В новом выпуске научно-дискуссионной программы Event Horizon ведущий Джон Майкл Годье обсудил с геобиологом доктором Дэниелом Миллсом фундаментальные условия, необходимые для возникновения технологических цивилизаций. В центре внимания исследователей оказалась гипотеза о том, что долгий путь Земли к созданию разумной жизни обусловлен не случайностью, а строгими геохимическими ограничениями, в первую очередь — уровнем кислорода в атмосфере. Участники беседы детально разобрали возможность существования дочеловеческих цивилизаций на нашей планете, потенциал океанических миров и биоэнергетические рамки, которые накладывает периодическая таблица элементов на гипотетическую инопланетную жизнь.
🌬️ Кислородный барьер и возникновение огня 2:58
В астробиологии широко распространено мнение, что «Великое молчание» Вселенной (парадокс Ферми) можно объяснить редкостью разумной жизни. Существует аргумент, что для появления технологической цивилизации требуется пройти слишком много маловероятных этапов, одним из которых является уникальность самой Земли — например, ее столкновение с Тейей и появление Луны.
Однако Джон Майкл Годье выдвигает альтернативный тезис: условия на нашей планете попросту не были готовы для поддержания технологической цивилизации вплоть до недавнего времени, и человечество появилось на исходе стабильного жизненного цикла Солнца.
Доктор Дэниел Миллс подтверждает этот взгляд с точки зрения геобиологии. Он напоминает, что условия, делающие Землю гостеприимной для крупных животных и людей, включая достаточный для метаболизма уровень атмосферного кислорода, сформировались относительно недавно. Более того, высокий уровень кислорода критически важен не только для дыхания, но и для поддержания горения.
Огонь — это позднее приобретение планеты. Для его существования необходим не только окислитель, но и то, что может гореть, то есть развитая сухопутная растительность. Без огня невозможны металлургия, приготовление пищи или расчистка земель под сельское хозяйство — базовые элементы человеческой цивилизации.
По словам ученого, более 90% времени существования Земли ее атмосфера была непригодна для существ нашего типа и развития технологий. Жизнь физически не могла совершить этот переход раньше, так как внешняя среда жестко блокировала любые технологические амбиции эволюции.
🌊 Океанический тупик: почему дельфины не плавят металл 5:38
Обсуждая барьеры на пути к технологиям, собеседники затронули проблему водной среды. Годье указывает на парадокс осьминогов: эти существа обладают высоким интеллектом, но океан изолирует их от возможности ковать металл или создавать стрелы. Это приводит к вопросу, являются ли водные миры тупиком для цивилизаций.
Дэниел Миллс соглашается, что человеческая траектория была жестко завязана на выход предков на сушу. Если на какой-то планете жизнь ограничена исключительно океаном, развиться по нашему сценарию она не сможет.
Тем не менее, на заседаниях института SETI исследователи пытаются искать нестандартные выходы из этого тупика. Миллс упоминает креативные гипотезы коллег: например, возможность использования подводными жителями естественных линз для фокусировки солнечного света под водой с целью высокотемпературной обработки металлов.
Годье развивает эту мысль, замечая, что природа умеет создавать линзы — ярким примером служат сложные минеральные глаза древних трилобитов. Если гипотетические разумные существа живут на планете около яркой звезды F-класса, они могли бы использовать панцири умерших организмов для фокусировки света.
Другим очевидным источником тепла в океане выступает вулканизм. Через гидротермальные источники и подводные вулканы теоретически можно получить доступ к температурам, достаточным для плавки. Однако на Земле ни осьминоги, ни другие развитые морские организмы к этому так и не пришли.
🐊 Силурийская гипотеза: жили ли на Земле рептилоиды? 9:06
Если высокие уровни кислорода держатся на Земле последние 400 миллионов лет, возникает вопрос: не могла ли планета породить другие технологические виды задолго до человека? Миллс отмечает, что этот период кажется огромным, но составляет лишь малую долю земной истории.
Соавтор Миллса, астрофизик Адам Фрэнк, ранее опубликовал работу, посвященную так называемой «силурийской гипотезе». Название отсылает к расе разумных рептилий силурианцев из британского сериала «Доктор Кто».
Суть гипотезы Фрэнка заключается в следующем: если на Земле за несколько сотен миллионов лет до нас существовала технологическая цивилизация, то к сегодняшнему дню любые прямые следы ее городов и заводов были бы полностью стерты эрозией и движением тектонических плит. Оставшиеся геологические аномалии ученые, скорее всего, приняли бы за естественные, нетехнологические процессы.
