Микробы вместо инопланетян: новый взгляд на поиски жизни у ближайших звезд

Крис Даути, профессор экоинформатики из Университета Северной Аризоны, вместе с коллегами из NAU и Бристольского университета выяснил, что поблизости от Земли вряд ли существует высокоразвитая инопланетная цивилизация. Исследование, опубликованное 22 сентября в International Journal of Astrobiology издательства Cambridge University Press, показывает, что скорость биологической эволюции на экзопланетах зависит не столько от возраста мира, сколько от общего количества углерода, который фотосинтезирующая жизнь успевает зафиксировать за всю историю планеты. Именно этот показатель, названный совокупной чистой первичной продукцией, определяет, останется ли жизнь на уровне микробов или дорастет до многоклеточных существ и разума.

Мы привыкли думать, что чем старше планета, тем выше шансы встретить там разумных существ. Логика кажется железной: если у цивилизации было на пару миллионов лет больше времени, она должна была уйти далеко вперед. Но новое исследование опровергает эту идею. Оказывается, само по себе время ничего не решает. Важнее, сколько света, тепла и влаги получает планета и как долго на ней может накапливаться биологическая продуктивность.

Авторы предлагают простую, но смелую гипотезу: эволюционное состояние биосферы примерно пропорционально тому, сколько углерода жизнь успела переработать через фотосинтез. Чем больше углерода закреплено, тем больше поколений сменилось, тем больше мутаций накопилось и тем дальше могла продвинуться эволюция. Речь идет не про превосходство одних форм над другими, а про число жизней и скорость генетических изменений.

В основе подхода лежит наблюдение за Землей. В теплых и влажных тропиках растения растут буйно, там больше видов животных и сложнее экосистемы. В холодных или засушливых местах жизнь беднее, даже если времени у нее было столько же. Ученые опираются на так называемую гипотезу скорости эволюции, которая связывает разнообразие видов с температурой, количеством осадков и продуктивностью растений. Продуктивность, то есть количество связанного углерода, оказывается лучшим предсказателем богатства жизни, чем просто приток солнечной энергии. Этот принцип авторы переносят на другие миры.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи взяли климатические модели для планеты TRAPPIST-1e, которая находится в 40 световых годах от нас и вращается вокруг красного карлика. Эта планета, скорее всего, всегда повернута к звезде одной стороной, а ее возраст оценивается примерно в 7,6 миллиарда лет. Ученые использовали карты температуры, освещенности и осадков, чтобы рассчитать, сколько углерода там могла бы фиксировать жизнь. Для этого применялась простая модель продуктивности, изначально созданная для Земли, с поправками на слабый красный свет и особенности чужого климата. Отдельно учитывалось, что древние микробы фотосинтезируют менее эффективно, чем современные растения.

Результат для TRAPPIST-1e оказался скромным. Даже с поправкой на солидный возраст планета успела бы зафиксировать лишь около 21 процента того углерода, который Земля накопила за свою историю. Этого хватило бы только на микробную жизнь, но не на многоклеточных существ. Иными словами, несмотря на то что планета старше Земли, ее биосфера, если она вообще есть, отстала от нашей на много миллионов лет. Причина проста: тусклый свет, половина поверхности всегда в темноте и нехватка осадков сильно тормозят фотосинтез.

Затем авторы распространили метод на 29 ближайших экзопланет, которые считаются наиболее вероятными кандидатами на обитаемость. Для каждой из них они пересчитали поток света, температуру и размер, а затем оценили, сколько углерода могла бы связать жизнь за время существования мира. Большинство планет оказались позади Земли и, вероятно, остаются на микробной стадии.

Лишь два мира, GJ 1061c и K2-3d, потенциально обогнали Землю по совокупной продуктивности. Они крупнее, горячее, ярче и старше большинства соседей. Еще три планеты могли бы находиться на уровне мезозоя, то есть эпохи динозавров. Но эти оценки сильно зависят от того, какой свет способна использовать жизнь и насколько плотной окажется атмосфера.

Важную роль играет то, какие волны света доступны для фотосинтеза. Земные растения эффективно используют свет с длиной волны от 400 до 700 нанометров. Но древние микробы могут улавливать и более длинные волны, вплоть до 1100 нанометров, что важно для тусклых красных карликов. Если жизнь на экзопланетах ограничена только видимым диапазоном, почти все они остаются микробными. Если же она приспособилась к инфракрасному свету, картина меняется, и некоторые миры могут подтянуться ближе к земному уровню.

Еще один ключевой фактор — осадки. На Земле рост растений чаще всего ограничен не светом и не теплом, а нехваткой воды. Пустыни получают много солнца, но жизнь там скудна. На экзопланетах, которые могли бы обогнать Землю, ситуация похожа: их экосистемы, скорее всего, напоминают засушливые саванны или пустыни, а не пышные тропические леса. Сами ученые шутят, что условия там ближе к «Дюне» (Арракис), чем к «Аватару». Это значит, что даже разумная жизнь, если она где-то относительно рядом возникла, формировалась в суровых, ограниченных по воде условиях.

Авторы честно признают слабые места своей работы. Главная гипотеза о связи эволюции с количеством связанного углерода недоказуема, пока у нас есть только один пример жизни — земной. Атмосферы экзопланет почти неизвестны, и наблюдения телескопа Джеймс Уэбб пока не подтверждают плотных углекислотных оболочек у планет системы TRAPPIST-1. Если атмосферы окажутся тонкими или их вовсе нет, расчеты придется пересматривать. Тем не менее метод дает полезный ориентир для будущих поисков: он помогает понять, куда стоит направлять телескопы и какие сигнатуры жизни искать в первую очередь.

В итоге исследование предлагает спокойный и даже обнадеживающий ответ на знаменитый вопрос физика Энрико Ферми о том, почему мы не видим инопланетян (Где все?). Дело не в том, что жизнь редка, а в том, что большинство ближайших к нам землеподобных миров, вероятно, отстают от Земли и населены лишь микробами. Если жизнь там и есть, она пока не доросла до космических путешествий. Так что бояться вторжения не стоит: наше галактическое соседство, скорее всего, тихое и молодое, а мы, земляне, оказались одними из первых, кто дошел до сложной и разумной стадии.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях