Может ли планета быть живой?

Может ли планета быть живой? Именно так считала Линн Маргулис, выдающийся биолог конца 20-го века, обладательница блестящего интеллекта и приверженец нестандартного подхода. Вместе с химиком Джеймсом Лавлоком она рассматривала жизнь как изменяющее планету явление, а различие между «живым» и «неживым» считала не таким ярко выраженным, как принято считать.  Многие члены научного сообщества высмеивали их теорию, получившую название Гипотеза Геи, как псевдонаучную, и ставили под сомнение их репутацию. Но сейчас Маргулис и Лавлок могут взять реванш. Последние научные открытия дают основания серьезнее отнестись к их гипотезе. В ее основе лежит представление о связи между планетами и живыми организмами, которое изменило наше понимание обоих этих понятий и формирует наше представление о других мирах.

Изучая совместно биосферу Земли, Маргулис и Лавлок пришли к выводу, что она обладает некоторыми присущими живым существам свойствами. Это, по-видимому, указывает на «гомеостаз», то есть саморегуляцию. Многие из способностей нашей планеты по поддержанию жизни удивительно устойчивы. Диапазон климатических температур, содержание кислорода в атмосфере, а также кислотность, химический состав и степень солености океана — все это является биологически опосредованным и оставшимся в пригодном для жизни диапазоне, несмотря на прошедшие сотни миллионов лет. Маргулис и Лавлок предположили, что вся совокупность живых организмов находится в тесном взаимодействии со окружающей средой путем регуляции этих глобальных характеристик. Они признали тот факт, что Земля — это в некотором смысле живой организм. Лавлок назвал это «феноменом Геи».

Земля и жизнь развивались и продолжают развиваться совместно.

Маргулис и Лавлок показали недостаточную обоснованность картины биологической эволюции Дарвина. Дарвин, определив механизм, с помощью которого живые организмы приспосабливаются к изменениям окружающей среды, дал нам понять, что жизнь на Земле представляет собой непрерывный процесс, рост и размножение, а также передачу генов по наследству от общего корня. С точки зрения Дарвина, Земля была своего рода сценой с меняющимися декорациями, к которым должна была приспосабливаться жизнь. Но кто же менял декорации? Или что? Маргулис и Лавлок предположили, что планета Земля не мертва, а является одушевленной частью более крупной сущности, состоящей из биосферы и «неживых» материй, которые придают форму биоте Земли, отвечают за нее и проходят через нее циклически. Да, жизнь адаптируется к изменениям окружающей среды и формируется путем естественного отбора, но она также и противостоит окружающей среде, меняя ее, да и саму планету. Сейчас это так же очевидно, как и наполненный кислородом воздух, которым мы дышим. Таким образом, эволюция — это не ряд попыток приспособиться к неодушевленным событиям, а система ответных действий и обмена. Жизнь не просто подстраивалась к динамично изменяющемуся облику планеты. Скорее всего, происходило взаимное формирование живых организмов и Земли в процессе их совместной эволюции. Если вы посмотрите на планету с этой точки зрения, то увидите, что все: коралловые рифы, известняковые скалы, устья рек, болота и острова пещерного гуано — является частью этой более крупной живой сущности. Вы поймете, что и поверхность и недра Земли живые.

Гипотезу Геи и раньше и сейчас принимают очень насторожено и не полностью. На то есть ряд причин. Одна из них — это обычная инерция, стандартное консервативное нежелание принять новый образ мышления. Кроме того, теория считалась размытой и неопределенной. Некоторые жаловались на неспособность ее приверженцев предъявить незаурядные, обоснованные, экспериментально проверяемые суждения. Как можно оценить, противопоставить или принять идею, в которой нет четкой ясности или которую разные люди воспринимают по-разному? В этом безусловно есть доля правды. Теория Геи формулировалась различными способами. Не помогло и то, что Маргулис и Лавлок попытались смешать науку с философией и поэзией и совсем не возражали против противоречий; я бы сказал, им это нравилось.

Правда в том, что несмотря на столь широко распространенное название, принцип Геи — не совсем гипотеза. Это перспектива, подход, в рамках которого ведутся научные исследования о жизни на планете —планете живой, а не просто той, на которой есть жизнь, — вот главная мысль, простая, но глубокая. Потому что жизнь — это не второстепенная мелочь, возникшая на уже функционирующей планете Земля, а неотъемлемая часть ее эволюции и характеристик. За последние несколько десятилетий приверженцы теории Геи уже практически добились победы. На самом деле, оппозиция никогда не сдавалась и не признавала своего поражения, но общепринятая наука о Земле потеряла свои позиции и объединила усилия с химией, климатологией, теоретической биологией и некоторыми другими областями знаний и переименовала себя в «науку о системе Земли».