Если же силурийская гипотеза неверна и условия были подходящими, но никто, кроме нас, не появился, значит, человечество действительно первопроходец. При этом у земной биосферы впереди есть еще от 600 миллионов до более чем миллиарда лет идеальной обитаемости. За это время, если человечество исчезнет, планета получит новые шансы вырастить разум.
Миллс критикует «гипотезу планеты обезьян», согласно которой наше место в случае катастрофы обязательно займут другие приматы. За 100–200 миллионов лет эволюция способна изменить лик планеты до неузнаваемости. Приматы существуют всего около 60 миллионов лет, и на долгой дистанции их место могут занять совершенно иные классы животных, даже не млекопитающие.
Годье добавляет, что тектоника плит, затягивающая все следы цивилизаций в мантию через субдукцию, может быть ключевым условием для Парадокса Ферми. Примечательно, что Земля — единственная каменистая планета в Солнечной системе с активной тектоникой плит.
🌍 Переосмысление гипотезы Уникальной Земли 14:19
Дэниел Миллс признается, что его путь в науку начался с книги Питера Уорда и Дона Браунли «Уникальная Земля» (Rare Earth). Прочитав ее на первом курсе бакалавриата, где он изначально изучал антропологию, Миллс был настолько впечатлен аргументами авторов, что стал убежденным сторонником их концепции.
Суть гипотезы Уникальной Земли сводится к тому, что зарождение микробной жизни во Вселенной — обычное дело, но развитие сложных многоклеточных форм требует невероятного совпадения факторов. К ним относятся:
- Наличие гигантских газовых планет (как Юпитер) для защиты от метеоритных бомбардировок;
- Стабильная тектоника плит;
- Определенная масса и состав планеты;
- Наличие крупного спутника (Луны).
Однако в последнее время Миллс пересмотрел свои взгляды. Он утверждает, что у науки пока просто нет достаточных данных, чтобы объявить Землю уникальной.
Большинство геологов, палеонтологов и геохимиков изучают внутренние биогеохимические циклы Земли, не задумываясь о роли Юпитера или Луны. Самый важный переход в истории нашей биосферы произошел в неопротерозойскую эру (между 1 миллиардом и примерно 500 миллионами лет назад).
Это был переломный и крайне турбулентный период: планета пережила как минимум два глобальных оледенения («Земля-снежок»), распад суперконтинента и резкие колебания углеродного цикла. Именно тогда начали бурно развиваться эукариоты — клетки с ядрами и митохондриями, включая первых макроскопических многоклеточных животных.
Миллс подчеркивает: на данный момент нет никаких жестких доказательств того, что этот взрыв биоразнообразия был уникальным везением Земли. Любая обитаемая планета при схожих физико-химических параметрах и достаточном запасе времени способна пройти аналогичный путь.
⏳ «Ленивая Земля» против эволюционного ускорения 19:25
В противовес идее Брэндона Картера о том, что Земля развивалась аномально быстро и едва успела породить разум до того, как Солнце выжжет биосферу, существует противоположная концепция. Собеседники в шутку называют ее «гипотезой ленивой Земли».
Миллс обнаружил истоки этой идеи в работе гарвардского геобиолога Энди Нолла 1985 года. Нолл, дискутируя с Картером, высказал предположение, что Земля на самом деле могла оказаться крайне медлительной планетой. Переход от прокариот к эукариотам занял колоссальное количество времени.
По мнению Миллса, вполне жизнеспособна модель, в которой другие каменистые планеты с чуть иными стартовыми условиями способны совершать скачки в обитаемости и развивать разумные виды на гораздо более коротких временных отрезках, чем те 4,5 миллиарда лет, что потребовались Земле. Экстраполировать правила эволюции на всю Вселенную, имея выборку всего из одной планеты (N=1), научно некорректно.
🧊 Жизнь под льдом и «подсолнухи» Фримена Дайсона 22:04
Еще одним решением парадокса Ферми может выступать то, что большая часть жизни во Вселенной заперта под ледяными щитами океанических лун, таких как Европа или Энцелад. Живя в подледных океанах, организмы могут создавать сложные социальные структуры, но они физически не видят звездного неба и не могут развивать космические технологии в нашем понимании.
