На протяжении всей своей 4,5-миллиардной истории Земля пережила множество массовых вымираний, каждое из которых уничтожило более трех четвертей видов планеты и значительно сократило ее биоразнообразие. Эти сокращения общего биоразнообразия Земли могут быть вызваны как неживыми процессами, такими как извержения вулканов или столкновения астероидов, так и живыми процессами, такими как изменение организмами химии атмосферы Земли.
Однако жизнь часто возвращается в норму. Фактически, в долгосрочной перспективе жизнь на Земле имеет тенденцию к все более сложным формам и экологической организации, несмотря на эти довольно регулярные неудачи.
Периоды стресса и вызванные ими массовые вымирания представляют собой экзистенциальную угрозу для жизни в целом на планете. Однако в статье, опубликованной в базе данных препринтов arXiv, исследователи утверждают, что в долгосрочной перспективе радикальные изменения в окружающей среде Земли создают возможности для эволюционного исследования и, как правило, способствуют большему биологическому разнообразию и густонаселенным, стабильным состояниям среди выживших видов по сравнению с более спокойными периодами. В масштабах десятков миллионов или сотен миллионов лет жизнь в целом может фактически стать более устойчивой из-за этих событий, предполагают авторы.
«Эти события могут быть либо катастрофой, либо лучшим событием, которое случалось с нашей планетой, в зависимости от того, какую точку зрения вы придерживаетесь», — рассказала Арвен Николсон, планетолог из Эксетерского университета в Великобритании и соавтор статьи.
В своей статье авторы принимают так называемую «геанскую» перспективу жизни и ее связи с Землей. Теория предполагает, что жизнь взаимодействует и изменяет неживые процессы на Земле, такие как углеродный цикл, чтобы поддерживать — и даже улучшать — условия для жизни на планете в целом. Аналогом этой связи является то, как наши тела поддерживают гомеостаз, чтобы регулировать физиологические переменные, которые необходимы для нашего выживания, такие как температура тела и уровень глюкозы в крови.
Таким образом, жизнь рассматривается как совместная регуляция физических процессов на Земле с целью поддержания на планете условий, благоприятствующих жизни — планетарного гомеостаза, если можно так выразиться.
Однако потенциально значимой проблемой для этой точки зрения является то, что жизнь не всегда создает условия, которые полезны для жизни в целом. Возьмем, к примеру, Великое окислительное событие, которое произошло где-то между 2,4 и 2,1 миллиарда лет назад. Это событие, вызванное эволюцией фотосинтетических цианобактерий, которые закачали беспрецедентные уровни кислорода в раннюю атмосферу Земли , радикально изменило химию поверхности нашей планеты.
«В то время это стало бы большим потрясением для большинства организмов, живущих на планете, поскольку кислород может быть очень токсичен из-за своей реакционной способности, но именно поэтому он полезен для нас», — говорит Николсон.
В ту эпоху огромное количество адаптированных анаэробных видов — тех, которые не могли переносить среду с высоким содержанием кислорода — вымерли. «Глубокие океаны к этому моменту не были окислены, и они, вероятно, дали убежище жизни, которая не привыкла к кислороду», — объясняет Николсон. Если жизнь, согласно перспективе Геи, должна создавать условия, благоприятные для общей обитаемости Земли , зачем массово производить элемент, который токсичен для большинства форм жизни?
В своей статье авторы отметили, что хотя это могло быть проблемой для жизни в краткосрочной перспективе, этот период самоналоженного стресса также мог повысить устойчивость жизни в долгосрочной перспективе. Это потому, что эволюция эукариотической и многоклеточной жизни была возможна благодаря более высоким концентрациям кислорода, что позволило аэробному дыханию стать доминирующим и привело к гораздо большему количеству доступной энергии для жизни.
Жизнь также возрождалась после последующих периодов стресса, например, когда Земля подвергалась массовым оледенениям, в результате которых планета была почти полностью покрыта снегом.