Подход Геи, спровоцированный космическим сравнением Земли с ее предположительно безжизненными соседями, привел к более глубокому пониманию того, как сильно наша планета изменилась под воздействием своих обитателей. Сравнивая историю жизни Земли с ее собратьями, мы видим, что на самых ранних этапах своего развития Земля стала развиваться по иному пути. С этого момента планета и живые организмы начали свое совместное развитие.

Изучив Землю с помощью современных инструментов, увидев ее целиком с расстояния, пробурив скважины на дне океана и отобразив глобальные биохимические циклы элементов, питательных веществ и энергии с помощью «волшебных очков» генерации многоспектральных изображений, мы выяснили, что влияние жизни на планету является более сложным и всеобъемлющим процессом, чем мы могли себе представить.

Кислород, который мы принимаем как должное, является побочным продуктом жизнедеятельности организмов, вмешивающимся в геохимические циклы планеты: сбор солнечной энергии для расщепления молекул воды, хранение атомов водорода и их реакция с СО2 для производства органической пищи. В верхних слоях атмосферы Земли часть этого кислорода под воздействием ультрафиолетового света преобразуется в озоновый слой, который служит щитом планеты от пагубного воздействия ультрафиолета, делая ее поверхность пригодной для жизни. За появлением этого защитного слоя последовал выход жизни из океана и появление лесов на континентах. Это и сделало некогда безжизненные материки пригодными для существования живых организмов.

Чем больше мы смотрим сквозь призму теории Геи, тем больше понимаем, что практически каждая составляющая нашей планеты была биологически искажена до неузнаваемости. Горные породы Земли содержат более 4000 различных минералов (кристаллические молекулы, которые составляют горные породы). Это разнообразие видов минералов больше, чем было до сих пор обнаружено на других планетах. Геохимики, изучающие историю полезных ископаемых Земли, пришли к заключению, что большинство пород не могло бы существовать без присутствия жизни на нашей планете. Таким образом, меняли поверхность Земли именно живые организмы, а минеральные породы являются побочным продуктом их жизнедеятельности. Большой скачок в их разнообразии произошел после того, как живые организмы наполнили атмосферу Земли кислородом, что привело к изобилию окисленных минералов, которые окрасили отложения по всей поверхности Земли в яркие краски. На какой-нибудь далекой планете такое обширное и пестрое разнообразие минералов могло бы означать наличие на ней жизни, что является потенциальной биоподписью, которую мы можем добавить к обозначенному Лавлоком признаку выбитых из равновесия живыми организмами атмосферных газов. Таким образом, минеральные вещества и живые организмы подпитывали друг друга с самого начала. Появилось еще больше доказательств того, что минералы были крайне необходимыми катализаторами и субстратами зарождения жизни на Земле. Но действительно ли это повод рассматривать минеральную поверхность Земли как часть глобальной живой системы?

А что насчет тектоники плит и динамики недр Земли? На первый взгляд это походит на гигантскую механическую систему — тепловой двигатель — который не зависит от биологии, но, к счастью для жизни, поддерживает ее. Кроме того, хотя мы и не до конца осведомлены о глубинных элементах биосферы Земли, вероятность того, что живые организмы существуют на глубине более пары миль, довольно мала из-за чрезвычайно высоких и потому неприемлемых для органических молекул температур. Тем не менее, мы знаем, что жизнь добралась до верхних слоев земной атмосферы и создала озоновый слой, позволивший биосфере покрыть континенты, а теперь наблюдаем за ее влиянием и на глубокие подземные сферы. На протяжении своей долгой жизни суперорганизм Геи оказывал влияние не только на саму поверхность, но и на процессы внутри планеты, извлекая углеводород из мантии и оставляя его на поверхности в осадочных породах, а также секвеструя огромное количество азота из воздуха в аммиак, отложившийся в кристаллах минеральных пород мантии.

