Жизнь на Земле: Запасной миллиард лет? Новое исследование пересмотрело сроки вымирания биосферы

31 дек 2024, 23:37

Представьте себе: Солнце, которое с каждым днем становится ярче, и Земля, медленно, но верно нагревающаяся под его лучами. И вот, ученые, анализируя сложнейшие процессы взаимодействия климата и живых организмов, приходят к сенсационному выводу: жизнь на нашей планете может просуществовать гораздо дольше, чем считалось ранее. Да, именно так, привычный нам срок в один миллиард лет до вымирания растительности может увеличиться почти вдвое, а это дает нам дополнительное время на размышления, исследования и, возможно, даже на встречу с внеземными цивилизациями.

«Фотосинтез в огне»: Новый взгляд на механизмы выживания

Традиционно, ученые предполагали, что с увеличением яркости Солнца, уровень углекислого газа в атмосфере неумолимо снизится из-за усиления поглощения этого газа горными породами в процессе эрозии. В таком сценарии, растения, особенно так называемые C3-растения, нуждающиеся в большом количестве углекислого газа для фотосинтеза, должны были бы исчезнуть первыми. Однако новые данные, которые подтверждают более слабую зависимость выветривания горных пород от температуры, заставляют нас пересмотреть эту картину.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Представьте, что вместо неумолимого снижения CO2, его уровень начнет сначала замедляться, а потом и вовсе временно расти. Это, в свою очередь, может сохранить C4-растения, более устойчивые к низкому уровню CO2, и тем самым задержать общее вымирание растительной жизни. Ведь, знаете ли, пока есть зеленые ростки, есть и надежда!

В статье ученые моделируют сложные взаимодействия между климатом, растительностью и процессом выветривания. Они берут за основу два типа растений — C3 и C4, которые различаются способом усвоения углекислого газа. C3-растения, как уже упоминалось, более чувствительны к недостатку CO2. C4-растения, в свою очередь, эволюционировали в условиях более низких уровней углекислого газа и могут успешно фотосинтезировать даже при его меньшем количестве.

Сравнение температурных данных T. oblongifolia и Dichanthelium lanuginosum с ранее предполагаемым температурным пределом роста растений. Черные кружки показывают наблюдения за скоростью фотосинтеза в зависимости от температуры для T. oblongifolia (K. Prado et al. 2023), которая имеет самую высокую оптимальную температуру роста, наблюдаемую у любого сосудистого растения (O. Björkman et al. 1972). Зеленая кривая представляет собой кубический сплайн, соответствующий данным по T. oblongifolia, и дает оценку верхнего температурного предела экстремофила в 336 K. Пунктирная синяя линия показывает верхний температурный предел 323 К для наземных растений, который использовался в предыдущих исследованиях, что противоречит наблюдаемой способности T. oblongifolia к высокому уровню фотосинтеза при этой температуре. Сплошная синяя линия находится на уровне 338 К — максимальной температуры, при которой трава паникадило D. lanuginosum, как было показано, способна выжить после многократного длительного воздействия при инокуляции симбиотическим корневым грибом, инфицированным вирусом (R. S. Redman et al. 2002; L. M. Márquez et al. 2007). Именно этот температурный предел для наземных растений мы принимаем в данном исследовании.
Автор: R. J. Graham et al 2024 Planet. Sci. J. 5 255 Источник: iopscience.iop.org

Загадка выветривания: Почему температура не главный виновник?

Исследования показывают, что ранее используемые модели сильной зависимости выветривания от температуры были неточными. Выясняется, что реальная связь выветривания с температурой не столь выражена, как считалось. Но это не все. Ученые нашли и другую любопытную закономерность: выветривание может зависеть от количества углекислого газа в почве. А ведь именно растительность, своими корнями и процессами разложения, и создает в почве эту концентрацию углекислого газа!

Таким образом, мы видим, что растительность, вместо того чтобы пассивно ждать своего конца, активно участвует в формировании своего будущего. Она изменяет условия окружающей среды, тем самым замедляя собственное вымирание. Этот удивительный пример обратной связи между жизнью и средой показывает, насколько сложна и непредсказуема наша планета.

Снова жарко: Убийство от перегрева

Но не будем спешить с выводами о вечной жизни. Статья указывает, что даже при всех этих оптимистичных сценариях, выживание растений не бесконечно. В конечном итоге, когда температура на поверхности Земли превысит некий порог — около 338 градусов по Кельвину (65°C) — фотосинтез станет невозможным. Этот предел был выведен не из воздуха, а из наблюдений за наиболее термостойкими растениями на Земле. Это означает, что в конечном итоге, нехватка CO2 не станет последним ударом по жизни, а ее просто пережарят.