Годье напоминает о фантастической концепции физика Фримена Дайсона, который описывал гипотетические организмы — «дайсоновские подсолнухи» (Dyson's sunflowers). Согласно этой идее, подледная жизнь могла бы со временем прорасти сквозь трещины в ледяной коре, научиться концентрировать солнечный свет, а затем и вовсе оторваться от родного спутника, чтобы колонизировать астероиды.
Миллс относится к этому скептически, указывая на отсутствие у таких организмов защиты от вакуума и радиации, но признает ценность полета мысли. С другой стороны, если бы под льдом возникла полноценная технологическая цивилизация, она неизбежно столкнулась бы с вопросом: «Что находится по ту сторону льда?» — и начала бы бурить его вверх, отправляя исследовательские зонды в космос, подобно тому, как человечество отправляет аппараты на Луну и Марс.
🧪 Биоэнергетические оковы периодической таблицы 24:39
Когда речь заходит об альтернативной биохимии (например, кремниевой жизни или использовании аммиака вместо воды), Миллс призывает помнить, что законы химии и физики универсальны для всей Вселенной. Замена углерода и воды маловероятна, так как их уникальные свойства идеально подходят для построения живых систем.
То же касается и кислорода. В вопросах метаболизма этот элемент является непревзойденным лидером по биоэнергетической эффективности. Миллс объясняет механизм:
- Любой живой организм нуждается в источнике электронов (доноре) и месте, куда эти электроны сбрасываются (акцепторе).
- Кислород служит идеальным электронным акцептором.
- При реакциях с его участием выделяется максимальное количество энергии, которая затем запасается клеткой в форме АТФ для выполнения сложной биологической работы.
Теоретически, фтор мог бы давать еще больше энергии, но он слишком агрессивен, разрушает органические соединения и чрезвычайно редок в космосе по сравнению с кислородом, который тоннами куется в недрах звезд. Поэтому высокоорганизованная инопланетная жизнь с высокой долей вероятности тоже будет дышать кислородом.
При этом у кислорода есть опасная обратная сторона — пожары. Годье задается вопросом: может ли планета застрять в эволюционном тупике, если растения будут производить слишком много кислорода, и цивилизация просто не успеет развиться из-за того, что все вокруг постоянно сгорает?
Миллс отвечает, что на Земле этот процесс регулируется стабилизирующей обратной связью. В каменноугольный период (карбон) уровень кислорода был значительно выше современного. Это провоцировало колоссальные по разрушительности лесные пожары от ударов молний.
Однако пожары уничтожали растительность, тем самым перекрывая каналы фотосинтеза, и уровень кислорода падал, возвращая систему в равновесие. Кроме того, на планетах с перманентно высоким содержанием кислорода эволюция могла бы пойти по пути создания огнеупорной флоры.
Другая проблема — стабилизация кислорода на низких значениях. После Великого кислородного события (около 2,5 миллиардов лет назад) уровень $O_2$ на Земле надолго замер на отметке от 1% до 10% от современного уровня. Точные причины этой задержки — одна из главных загадок современной геобиологии. Не исключено, что многие экзопланеты навсегда застревают на этой «низкокислородной» стадии, не доходя до технологического порога.
🪐 Миры «лучше Земли» и альтернативный метаболизм 33:42
Астробиологи допускают существование так называемых сверхобитаемых планет, которые приспособлены для жизни даже лучше, чем Земля. Годье приводит пример: наше Солнце (желтый карлик класса G) имеет относительно короткий срок жизни по сравнению с оранжевыми карликами (класс K). Последние стабильно светят десятки миллиардов лет, давая эволюции колоссальный временной запас.
Миллс добавляет, что сверхобитаемая планета могла бы отличаться повышенной первичной продуктивностью экосистем. Если автотрофные организмы (фиксирующие углекислый газ) и хемолитоавтотрофы (использующие химическую энергию камней) будут работать эффективнее, через трофические цепи пойдет гораздо больше энергии. Это позволит создать запредельный уровень сложности экосистем, который Земля даже не реализовала.
На Земле уже существуют примеры удивительной метаболической гибкости:
- Миксотрофы — эукариотические микроорганизмы, совмещающие фотосинтез и хищничество. В лучах света они работают как растения, но в темноте способны «переварить» собственные хлоропласты и начать поедать другие клетки.
- Метанотрофы — бактерии, «поедающие» метан. Они дышат кислородом, но берут электроны из природного газа.
- «Поедатели железа» — микроорганизмы, использующие процессы окисления железа для поддержания своей жизнедеятельности.
