, kad gyvybė, jei ji yra, remiasi fotosinteze ir vystosi panašiais keliais kaip Žemėje. Jis taip pat daro prielaidą, kad planetų atmosferos patenka į tam tikrą diapazoną; netikėtai stora arba plona atmosfera gali pakankamai pakeisti paviršiaus temperatūras ir kritulių pasiskirstymą, kad pasikeistų produktyvumo įvertinimai. Ne-fotosintetiniai metabolizmai arba egzotiška chemija visiškai nepatenka į šią schemą.
Stebėjimų požiūriu kitas žingsnis yra atmosferos charakterizavimas. Džeimso Webbo ir būsimieji teleskopai gali aptikti dujas, tokias kaip deguonis, metanas ir vandens garai, o tokie duomenys sumažins nežinomybės. Jei planeta parodys aiškias biosignatūrų dujas kartu su pagal modelį mažu sukauptu fotosintezės potencialu, tai iššauks prielaidų peržiūrą ir privers permąstyti, kaip gyvybė naudoja energiją kosmose.
Išvada
Tyrimas peržiūri klasikį klausimą apie gyvybę už Žemės ribų. Vietoj to, kad klaustume, kiek senoji yra planeta, turėtume klausti, kiek naudingo energijos jos biosfera surinko per laiką. Sudėtingumas reikalauja pastovaus, gausaus energijos tiekimo. Vietinės sąlygos, ribojančios šviesą, temperatūrą ar ypač vandenį, gali palikti seną planetą biologine prasme jauna.
Kol kas artimoji žvaigždžių kaimynystė gali būti ramesnė nei romantizuotos vizijos teigia. Tai nereiškia, kad gyvybės nėra; tai tiesiog keičia lūkesčius. Daugelis artimiausių potencialiai tinkamų gyvybei pasaulių galėtų būti didžiuliai mikrobiniai rezervuarai, tyliai turtingi biocheminiu aktyvumu, bet neturintys pakankamos ekologinės galios civilizacijoms susiformuoti. Ir jei norime rasti kompaniją tarp žvaigždžių, turime ieškoti ne tik amžiaus, bet planetos, kuri būtų gerai maitinama pakankamai ilgai, kad sudėtingumas galėtų žydėti.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.