Климатические траектории в пространстве CO2 (ppmv)-температура (Кельвины) с современным газовыделением для различных значений Te x β (Кельвины). Синие кривые (как светлые, так и темные) показывают комбинации температуры и CO2, которые приводят к равновесию углеродного цикла при современном газовыделении для различных комбинаций параметров выветривания. Каждая синяя кривая обозначена соответствующим значением Te x β. На темно-синих участках кривых представлены как C3, так и C4 растения, а на светло-синих — только C4. Горизонтальная красная линия обозначает предполагаемый температурный порог для наземных растений — 338 К (R. S. Redman et al. 2002; L. M. Márquez et al. 2007; A. Clarke 2014). Вертикальной черной линией отмечена точка компенсации CO2 для растений C4, вытекающая из нашей модели фотосинтеза, — 2,9 ppmv. Оранжевые контуры показывают сочетания температуры и CO2, которые приводят к радиационному равновесию в верхней части атмосферы при заданной эффективной инсоляции (Seff) и соответствующем времени в будущем, так что время и инсоляция увеличиваются от правого нижнего угла рисунка к левому верхнему. Переход между насыщением и недонасыщением CO2 для растений C4 виден как разрыв в наклоне всех траекторий углеродного цикла при 140 ppmv CO2.
Автор: R. J. Graham et al 2024 Planet. Sci. J. 5 255 Источник: iopscience.iop.org

Немного астробиологии: Как это повлияет на поиски внеземной жизни

А теперь давайте отвлечемся от земных проблем и посмотрим в космос. Работа ученых имеет прямое отношение к вопросам астробиологии, науки о происхождении, эволюции и распространении жизни во Вселенной. В частности, речь идет о количестве так называемых «трудных шагов», необходимых для развития разумной жизни.

Представьте, что для того, чтобы на планете развилась разумная жизнь, нужно пройти, скажем, через пять очень маловероятных эволюционных событий. Если время жизни планеты ограничено одним миллиардом лет, то вероятность того, что все эти шаги сложатся в нужной последовательности, будет невелика. Но если это время увеличится до двух миллиардов лет, то вероятность этого события заметно возрастет.

Согласно этой логике, увеличение продолжительности жизни на Земле (потенциально) означает, что для возникновения разумной жизни нужно было не так уж и много «трудных шагов». Другими словами, разумная жизнь во Вселенной может быть не таким уж и редким явлением, как мы привыкли думать.

Что дальше: Моделирование будущего

И здесь начинается самое интересное. Моделирование будущего — задача крайне сложная, ведь климат и биосфера — это не статичные сущности, а постоянно меняющиеся системы. Ученые признают, что в их работе не учитываются некоторые важные факторы, например, пространственные эффекты, облачный покров и возможность эволюции новых механизмов фотосинтеза. Все это еще предстоит исследовать.

Но уже сейчас статья дает нам пищу для размышлений о том, что наше понимание биосферы и ее взаимодействия с климатом пока что далеко от совершенства. И возможно, мы стоим на пороге переосмысления многих устоявшихся представлений.

Значимость и отношение значимости в зависимости от времени зарождения жизни для двух различных значений будущей продолжительности жизни биосферы и количества «трудных шагов» в эволюции интеллекта, предполагая, что зарождение жизни было первым трудным шагом. (Верхняя панель) Синяя кривая показывает значимость как функцию времени для зарождения жизни как первого трудного шага в n = 5 трудных шагов в процессе, в котором. Оранжевая кривая показывает значимость как функцию времени для зарождения жизни как первого трудного шага в n = 2 трудных шагах, в которых. Красная пунктирная линия обозначает порог значимости 0,05. Заштрихованная зеленая область на верхней и нижней панелях показывает диапазон τOOL, допускаемый свидетельствами начала обитаемости Земли (определяемыми, например, первой проточной водой) и ранними свидетельствами наличия жизни. (Нижняя панель) Отношение значений значимости для двух сценариев, описанных выше, показывающее, что вероятные значения τOOL несколько более удивительны в случае n = 5, хотя и не являются подавляющими.
Автор: R. J. Graham et al 2024 Planet. Sci. J. 5 255 Источник: iopscience.iop.org

Заключение: Запас времени

В итоге, ученые предлагают нам не просто новую оценку времени жизни земной биосферы, а, скорее, приглашение к более глубокому пониманию сложнейших взаимосвязей нашей планеты. И, как ни парадоксально, именно это открытие, касающееся далекого будущего, может пролить свет на наше настоящее и помочь нам сохранить наш общий дом. Как минимум, у нас есть еще один миллиард лет, чтобы успеть понять этот мир.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник