Одиноки мы в космосе или нет? При нынешнем уровне знании о космосе и биологии ответы будут спекулятивными. Несмотря на это, человек ученый скорее склонится к «нет», потому что наука в основе своей смотрит на все процессы системно и руководствуется вероятностным подходом. Давайте рассмотрим его.
***
Великий репликатор
Итак, 3 или 4 миллиарда лет назад на Земле появился первый репликатор - молекула, сходная с РНК в клетках нашего тела. Основной характеристикой жизни является самокопирование. Молекула-репликатор является одновременно и матрицей, и печатным станком, которая производит из доступных химических элементов свои копии. С появлением репликатора появился потенциал создания не только клеток, но и их скоплений, а оттуда - и многоклеточных организмов, как мы с вами. Вопрос появления репликатора интересен сам по себе, но нас сейчас интересует, насколько обыденным является его возникновение на планетных системах.
Вероятность случайного возникновения репликатора «просто так», из ничего, ненулевая. Согласно подсчетам астрофизиков, во Вселенной есть 100 миллиардов миллиардов планет, пригодных для жизни. Есть факт, что жизнь уже возникла на Земле. То есть, на одной из этих планет репликатор все-таки появился. Ну не может быть, чтобы на таком огромном количестве планет жизнь тоже не появилась, верно? А если все-таки нет? Тогда вероятность возникновения жизни будет 1 к 100 миллиардов миллиардов, и на этом можно было бы успокоиться. Но это очень поверхностный ответ. Кроме того, мы же не можем высадиться на каждую из этих планет и тщательно изучить ее поверхность в поисках репликаторов (а мы уже поняли, что наличие репликатора означает наличие жизни). Что если появление репликатора типично, а вот его выживание и постепенная эволюция в многоклеточные организмы - как раз нет?
Углеродная форма жизни
Вооружимся знаниями из химии и астрофизики. Зададим вопрос - что такого в нашей солнечной системе и нашей планете, что способствовало развитию репликатора в многоклеточные организмы? Необходимое условие органической жизни - углерод. Он позволяет молекулам сцепляться друг с другом и образовывать многообразные формы. Похожие свойства среди известных нам химических элементов имеет только кремний. То есть, чтобы на планете зародилась жизнь, там обязательно должны присутствовать углерод или кремний.
Другие необходимые условия - наличие нуклеотидов и белков. Четыре нуклеотида необходимы для возникновения ДНК, которая лежит в основе существования любой клетки. Они же производят белки - строительный компонент этих самых клеток. Как они возникли, мы точно не знаем. Более того, неизвестно, что возникло первым - белки или нуклеотиды, потому что оба компонента были необходимы для создания самокопируемой жизни.
Кроме того, сначала на Земле не было подходящих условий для существования жизни в принципе. Не было кислорода, но, наверно, была вода. Второе умозрительно, поскольку только в воде могли образовываться сложные химические соединения. Кислород появился с возникновением цианобактерий и фотосинтеза. Энергия солнца трансформировалась в кислород через выделения бактерий, как бы неприятно это ни звучало. Процесс насыщения Земли кислородом происходил долгие миллионы лет, прежде чем жизнь смогла выйти на следующую ступень - многоклеточности.
Палеонтологи выделяют так называемый «кембрийский взрыв», когда в определенном геологическом слое - а именно 600 миллионов лет назад - ученые стали находить предшественников всех тех видов, которые мы знаем сейчас. Вполне возможно, что взрыв и не был взрывом, а просто в Кембрии появились панцирные и позвоночные. Беспозвоночная жизнь была не менее разнообразной, но от нее ничего в камнях не осталось. Но интересно даже не это, а то, что от возникновения репликатора - примерно 3 миллиарда лет - до возникновения примитивных позвоночных прошло времени больше, чем от выходцев Кембрия до нас с вами. Иными словами, создание и культивация многоклеточной жизни во всем ее многообразии были долгим процессом для эволюции.
И вот что интересно - на протяжении этого времени состояние Земли как космического объекта оставалось достаточно стабильным, чтобы развитие жизни поддержать. Конечно, были вымирания - например, великое пермское 250 млн лет назад или вымирание динозавров 65 млн. Но жизнь была всегда в состоянии восстановиться от этих ударов природы. Виды уже успели закрепиться на планете в большом разнообразии, а механизм передачи генов на уровне ДНК-РНК был доведен до совершенства.