Сама жизнь, только начавшись, может сделать или сохранить планету пригодной для жизни. Путем регулирования химического состояния атмосферы, жизнь также изменила породы, вступающие с ней в контакт, насытив кислородом земную кору и мантию. Это изменило материальные свойства пород, то, как они сгибаются и ломаются, сплющиваются, гнутся, и плавятся при воздействии различных сил и условий. Все глинистые минералы, производимые биосферой Земли, размягчили ее кору (кора безжизненной планеты тверже), помогая смазывать двигатель тектонических плит. Влагосодержание Земли объясняет, почему тектоника плит сохранилась именно здесь, а не на более сухой Венере. Одним из наиболее экстремальных заявлений приверженцев теории Геи, в настоящее время ни доказанным, ни опровергнутым, является то, что на протяжение миллиардов лет влияние жизни помогает Земле сохранять живительную влагу, в то время, как безжизненные большую части своего существования Венера и Марс свою потеряли. В таком случае наличие жизни действительно может быть в ответе за тектонику плит Земли. Один из основоположников теории тектоники плит Норм Слип из Стэнфорда полностью убежден, что жизнь глубоко причастна к общей физической динамике Земли, включая ее «неживую» внутреннюю часть. В описании накопительного долгосрочного влияния на геологию, строительство континентов и тектонику плит, он писал, что «конечным результатом является принцип Геи. То есть, жизнь изменила Землю в свою пользу». Чем больше мы планету изучаем, тем больше мы это видим. Жизнь держит Землю мертвой хваткой. Земля — планета биологически смоделированная до мозга костей. Иначе говоря, живая.

Теперь, спустя 40 лет после того, как «Викинг» приземлился на Марсе, мы узнали, что планеты имеют общее происхождение, включая похожие по размерам на Землю и находящиеся на приемлемом для наличия океанов жидкой воды расстоянии от своей звезды. Кроме того, радикальная идея Лавлока обращать внимание на атмосферу и искать кардинальные отклонения от привычной смеси газов в настоящее время является краеугольным камнем нашей стратегии обнаружения жизни на других планетах. Мышление приверженцев теории Геи закралось в наши представления об эволюции и обитаемости экзопланет, заставляя пересмотреть понятие «обитаемой зоны». Мы понимаем, что невозможно делать выводы о пригодности планеты для развития на ней жизни только на основании ее основных физических характеристик, размера и расстояния от своей звезды. Сама жизнь, только начавшись, может сделать или сохранить планету пригодной для жизни. Возможно, в некоторых случаях жизнь может и разрушить обитаемость планеты, как чуть не случилось на Земле во время «Великой оксигенации» (иногда называемой кислородной катастрофой) 2,1 миллиарда лет назад. Как однажды сказал мой коллега Колин Голдблатт, сообразительный молодой разработчик климатических моделей из Университета Виктории, «определяющей характеристикой Земли является жизнь в планетарном масштабе. Земля учит нас тому, что обитаемость и наличие жизни — понятия неразделимые».

В своей книге «Одинокие планеты» (2003) я описал то, что называю «гипотезой живых миров», основанной на принципе Геи применительно к астробиологии. Жизнь, вероятно, является феноменом планетарного масштаба, имеющим космологический жизненный цикл — иначе говоря, продолжительность жизни измеряется миллиардами лет, то есть теми же временными рамками, что определяют жизнь планет, звезд и самой Вселенной.

У организмов и видов космологических жизненных циклов нет, а у феномена Геи есть, и это, пожалуй, является общим свойством живых миров. Находясь под влиянием убеждений Лавлока и Маргулис, я утверждал, что мы вряд ли найдем жизнь на поверхности планеты с неизмененной атмосферой. Согласно этой идее, планета не может быть «чуть жива» (как не может и человек, по крайней мере, долго), поэтому такие старые планеты как Марс при отсутствии очевидной жизни, вероятно, совсем мертвы. Если небольшие выбросы метана, зафиксированные недавно марсоходом «Кьюриосити», окажутся признаками островков марсианской жизни на считающейся мертвой планете, это докажет несостоятельность моей гипотезы «живых миров» и возможность проявления жизни в формах, отличных от представлений приверженцев теории Геи. Но живому миру может потребоваться больше, чем лишь небольшие временные залежи воды и энергии, которые, безусловно, существуют под поверхностью Марса. Ему может потребоваться идущая изнутри непрерывная геологическая активность. Я считаю, что только в геологическом смысле «живая» планета будет «жива» и в биологическом. На Марсе жизнь, возможно, никогда не смогла бы утвердиться в качестве постоянного элемента без наличия тектоники плит, а также таких глубоких и мощных глобальных биогеохимических циклов, как на Земле.

Насколько мы можем судить, примерно в то время, когда жизнь зарождалась на Земле, Венера и Марс обладали схожими характеристиками для запуска процесса возникновения жизни: у обоих была вода, каменистая поверхность, густая атмосфера и активная геологическая деятельность. Сравнительная планетология говорит нам, что условия, необходимые для возникновения жизни, могут быть нормой для каменистых планет. Существует реальная возможность, что на Марсе или Венере жизнь также возникала, но не смогла прижиться и стать неотъемлемой постоянной чертой планет, как произошло на Земле. Можно объединить их как планеты, на которых зародилась жизнь, но которые не смогли создать надежную и самодостаточную биосферу. Говоря о Земле, действительно редким и необычным является то, что благоприятные для жизни условия сохранялись на протяжении миллиардов лет. Возможно, это больше, чем удача.

