Сколько именно жизни на Земле?

Что в числе?

Согласно недавним расчетам группы биологов и геологов, на Земле существует больше живых клеток — миллион триллионов триллионов, или 10^30 в математической записи, где 1 сопровождается 30 нулями, — чем звезд во Вселенной или песчинки на нашей планете.

В этом есть определенный смысл. Подавляющее большинство этих клеток представляют собой микробы, слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом; многие из них представляют собой цианобактерии, крошечные пузырьки энергии и химических веществ, которые выделяются в растениях и морях, создавая жизнь, какой мы ее знаем, и добывая солнечный свет для производства кислорода, необходимого нам для дыхания.

Тем не менее, меня поражало, что такой расчет вообще может быть выполнен. В последнее время я приставал к астробиологам по поводу того, что это значит. Может ли Земля содержать еще больше жизни? Могло ли быть меньше? Насколько жизни слишком много?

«Важным выводом является то, что это действительно делает Землю эталоном для сравнительной планетологии», — Питер Крокфорд, геобиолог из Карлтонского университета в Оттаве и ведущий автор отчета, который был опубликовано в прошлом месяце в журнале Current Biology», — говорится в электронном письме. Это открытие «позволяет нам более количественно задавать вопросы об альтернативных траекториях жизни на Земле и о том, сколько жизни может быть возможно на нашей планете».

Например, сказал он, что, если бы фотосинтез — чудесное преобразование солнечного света в пищу и кислород — никогда бы не развился?

Этот вопрос подчеркивает давнюю, недооцененную связь между геофизикой и биологией.

Как написал Майкл Кипп из Университета Дьюка, который не участвовал в исследовании в текущих биологических рассылках: «На огромной космической арене, возможно, есть планеты, которые живут быстро и умирают молодыми, в то время как другие медленны и устойчивы. Где в этом спектре находится Земля?» Калеб Шарф, астробиолог из Исследовательского центра Эймса НАСА в Маунтин-Вью, Калифорния, поддержал мнение доктора Крокфорда. «За последние год или два было опубликовано несколько интересных работ, в которых люди сделали шаг назад, чтобы по-настоящему задуматься о том, как жизнь отпечатывается на планете», — написал он в электронном письме.

Он назвал статью доктора Крокфорда «своего рода неогейским взглядом на вещи», имея в виду гипотезу, предложенную в 1970-х годах Джеймсом Лавлоком, о том, что жизнь и окружающая среда работают вместе, чтобы поддерживать обитаемую планету.

Согласно летописи окаменелостей, геология и эволюция были в танце на протяжении 3,8 миллиардов лет, поскольку нашей планете было всего 700 миллионов лет. Именно тогда появились первые одноклеточные существа, возможно, в подводных жерлах вулканов, питающиеся химической энергией вокруг себя.

С тех пор популяция клеток росла в геометрической прогрессии, даже несмотря на геологические катастрофы и вымирания, которые открыли новые пути эволюции.

Семена животной жизни были посеяны где-то в далеком прошлом, когда некоторые бактерии научились использовать солнечный свет для расщепления молекул воды и производства кислорода и сахара. 2,4 миллиарда лет назад, когда фотосинтез уже был хорошо развит, количество кислорода в атмосфере начало резко возрастать. Великое событие окисления «явно было крупнейшим событием в истории биосферы», — сказал Питер Уорд, палеонтолог из Вашингтонского университета.

Без фотосинтеза остальным творениям было бы мало еды. Но это всего лишь одна нить в паутине геологических петель обратной связи, с помощью которых погода, океаны, микробы и вулканы сговариваются, чтобы поддерживать на земном шаре стабильность и тепло, а также позволять жизни расти.

Например, карбонатно-силикатный цикл регулирует количество углекислого газа в атмосфере; газ удерживает тепло и поддерживает умеренный и в основном стабильный климат на планете. Дождь смывает углекислый газ из воздуха в океан; вулканы снова извергают его из подземного мира. В результате, по оценкам доктора Крокфорда и его коллег, за тысячелетия триллион гигатонн углерода превратился из газа в жизнь и обратно. Это примерно в 100 раз больше углерода, чем существует на Земле, а это означает, что, в принципе, каждый атом углерода был переработан 100 раз.

Возникновение цианобактерий положило начало так называемому Кембрийскому взрыву около 550 миллионов лет назад, когда многоклеточные существа – животные – внезапно появились в великолепном изобилии в летописи окаменелостей. Мы отправились в дарвиновские расы.

Доктор Крокфорд и его коллеги поняли, что они могут проследить рост популяции клеток во времени, измеряя минеральные изотопы и количество кислорода в старых камнях. В результате они смогли оценить общий объем жизни, созданной на Земле с момента ее возникновения, — около 10^40 клеток, что примерно в 10 миллиардов раз больше, чем существует в настоящее время.

Хотя это число кажется огромным, оно представляет собой лишь 10 процентов всех клеток, которые появятся к тому времени, когда через миллиард лет на Земле упадет занавес жизни. По словам астрономов, по мере старения Солнца оно будет становиться ярче, усиливая выветривание и вымывание углекислого газа. В то же время, по мере постепенного охлаждения недр Земли, вулканическая активность утихнет, прекращая пополнение парниковых газов.

В результате, по словам доктора Крокфорда, «маловероятно, что биосфера Земли когда-либо вырастет за пределы интегрированной во времени ~10^41 клетки за всю обитаемую жизнь планеты».

Но на данный момент, как написали в своей статье доктор Крокфорд и его коллеги, «продолжение сегодняшних относительно высоких показателей первичной продуктивности, вероятно, приведет к тому, что большее количество жизней будет затрачено на меньшее время». Чем больше клеток, тем больше раз они будут реплицироваться, производя больше мутаций, объяснил доктор Крокфорд. Нас, жителей биосферы Земли, ждут впереди сюрпризы на миллиард лет.

Что касается других планет, сказал он, у нас пока есть только базовая информация об их размерах, обитаемости и нашем воображении. Некоторые из кандидатов, которые, скорее всего, являются убежищем для внеземной жизни, — это покрытые льдом океанские миры, являющиеся спутниками Сатурна и Юпитера, такие как Европа, которую вскоре посетит новый робот-исследователь Europa Clipper.

По словам доктора Крокфорда, если в этих океанах и есть жизнь, то она, скорее всего, будет примитивной, поскольку в этой холодной среде не хватает энергии для стимулирования эволюции.

«Однако, — сказал он, — тогда становится чрезвычайно интересно подумать о том, как изменится биосфера таких ледяных лун, когда солнце станет ярче».