Массовые вымирания делают жизнь сильнее: новое исследование

Немногие научные концепции о Земле столь же противоречивы и заманчивы, как гипотеза Геи (Gaia hypothesis) — идея, впервые выдвинутая химиком Джеймсом Лавлоком и микробиологом Линн Маргулис в 1970-х годах, согласно которой Земля ведет себя как самовоспроизводящийся организм, в котором живые организмы взаимодействуют со своим неорганическим окружением, образуя саморегулирующуюся систему, которая помогает поддерживать и сохранять условия, подходящие для жизни на планете.

Некоторые эксперты отмечают, что масштабные планетарные возмущения, такие как изменение климата и чрезмерное использование ресурсов, могут свести на нет прогресс любого мира, что может означать, что жизнь ухудшает условия для себя или даже по своей сути является саморазрушительной.

Но новое исследование использует эксперименты компьютерного моделирования, чтобы выдвинуть другой аргумент: что крупномасштабные возмущения на самом деле являются механизмом, посредством которого системы Геи увеличивают сложность (количество связей, существующих в сети видов). По словам авторов, эти результаты могут в конечном итоге помочь планетологам сузить круг поиска жизни за пределами Земли.

Моделирование Геи

Земля исторически вела себя как система Геи, сказала Арвен Николсон, астрофизик из Университета Эксетера и соавтор нового исследования. «Мы видим тенденцию увеличения разнообразия и биомассы с течением времени, и жизнь стала более сложной».

Часть этой сложности, по-видимому, возникла из-за крупномасштабных возмущений на Земле: например, Великое окислительное событие (Кислородная катастрофа), период около 2,5 миллиардов лет назад, когда уровень кислорода в атмосфере Земли резко возрос, убило большую часть анаэробной жизни, но создало возможность для эволюции животных.

Чтобы проверить, может ли это быть правдой в других мирах, исследовательская группа использовала компьютерную модель под названием Tangled Nature Model, предназначенную для моделирования эволюции групп видов. В Tangled Nature Model судьба каждого вида связана с судьбой других — так же, как и на Земле.

Исследователи смоделировали различные возмущения в этих мирах. Они провели эксперименты с возмущениями разной длительности, разным количеством воздействий и разным количеством рефугиумов (рефугиум — участок земной поверхности или океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период), где жизнь могла сохраняться во время возмущения.

После тысяч симуляций команда ученых обнаружила, что, хотя возмущенная система с большей вероятностью полностью уничтожит все живое, возмущенные системы, в которых жизнь выжила, отличаются большим разнообразием и обилием жизни, сохраняющейся на протяжении десятков тысяч поколений. «Когда у вас происходит коллапс, он дает возможность возникнуть чему-то новому», — говорит Арвен Николсон.

«Системы, которые выжили после этих событий, вернулись более сильными», — говорит Натан Мейн, астрофизик из Университета Эксетера и соавтор нового исследования. «Это возможно, потому что жизнь обычно не уничтожается полностью; очаги жизни все еще может существовать в убежищах. Например, во время Великого окислительного события анаэробная жизнь сохранялась в глубоких водах с низким содержанием кислорода».

По словам ученых, чем сложнее живая система на планете, тем сложнее взаимодействие видов друг с другом, что повышает вероятность того, что следующая итерация экосистемы, заполняющей пустую нишу, будет состоять из более сложных, а не более простых связей.

Исследователи подчеркнули, что модель абстрактна, не включает в себя все детали биологических форм жизни, а вместо этого призвана раскрыть общие принципы, которые могут проявляться в разных мирах.

Гея за пределами Земли

По словам авторов, результаты могут помочь ученым сузить круг поиска внеземной жизни. Поиск жизни за пределами Земли требует больших ресурсов, поэтому полезно знать, какие планеты во Вселенной имеют наибольшие шансы на существование жизни.

Результаты предлагают дополнительный параметр для ученых. Например, планеты вблизи границ обитаемой зоны — окна расстояния от звезды планеты, допускающего существование жидкой воды — могут с большей вероятностью испытывать возмущения климата, которые могли бы подстегнуть более сложную жизнь. Орбитальные смещения и удары астероидов могут действовать аналогичным образом.

При этом ученые отмечают, что необходимо гораздо больше исследований для выявления планет, где эти механизмы с большей вероятностью будут действовать.