Ключ к сложной жизни может скрываться на глубине многих километров под нашими ногами.
Эоны назад, задолго до тираннозавров и любой другой многоклеточной жизни, эволюция на Земле зашла в тупик. Создав одноклеточные организмы и научив их биохимическим трюкам, таким как чудо ферментации, производящее энергию, эволюция на миллиарды лет застыла, производя лишь простые сообщества микробов. Это как если бы вы обошли все автосалоны мира и нашли только Kia Rio, но разных цветов. Ученые называют этот застойный период, длившийся от 1,8 миллиарда до 600 миллионов лет назад, «скучным миллиардом».
Затем, внезапно, всё изменилось. Долгая дремота уступила место кембрийскому взрыву – самому быстрому и творческому периоду эволюции в истории нашей планеты. В мгновение ока (по геологическим меркам, конечно, – за сотни миллионов лет) была разработана вся базовая биология, необходимая для поддержания сложных организмов, и появились ростки всей современной жизни, от улиток до человека. Мегалодоны охотились в океанах, птеродактили парили в небесах, а велоцирапторы терроризировали наших мышеподобных предков-млекопитающих на суше.
Что вызвало это мгновенное, эпическое изменение в эволюции, десятилетиями оставалось одной из величайших неразгаданных загадок эволюционной теории. В попытках разгадать эту головоломку некоторые исследователи недавно обратились не к кембрийскому взрыву, а к скучному миллиарду, и, возможно, наконец-то нашли ответ. Истоки кембрийского взрыва, утверждают эти ученые, могут лежать не в самой жизни, а глубоко в недрах Земли. Если они правы – если эволюция организмов действительно переплетена с эволюцией планеты – их гипотеза будет иметь далеко идущие последствия для наших поисков жизни за пределами Земли.
Земная кора – тонкий верхний слой, на котором существует вся жизнь – разбита на 15 крупных и мелких плит, в некоторых местах толщиной более 160 километров. Под ней, простираясь на тысячи километров к центру планеты, лежит мантия, толстый слой горной породы, настолько горячий, что он скорее жидкий, чем твердый. Мантия медленно остывает с момента образования планеты, но остается в постоянном, медленном кипении: тепло от ядра планеты поднимает жидкую породу из глубин к коре и обратно.
Это круговое движение в верхней части мантии тянет тектонические плиты Земли со скоростью несколько сантиметров в год (с той же скоростью, с которой растут ваши ногти). Это континентальный дрейф, который порождает землетрясения и иногда рождает вулканы. В одних местах плиты расходятся, создавая новую кору. Важнее для истории жизни зоны, где плиты сталкиваются, образуя горные хребты.
Тектоника плит – фундаментальная особенность Земли. Насколько известно астрономам, другие планеты могут иметь расколотую кору, но только у нашей есть постоянно движущиеся плиты.
А что, если континентальный дрейф замедлится? Именно это, по мнению некоторых ученых, могло произойти во время скучного миллиарда. Возможно, по мере остывания Земли поток тепла из ее ядра был нарушен; возможно, химические изменения в самой мантии изменили ее реакцию на это тепло. В любом из этих случаев конвейерная лента, перемещающая плиты по поверхности Земли, могла остановиться на сотни миллионов лет или более.
Скучный миллиард пришелся на царствование суперконтинента Родинии, обширной суши, покрывавшей значительную часть поверхности планеты. Земля и раньше объединялась в суперконтиненты, но данные о минеральных отложениях возрастом в миллиард лет позволяют предположить, что Родиния могла образоваться как раз в то время, когда континентальный дрейф фактически прекратился (или, по крайней мере, значительно замедлился).
Родиния без крупных тектонических сдвигов обеспечила ранним микробам геологическую стабильность, которая длилась сотни миллионов лет. Без возвышающихся горных хребтов, рождающихся в результате апокалиптических столкновений континентальных плит, суперконтинент был именно тем местом, которое могло усыпить эволюцию.