«У нас были периоды, когда Земля замерзала в протерозое (от 2,5 млрд до 541 млн лет назад), экстремальные условия, но жизнь выжила», — говорит Николсон. «И очень скоро после последнего полного оледенения у нас происходит кембрийский взрыв, когда жизнь становится разнообразнее и начинают появляться организмы, похожие на нас».
Все это поднимает вопрос: прокладывают ли эти периоды стресса путь к тому, чтобы жизнь стала более устойчивой и сложной?
«Поскольку жизнь всегда строится на том, что было раньше, если жизнь не вымирает полностью, мы видим, что система стремится к сложности», — сказала Николсон. Даже если общая популяция организмов сокращается во время вымирания, то оставшаяся жизнь все равно имеет эволюционные инновации, метаболизм и структуры, которые были развиты раньше. Если затем открывается несущая способность для жизни — скажем, после таяния снежного кома Земли — то жизнь может строиться на своих предыдущих инновациях, чтобы создать большее разнообразие и популяции организмов.
«Да, были периоды потрясений, но без них нас бы здесь не было», — сказала Николсон.
Деятельность человека, выражающаяся в выбросах парниковых газов в атмосферу и разрушении богатой биологическим разнообразием среды, такой как коралловые рифы и тропические леса, представляет собой современный пример того, как живые системы оказывают давление на всю биосферу Земли.
Тогда может возникнуть соблазн применить этот аргумент к текущему кризису биоразнообразия как способу уменьшить нашу ответственность — в конце концов, жизнь выживет в долгосрочной перспективе. Это может быть так, но это почти наверняка будет плохой новостью для нас и видов, с которыми мы делим планету.
Эти периоды стресса часто подразумевают крах «ключевых» видов в глобальной экосистеме. Достаточно оглянуться на крах динозавров, вызванный астероидом, чтобы увидеть, какое влияние могут оказать крупные пертурбации в окружающей среде Земли на эти ключевые виды. Восстановление биоразнообразия после таких событий также происходит в течение десятков миллионов или сотен миллионов лет — временные масштабы, которые затмевают короткое время существования Homo sapiens.
«Главное для нас — чтобы нам нравилось то, как оно есть сейчас», — сказала Николсон. «Мы — вид, который эволюционировал в очень специфических условиях. Нам нужна биосфера, которая нас поддерживает».
Если периоды стресса в жизни в целом способствуют тенденции к увеличению сложности в долгосрочной перспективе, то это имеет интересные последствия для наших поисков внеземной жизни.
Рассмотрим медленные эволюционные инновации в течение "скучного миллиарда" — периода примерно в миллиард лет, примерно от 1,8 миллиарда до 800 миллионов лет назад, когда ископаемые записи показывают, что температура и химические условия на Земле оставались относительно стабильными. Однако эволюционные инновации — а вместе с ними и способность жизни принимать более сложные решения — пришли в относительное затишье.
По словам Николсона, если эволюционные инновации и сложность замедляются в таких стабильных состояниях, то, возможно, имеет смысл искать планеты или луны, которые могут переживать периоды стресса, чтобы найти сложную жизнь.
«Планеты, переживающие периоды стресса, могут оказаться местами с большей вероятностью для существования сложной жизни, поскольку у биосфер было больше возможностей для изменений и адаптации — если только они не вымрут полностью», — пояснила она.
К счастью для нас, тонкий баланс между периодами стресса и их регулярностью и интенсивностью позволил жизни разнообразиться почти в каждой экологической нише на планете и таким сложным организмам, как наш вид, появиться. Возможно, если мы хотим найти другую сложную жизнь, нам следует искать не благоухающий оазис, где ничего не меняется, а место, где жизни придется адаптироваться, учиться и преодолевать все, что ни преподнесет ей вселенная. То, что не убивает жизнь, как предполагают Николсон и ее соавторы, может сделать ее сильнее.