Смертельный танец звезд
Что позволило жизни стабилизироваться с точки зрения космических сил? Если раньше, в 1960-х, астрофизики считали Солнце и нашу систему типичными для Вселенной, то сейчас общее мнение изменилось. У Земли есть, скажем так, оберегающие ее помощники. Первым нашим «помощником» является Луна. Наш спутник стабилизирует положение земной оси вращения по отношению к Галактике, отчего Земля не так сильно кувыркается вокруг Солнца, как другие планеты со схожей массой. Второй «помощник» - это Юпитер. Самая большая планета солнечной системы обладает также самой большой массой, за счет чего притягивает к себе всякий мусор, который летит из глубин космоса. Без него Земля подвергалась бы гораздо большей опасности быть разбомбленной меторитами.
Но самое интересное относится к нашему главному благодетелю - Солнцу. А точнее, периоду, когда оно возникло. Как известно, солнечные системы возникают из газовых облаков, когда они набирают достаточную плотность. Но в нашем случае «помог» взрыв соседней Сверхновой. Он ускорил формирование планет. Наша солнечная система, в свою очередь, кружит вокруг ядра галактики Млечного пути, входя и покидая так называемые рукава. Вхождение в спиральные рукава многократно увеличивает риск наткнуться на взрыв Сверхновой, как и произошло, когда Солнце еще даже не возникло. Для сформированной планетной системы такое столкновение наверняка было бы катастрофой. Внутри рукава формируются звезды и зачатки планет, вне его - сами планеты.
Если бы солнечная система, после возникновения, обращалась близко к ядру Галактики, она бы часто пересекала рукава. Взрывы Сверхновых не позволили бы жизни возникнуть и развиваться. Если бы Солнце двигалось в центре рукава, по так называемой коротационной окружности, она бы отсрочила столкновение со Сверхновой, но все равно это бы рано или поздно случилось. Если бы Солнце находилось далеко от ядра и редко пересекало рукава, то оно бы, скорее всего, не сформировало планет.
Мы знаем, что после формирования Земли в течение четырех миллиардов лет ни один взрыв Сверхновой жизнь не беспокоил. Иными словами, Солнце все это время находилось вне рукава и гибельного воздействия Сверхновых. Это произошло потому, что окружность движения нашей системы пересекает рукава под углом. То есть, время прохождения орбиты внутри рукава существенно меньше времени вне его. Если газовое облако пребывало внутри рукава 300 млн лет, то вне его Солнце пребывает уже 4.6 млрд лет. Наша система, как удачливый игрок, вовремя отошла от рулетки, чтобы взрастить и культивировать свой выигрыш. А сколько планетных систем было уничтожено еще на стадии газового облака или не успев как следует сформироваться? Наверняка немало. Если смотреть с этой позиции, жизнь должна быть явлением редчайшего порядка, тогда как тотальное разрушение - нормой.
Все эти необходимые условия - как химические, так и космические - привели к возникновению жизни, какой мы ее сегодня знаем. Документального подтверждения наличия жизни где-то еще у нас нет, поэтому мы можем основываться на нашем собственном прецеденте. Некоторые переменные могут быть разными - мы уже сказали про углерод и кремний как основы жизни. Но исчезновение любой из этих переменных уже бы с большой вероятностью остановило жизнь. Как метко написал Станислав Лем, «мы возникли, пройдя через множество игольных ушков». Удивительно, что ни на одном из этих этапов не произошло глобальной катастрофы и полного уничтожения нашей системы или жизни на планете.
Суммируя сказанное: точную оценку количества обитаемых планет во Вселенной дать трудно. Наверняка соотношение больше 1 к 100 миллиардов миллиардов, как мы шутливо написали в начале. Учитывая вышесказанное, жизнь, особенно разумная, такая, которая наслаждалась бы относительной стабильностью существования на протяжении миллиардов лет и не потрясенная никакой катастрофой - такая жизнь должна являться большой редкостью. И именно поэтому на нашу цивилизацию сегодня накладывается большая ответственность за свое будущее. Искать поводыря нам неоткуда - темный космос молчит и живет по холодным законам рождения и умирания звезд.
***
По тематике статьи: откуда взялся репликатор и как зародилась жизнь? Рассматриваем этот вопрос в другой статье, основываясь на теории кристаллов. Почитать можно здесь.
Если вам понравилась статья, вы можете поставить отметку «нравится». Если есть с чем поспорить, пишите в комментарии - мне интересно альтернативное мнение. Также вы можете подписаться на канал. Я пишу материалы о науке, истории и психологии.