Мащабните прекъсвания на живота могат в крайна сметка да увеличат екологичната сложност в геоложки времеви мащаби, въпреки че рискът от изчезване винаги е на лице.
Макар и жалко за повечето животи, големите смущения в живите светове могат да усложнят живота му в дългосрочен план. (Изображение: nox_box чрез Pixabay)
Малко концепции в науката за Земята са толкова противоречиви и примамливи, колкото хипотезата за Гея - идеята, въведена за първи път от химика Джеймс Лавлок и микробиолога Лин Маргулис през 70-те години на миналия век, че самата Земя се държи като самовъзстановяващ се организъм, като живите организми взаимодействат с неживата Земя за поддържане и дори подобряване на условията за живот.
Някои експерти отбелязват, че мащабни планетарни сътресения като изменението на климата и прекомерната употреба на ресурси могат да унищожат прогреса на всеки свят, което може да предполага, че животът влошава условията за себе си или дори е присъщо саморазрушителен, за разлика от Гея хипотеза.
Но ново проучване, публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, използва експерименти с компютърно моделиране, за да направи различен аргумент: че широкомащабните смущения всъщност са механизъм, чрез който Gaian системите се усложняват (броят на връзките, съществуващи в мрежа на видове). Констатациите в крайна сметка биха могли да помогнат на планетарните учени да стеснят търсенето на живот извън Земята, според авторите.
„Наистина се радвам, че хората се опитват експериментално да проверят някои от най-дълбоките въпроси за самия живот“, каза Питър Уорд, палеонтолог от Вашингтонския университет, който не участва в изследването.
Моделиране на Гая
Земята исторически се е държала като система на Gaian, каза Аруен Никълсън, астрофизик от университета в Ексетър и съавтор на новото изследване. „Виждате тази тенденция на увеличаване на разнообразието и биомасата с течение на времето и животът става по-сложен.“ Част от тази сложност изглежда е възникнала от широкомащабни смущения на Земята, каза тя: Например Голямото окислително събитие, период преди около 2,5 милиарда години, когато нивата на кислород в земната атмосфера се повишили рязко, убили повечето анаеробни форми на живот, но създали възможността животните да се развиват.
За да провери дали това може да е вярно в други светове, изследователският екип използва компютърен модел, наречен Tangled Nature Model, предназначен да симулира как се развиват групи от видове. В Модела на заплетената природа съдбата на всеки вид е свързана с тази на другите - точно както на Земята.
Изследователите симулирали смущения в тези моделирани светове чрез временно намаляване на носещия капацитет на света. Те проведоха експерименти със смущения с различна дължина, различен брой смущения и различен брой рефугиуми, където животът може да продължи по време на смущение. След хиляди симулации екипът откри, че въпреки че една смутена система е по-вероятно напълно да унищожи целия живот, смутените системи, в които животът оцелява, имат по-голямо разнообразие и изобилие от живот, който се запазва в продължение на десетки хиляди поколения. „Когато имате колапс, това дава потенциал за възникване на нещо ново“, каза Никълсън.
„[Системите], които оцеляха през тези събития, се върнаха по-силни“, каза Нейтън Мейн, астрофизик също от Университета на Ексетър и съавтор на новото изследване. Това е възможно, защото животът обикновено не е напълно унищожен, каза Никълсън; джобове на живот все още съществуват в убежищата. Например, по време на Голямото окислително събитие, анаеробният живот продължава в дълбоки води с ниско съдържание на кислород.
Колкото по-сложна е една жива система на една планета, толкова по-сложни са взаимодействията на видовете един с друг, което прави по-вероятно следващата итерация на екосистема, която запълва празна ниша, да бъде направена от по-сложни, а не по-прости, връзки, каза Никълсън.
Мейн подчерта, че моделът е абстрактен, не включва всички подробности за биологичните форми на живот и вместо това има за цел да разкрие общите принципи, които могат да действат в различни светове. „Биологията неизбежно е по-сложна и по-фина от моделите“, пише в имейл Чарлз Линуивър, астробиолог от Австралийския национален университет, който не е участвал в новото изследване. „Биологията винаги е пълна с изненади и нежелани последствия.“
Саморазрушителни тенденции
Уорд беше един от първите учени, които твърдяха, че животът на Земята може да бъде присъщо саморазрушителен, наричайки идеята хипотезата на Медея. Уорд каза, че не е убеден от новото изследване, защото в историята на Земята "животът е основна причина" за масовата смърт. Например, самият живот може да доведе до обратна връзка срещу геите, като Голямото окислително събитие, което е причинено от еволюцията на нова форма на едноклетъчни организми, които могат да фотосинтезират, каза той. „Най-накрая получавате живот на планетата и тогава какво се случва? Той се развива, за да произвежда кислород и убива почти всичко.“
„Тези огромни сътресения карат живота да се връща обратно – те причиняват влошаване на условията“, каза той. Той добави, че екосистемите на Земята са склонни да показват, че „разнообразието възниква, когато имате дълги периоди на стабилност“. Например, кораловите рифове са склонни да бъдат по-разнообразни, ако са имали дълъг период на стабилност, през който да еволюират.