Однако Миллс подчеркивает: все эти экзотические виды метаболизма блекнут на фоне энергетического потенциала кислородного дыхания. Бактерии и археи забрали себе всю метаболическую и химическую изобретательность Земли, в то время как эукариоты (включая людей) с энергетической точки зрения довольно скучны — мы умеем только дышать кислородом, фотосинтезировать или бродить.
Существенным сдерживающим фактором во Вселенной может стать дефицит питательных веществ. Одной из главных проблем астробиологии является фосфорный вопрос. Астрономы фиксируют, что распределение фосфора в Млечном Пути крайне неравномерно, существуют целые «фосфорные пустыни».
На ранней Земле именно дефицит растворенного в океане фосфора жестко ограничивал первичную продуктивность биосферы. Экосистемы не могли развиваться, пока уровень фосфора не вырос, сняв этот геохимический тормоз. Если планете в далеком космосе не повезло с химическим составом родительского газопылевого облака, она обречена оставаться бесплодной или чисто микробной.
🔭 Как SETI преодолевает диктат астрономии 43:56
Исторически сложилось так, что проект SETI (поиск внеземного разума) всегда был вотчиной астрономов. Геобиологи и палеонтологи представлены там крайне слабо. Годье поинтересовался, как можно преодолеть этот междисциплинарный разрыв.
Миллс отмечает, что ситуация стремительно меняется в лучшую сторону. Астрономы, участвующие в конференциях SETI, демонстрируют удивительную открытость к диалогу. Они сами постоянно задаются вопросами: «Как мыслит инопланетянин?» или «Как функционирует чужеродная бактерия?» — понимая, что это вне их узкой специализации.
Сейчас геобиологи активно привлекаются к моделированию биосигнатур экзопланет. Искать планету, идентичную современной Земле — это лишь часть задачи. Но Земля миллиард или два миллиарда лет назад выглядела совершенно иначе, и её спектральный анализ показал бы совершенно другой состав атмосферы. Ученые, исследующие историю Земли, помогают астрономам понять, как распознать обитаемые миры на разных стадиях эволюции.
Миллс отдельно выделил заслуги профессора астрономии Джейсона Райта (руководителя Центра PSETI в Пенсильвании), который целенаправленно собирает на одной площадке не только физиков, но и биологов, социологов и даже профессиональных художников, чтобы расширить горизонты поиска.
🧬 От Рио-Тинто до поиска Дайсоновских сфер 47:28
В конце беседы Дэниел Миллс поделился личной историей. После увлечения книгой «Уникальная Земля» он изучал астробиологию в Пенсильванском университете, участвовал в экспедиции на знаменитую сверхкислотную реку Рио-Тинто в Испании, которая признана земным аналогом марсианских условий. Однако во время докторантуры ему пришлось переключиться на сугубо «земную» палеонтологию, так как его руководители не разделяли интереса к космосу.
Возвращение к истокам произошло в 2020–2021 годах. Профессор Дженнифер Макалади пригласила Миллса поучаствовать в Zoom-сессиях Пенсильванского центра SETI, где детально обсуждалась модель «жестких шагов» эволюции Картера. Из этих споров во время пандемии в итоге и родилась их совместная научная работа.
Собеседники сошлись во мнении, что все теоретические споры об уникальности Земли могут мгновенно превратиться в сугубо академическую историю. Это произойдет в тот день, когда человечество обнаружит первый однозначный, недвусмысленный сигнал из космоса или найдет следы независимого биогенеза на ледяных лунах.
Миллс оптимистичен: он рассчитывает увидеть открытие подтвержденных атмосферных биосигнатур на экзопланетах еще при своей жизни. Главная проблема SETI сегодня — это именно двусмысленность данных. Знаменитый сигнал «Wow!» 1977 года до сих пор вызывает споры, а высокая концентрация кислорода на далекой планете всегда может быть оспорена скептиками, готовыми предложить чисто химическое, небиологическое объяснение. Полную уверенность даст только обнаружение чего-то монументального — например, очевидной технологической структуры уровня сферы Дайсона.
Сейчас доктор Миллс возвращается к более приземленным, но не менее важным исследованиям. Его текущий проект посвящен восстановлению экосистем эукариот сразу после окончания глобального оледенения Земли («Земли-снежка») в неопротерозое. Изучение того, как жизнь прошла через это игольное ушко, поможет точнее понять, какие испытания ждут биосферы на далеких планетах.