И вот, около 900 миллионов лет назад планетарный двигатель внутри Земли, возможно, перезапустился. Данные исследований минералов, которые отслеживают создание и разрушение материала земной коры, указывают на то, что тектоника плит не только возобновилась, но и вступила в такую активную фазу, какой Земля еще не видела. Новый континентальный конвейер разорвал Родинию на части и столкнул вновь образовавшиеся массивы суши друг с другом. Так появились первые земные горные цепи, пронзающие небо и простирающиеся через континенты.
Такой быстрый и разрушительный распад Родинии создал новые условия по всей планете, которые подтолкнули жизнь к быстрой и кардинальной адаптации. Возможно, именно поэтому первые многоклеточные организмы — некоторые из которых были ветвящимися, похожими на листья существами, состоящими из взаимосвязанных трубок — появляются в палеонтологической летописи в течение 100 миллионов лет после разрушения Родинии. Этот резкий рост эволюционного творчества сопровождался столь же резким увеличением численности жизни.
Геохимические данные, отслеживающие круговорот углерода, показывают, что после окончания царствования Родинии, примерно 700 миллионов лет назад, биологическая продуктивность Земли резко возросла. За 100 миллионов лет биологическая активность увеличилась почти в 100 раз. Дожди, омывая новые горы гималайского типа, выветривали породы, превращая их в элементарные компоненты, которые затем стекали вниз по течению, наполняя моря питательными веществами, подпитывающими всплеск жизни. Каждое новое поколение давало шанс инновационной мутации, которая могла в конечном итоге привести к появлению глаз, крыльев или сложной нервной системы.
Для подтверждения этой теории предстоит еще много работы. Например, прежде чем ученые смогут с уверенностью сказать, остановилась ли тектоника плит или замедлилась перед скучным миллиардом — или просто стала более активной после него — им нужны более совершенные способы реконструкции временных шкал на основе геохимических данных.
Им нужно не только определить, какая плита где и когда находилась, но и связать эти данные с более глубоким пониманием того, что происходило в мантии и остальных недрах планеты. И даже если исследователи смогут доказать, что кембрийский взрыв произошел (геологически говоря) сразу после перезапуска тектоники плит, это совпадение по времени все еще может быть случайным.
Однако из новых исследований ясно, что эволюцию жизни и эволюцию Земли следует рассматривать как единый неразрывный процесс. Связь между скучным миллиардом и тектоникой плит — лишь одна из предварительных точек данных. Например, ученые уверены, что около 2,5 миллиардов лет назад эволюция нового вида фотосинтеза наполнила атмосферу и океаны Земли кислородом.
Это «великое кислородное событие», которое еще называют «великой кислородной катастрофой», коренным образом изменило дальнейшую эволюцию Земли, поскольку атмосферный кислород привел к образованию озонового слоя, защищающего от солнечной радиации, что привело к колонизации жизни на континентах, что привело к появлению существ с большим мозгом, таких как мы, например.
Эти уроки «коэволюции» жизни и планет важны для понимания человеком Земли сейчас, когда мы толкаем эволюцию нашей планеты на новые и опасные направления. И они будут еще более важны, поскольку астрономы продолжают искать жизнь на других планетах. Понимание того, как жизнь изменяет свои планеты, и наоборот, может помочь астрономам сосредоточиться на том, какие планеты исследовать, включая более крупные миры, которые с большей вероятностью сохранят свое тепло и будут иметь более длительные периоды активной тектоники плит.
Мы, люди, наконец-то обладаем технологиями и научным пониманием, чтобы начать всерьез поиски жизни за пределами Земли — шанс встретить существ, которые ближе всего соответствуют нашей странной способности чувствовать и понимать мир. Но чтобы найти чужую сложную жизнь, мы должны принять во внимание уроки нашего скучного миллиарда. Планеты — это не просто сцена, на которой разворачивается драма эволюции жизни. Они тоже являются главными действующими лицами.
Читайте также: Низкая энтропия Солнца: жизнь, Вселенная и кое-что ещё
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.