Никълсън обаче има различно мнение: „Отключването на кислорода позволило на живота да стане по-сложен… затова сме тук“, каза тя. „Ако бяхте микроб [по време на Голямото събитие на окисляване]… това щеше да е наистина лошо. Но за да може един биом да се усложни, това ще трябва да включва някакъв вид сътресение в живота.“
Идеята, че животът в крайна сметка се самоунищожава, като стимулира собствените си събития на изчезване, противоречи на констатациите от моделиращите експерименти на авторите, които показват стабилност, произтичаща от живи системи във времето, дори при мащабни смущения, каза Мейн. „Нашата идеализирана работа противоречи на хипотезата за Медея“, добави той. "Нашето моделиране предполага, че статистически биосферите изграждат сложност и не са саморазрушителни."
Гая отвъд земята
Резултатите могат да помогнат на учените да стеснят търсенето на извънземен живот, според авторите. Търсенето на живот извън Земята отнема много ресурси, така че е полезно да знаете кои планети във Вселената имат най-голям шанс за живот.
Резултатите предлагат допълнителен параметър за търсещите учени, каза Мейн. Например, планети близо до краищата на обитаемата зона - прозорец на разстояние от звездата на планетата, който позволява съществуването на течна вода - може да е по-вероятно да са претърпели смущения в климата си, които биха могли да стимулират по-сложен живот, той каза. Орбиталните промени и ударите на астероиди могат по подобен начин да смутят планета.
Идеята, че новата статия предоставя „разумна стъпка към това да се даде възможност на астрономите да сортират подобни на Земята планети за техния потенциал да приемат живот“, е „разтеглива“, тъй като нито един от параметрите, използвани в статията, не може да се наблюдава в екзопланети, пише Lineweaver в имейл. Мейн се съгласи, че са необходими много повече изследвания, за да се идентифицират планетите, където е по-вероятно тези механизми да се разиграят.
Източник за статията
Малко концепции в науката за Земята са толкова противоречиви и примамливи, колкото хипотезата за Гея - идеята, въведена за първи път от химика Джеймс Лавлок и микробиолога Лин Маргулис през 70-те години на миналия век, че самата Земя се държи като самовъзстановяващ се организъм, като живите организми взаимодействат с неживата Земя за поддържане и дори подобряване на условията за живот.
Някои експерти отбелязват, че мащабни планетарни сътресения като изменението на климата и прекомерната употреба на ресурси могат да унищожат прогреса на всеки свят, което може да предполага, че животът влошава условията за себе си или дори е присъщо саморазрушителен, за разлика от Гея хипотеза.
Но ново проучване, публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, използва експерименти с компютърно моделиране, за да направи различен аргумент: че широкомащабните смущения всъщност са механизъм, чрез който Gaian системите се усложняват (броят на връзките, съществуващи в мрежа на видове). Констатациите в крайна сметка биха могли да помогнат на планетарните учени да стеснят търсенето на живот извън Земята, според авторите.
„Наистина се радвам, че хората се опитват експериментално да проверят някои от най-дълбоките въпроси за самия живот“, каза Питър Уорд, палеонтолог от Вашингтонския университет, който не участва в изследването.
Моделиране на Гая
Земята исторически се е държала като система на Gaian, каза Аруен Никълсън, астрофизик от университета в Ексетър и съавтор на новото изследване. „Виждате тази тенденция на увеличаване на разнообразието и биомасата с течение на времето и животът става по-сложен.“ Част от тази сложност изглежда е възникнала от широкомащабни смущения на Земята, каза тя: Например Голямото окислително събитие, период преди около 2,5 милиарда години, когато нивата на кислород в земната атмосфера се повишили рязко, убили повечето анаеробни форми на живот, но създали възможността животните да се развиват.
За да провери дали това може да е вярно в други светове, изследователският екип използва компютърен модел, наречен Tangled Nature Model, предназначен да симулира как се развиват групи от видове. В Модела на заплетената природа съдбата на всеки вид е свързана с тази на другите - точно както на Земята.