Если думать о планетах не как об объектах или местах, где могут или не могут присутствовать живые существа, а как о живых или неживых сущностях, можно изменить представление о происхождении жизни. Возможно, жизнь — это то, что происходит не НА планете, а С планетой: это то, чем планета становится.

Подумайте о жизни с точки зрения огня. Если вы когда-нибудь пытались развести костер, то знаете, что зажечь искры и получить пламя легко, а сохранить трудно. Сначала нужно до головокружения дуть на огонь для снабжения его кислородом, или он просто потухнет. Не дать огню погаснуть, пока он хорошенько не разгорится, задача всегда сложная. Затем достигается критическая точка, и огонь начинает бушевать. Благодаря горячим углям, жар поддерживает собственный режим циркуляции, всасывая кислород и раздувая пламя. Теперь, когда огонь стал самостоятельным, вы можете пойти выпить пива и посмотреть на падающие звезды.
Интересно, похожа ли первая жизнь на планете на первые искры и зыбкие огоньки раздуваемого пламени? На самых ранних этапах жизнь может быть чрезвычайно уязвима, и может настать момент, когда, превратившись в планетарное явление и став частью глобальных потоков, поддерживающих и подпитывающих ее, она будет действовать в обратном направлении наподобие самоподдерживающегося огня, который не только обеспечивает себе приток воздуха, но также сам пополняет запасы топлива. Зрелая биосфера, кажется, создает условия для сохранения и процветания жизни.

Жизнь — это то, что происходит не НА планете, а С планетой.

Перспектива «живых миров» подразумевает, что через миллиарды лет жизнь либо исчезнет с планеты совсем, либо, как на Земле, основательно укоренится и станет неотъемлемой частью всех глобальных процессов. Признаки жизни будут присутствовать везде. Однажды попав на планету и став явлением планетарного масштаба (глобальным организмом, если хотите), уничтожить ее может быть очень трудно. Разумеется, Земля претерпела множество изменений, некоторые из которых были довольно травматичны. Жизнь на нашей планете необычайно стойкая и непрерывная, а иногда кажется даже бессмертной. Называйте это квази-бессмертием, потому что вечно планета существовать не будет, равно как может и не сохранить свою обитаемость. Присутствие людей — лишь мгновение. Появляются и исчезают целые виды, и сроков их существования, как правило, едва ли достаточно для привлечения внимания планеты. И все же, в комплексе жизнь сохраняется. Это порождает новый взгляд на нас самих. Научная революция показала нам, как индивидуумам, какие мы невероятно крошечные и эфемерные, и что наше существование не только как личностей, но и как биологического вида является кратким и незначительным во временном контексте космической эволюции. Если, однако, мы будем отождествлять себя с биосферой, то как часть суперорганизма мы присутствовали здесь на протяжение, возможно, трех миллиардов лет из тех тринадцати, что, как считается, существует Вселенная, то есть четверть всего времени. А это уже что-то.

Происхождение жизни на Земле было не только началом эволюции видов и кладезем разнообразия, благодаря которому зацвели водоросли, появились осиновые рощи, барьерные рифы, лежбища моржей и гориллы. С точки зрения планетарной эволюции, это развитие стало основным местом разветвления, которое открыло дверь в принципиально иное будущее. Но когда жизнь распространилась и углубились, планета Земля и ее сестры разошлись разными дорогами.

А совсем недавно, на этой биологически измененной Земле внезапно возникли новые изменения, которые стали переписывать правила планетарной эволюции. На неосвещенной стороне Земли включается свет, указывая на появление чего-то нового, и оно уже здесь. Может, открылась другая дверь? Может ли планета находится в новой точке ветвления?

Вид из космоса проливает свет на множество стремительных изменений, вписанных нашим индустриальным обществом в историю планеты. Орбитальные технологии, обеспечивающие условия для таких наблюдений, сами по себе являются одним из странных и поразительных аспектов перерождения Земли. Если до сих пор ее определяющей характеристикой была повсеместная жизнь, то что насчет зажигающихся по всей планете огней? Может ли эта обширная световая сеть стать частью новой определяющей характеристики?

Дэвид Гринспун является старшим научным сотрудником Института планетологии и членом команд, работающих над несколькими активными и будущими межпланетными перелетами. В 2013 году был назначен заведующим кафедрой астробиологии при Библиотеке Конгресса. Его последняя книга «Земля в руках человека» появилась на полках в декабре. Музыкант, гитарист группы «House Band of the Universe».