Изследователите симулирали смущения в тези моделирани светове чрез временно намаляване на носещия капацитет на света. Те проведоха експерименти със смущения с различна дължина, различен брой смущения и различен брой рефугиуми, където животът може да продължи по време на смущение. След хиляди симулации екипът откри, че въпреки че една смутена система е по-вероятно напълно да унищожи целия живот, смутените системи, в които животът оцелява, имат по-голямо разнообразие и изобилие от живот, който се запазва в продължение на десетки хиляди поколения. „Когато имате колапс, това дава потенциал за възникване на нещо ново“, каза Никълсън.
„[Системите], които оцеляха през тези събития, се върнаха по-силни“, каза Нейтън Мейн, астрофизик също от Университета на Ексетър и съавтор на новото изследване. Това е възможно, защото животът обикновено не е напълно унищожен, каза Никълсън; джобове на живот все още съществуват в убежищата. Например, по време на Голямото окислително събитие, анаеробният живот продължава в дълбоки води с ниско съдържание на кислород.
Колкото по-сложна е една жива система на една планета, толкова по-сложни са взаимодействията на видовете един с друг, което прави по-вероятно следващата итерация на екосистема, която запълва празна ниша, да бъде направена от по-сложни, а не по-прости, връзки, каза Никълсън.
Мейн подчерта, че моделът е абстрактен, не включва всички подробности за биологичните форми на живот и вместо това има за цел да разкрие общите принципи, които могат да действат в различни светове. „Биологията неизбежно е по-сложна и по-фина от моделите“, пише в имейл Чарлз Линуивър, астробиолог от Австралийския национален университет, който не е участвал в новото изследване. „Биологията винаги е пълна с изненади и нежелани последствия.“
Саморазрушителни тенденции
Уорд беше един от първите учени, които твърдяха, че животът на Земята може да бъде присъщо саморазрушителен, наричайки идеята хипотезата на Медея. Уорд каза, че не е убеден от новото изследване, защото в историята на Земята "животът е основна причина" за масовата смърт. Например, самият живот може да доведе до обратна връзка срещу геите, като Голямото окислително събитие, което е причинено от еволюцията на нова форма на едноклетъчни организми, които могат да фотосинтезират, каза той. „Най-накрая получавате живот на планетата и тогава какво се случва? Той се развива, за да произвежда кислород и убива почти всичко.“
„Тези огромни сътресения карат живота да се връща обратно – те причиняват влошаване на условията“, каза той. Той добави, че екосистемите на Земята са склонни да показват, че „разнообразието възниква, когато имате дълги периоди на стабилност“. Например, кораловите рифове са склонни да бъдат по-разнообразни, ако са имали дълъг период на стабилност, през който да еволюират.
Никълсън обаче има различно мнение: „Отключването на кислорода позволило на живота да стане по-сложен… затова сме тук“, каза тя. „Ако бяхте микроб [по време на Голямото събитие на окисляване]… това щеше да е наистина лошо. Но за да може един биом да се усложни, това ще трябва да включва някакъв вид сътресение в живота.“
Идеята, че животът в крайна сметка се самоунищожава, като стимулира собствените си събития на изчезване, противоречи на констатациите от моделиращите експерименти на авторите, които показват стабилност, произтичаща от живи системи във времето, дори при мащабни смущения, каза Мейн. „Нашата идеализирана работа противоречи на хипотезата за Медея“, добави той. "Нашето моделиране предполага, че статистически биосферите изграждат сложност и не са саморазрушителни."
Гая отвъд земята
Резултатите могат да помогнат на учените да стеснят търсенето на извънземен живот, според авторите. Търсенето на живот извън Земята отнема много ресурси, така че е полезно да знаете кои планети във Вселената имат най-голям шанс за живот.
Резултатите предлагат допълнителен параметър за търсещите учени, каза Мейн. Например, планети близо до краищата на обитаемата зона - прозорец на разстояние от звездата на планетата, който позволява съществуването на течна вода - може да е по-вероятно да са претърпели смущения в климата си, които биха могли да стимулират по-сложен живот, той каза. Орбиталните промени и ударите на астероиди могат по подобен начин да смутят планета.
Идеята, че новата статия предоставя „разумна стъпка към това да се даде възможност на астрономите да сортират подобни на Земята планети за техния потенциал да приемат живот“, е „разтеглива“, тъй като нито един от параметрите, използвани в статията, не може да се наблюдава в екзопланети, пише Lineweaver в имейл. Мейн се съгласи, че са необходими много повече изследвания, за да се идентифицират планетите, където е по-вероятно тези механизми да се разиграят.
Tags:
Наука