Всего за 89.9 руб. Купить полную версию
Первая версия – удачное расположение Солнечной системы вдали от ядра Галактики, уникальные свойства Солнца, в частности, высокая стабильность и оптимальный спектр излучения, а также и самой Земли – ее химический состав, размеры, параметры орбиты, обеспечивающие условия, необходимые для развития жизни вплоть до ее высших форм. Придается значение также тому факту, что Солнце возникло как одиночная звезда. Многие звезды рождаются и затем продолжают существовать группами. В таких скоплениях планетные системы отдельных звезд нестабильны, т. к. орбиты планет подвергаются возмущениям со стороны других звезд, существенно увеличивающих вероятность искажения орбиты и столкновений. Возникновение жизни и, главное, длительная эволюция в таких условиях маловероятны. Однако, даже если значительная часть звезд находится в скоплениях, в доступном космосе присутствует еще много одиночных звезд. По последним данным почти все они обзавелись планетами. Планеты, похожие на Землю, обращающиеся вокруг самой звезды или являющиеся спутниками более крупных планет, также не должны быть редкостью (Lissauer, 1999). Поэтому первая версия не кажется убедительной.
Вторая версия – чрезвычайно низкая вероятность возникновения жизни (т. е. образования способной к воспроизведению клетки) даже при благоприятных для того условиях. Но коль скоро жизнь возникла, велика вероятность, что ее эволюция приведет к разумной жизни. По этой версии нам просто повезло, что очень редкое событие – зарождение жизни – произошло на Земле.
Третья версия – при достаточно высокой вероятности возникновения жизни и даже образования сложных форм, в том числе многоклеточных, включая растения и животных, крайне мала вероятность реализации варианта эволюции, который, в итоге, приводит к появлению разумных существ. По этой версии вероятность появления разумных существ в результате неизбежно длительной эволюции (на Земле почти 4 млрд лет непрерывного развития) зависит от множества случайных событий как внутриклеточных (мутации по Дарвину), так и внешних, включая мощные природные катаклизмы. Все эти события, происходя в должные моменты, направляют эволюцию в определенное русло. Любое отступление уведет эволюцию в сторону от перспективного до того момента направления либо вообще ликвидирует это направление. Согласно обсуждаемой версии, как и предыдущей, Земля вытащила счастливый билет. Однако между этими версиями существует принципиальное различие. Согласно одной – лимитирующим этапом предполагается появление жизнеспособной клетки. Дальнейшая эволюция может с достаточно высокой вероятностью привести к появлению мыслящих существ. Согласно же другой версии, вероятность появления жизни велика везде, где есть благоприятные условия, а особая судьба Земли в том, что из многих планет, обретших жизнь, только здесь эволюция привела к крайне маловероятному событию – появлению разумного существа, человека. Среди главных признаков, отличающих разумные существа от остальных, в том числе высокоразвитых существ, обычно отмечают способность к ассоциативному и абстрактному мышлению, склонность к обобщениям и творчеству. Имея в виду обсуждаемые нами проблемы, добавим, что разумному существу свойственно проявлять интерес к прошлому и задумываться о будущем.
В последующих главах мы обсудим предложенные выше версии. Для этого придется рассмотреть широкий спектр вопросов, начиная от процессов, протекавших в период возникновения Солнечной системы. Будут рассмотрены современные концепции химической, предклеточной и раннеклеточной эволюции. Мы обсудим, правда на чисто интуитивном уровне, могли ли все эти этапы становления жизни быть выполнены в сроки, отведенные для них на Земле. Будет прослежено воздействие на ход эволюции многократно имевших место на Земле глобальных катастроф и обращено внимание на опасность для человечества грядущих катастроф, как локальных (касающихся только Земли), так и космического масштаба. Имея в виду необходимость противостояния этим последним (пусть и в отдаленном будущем), будут обсуждены пути повышения интеллектуальных возможностей людей.
Книга вполне доступна читателю, имеющему современное среднее образование, т. е. знакомому с основами физики, астрономии, химии, а также клеточной и молекулярной биологии. Автор надеется также, что книга привлечет внимание интересующихся обсуждаемыми проблемами специалистов. В расчете на квалифицированного читателя приведен подробный список использованной литературы.
Глава II. Ранняя Земля
2.1. Образование Солнечной системы
Около 4.6 млрд лет тому назад газопылевая туманность, из которой затем сформировалась наша Солнечная система, вступила в фазу сжатия. Участившиеся столкновения пылевых частиц вызывали разогрев материи особенно в более плотных центральных областях. Поначалу тепло свободно излучалась в пространство. Однако по достижении достаточно высокой плотности отток тепла оказался затрудненным, а затем почти прекратился. Вследствие этого плотное ядро туманности, в котором из газов преобладал водород, стало разогреваться. Когда температура достигла нескольких миллионов градусов, началась реакция слияния ядер водорода, протекающая с выделением большого количества энергии. Хотя с повышением давления газов в центральной области туманности сжатие прекратилось, запущенная термоядерная реакция поддерживала высокую температуру плотного ядра – молодого Солнца.
Параллельно изменялась структура периферии туманности. Вследствие сжатия скорость ее вращения возрастала (при сохранении общего момента количества движения), и она трансформировалась в быстро вращающийся диск. При этом резко участились столкновения пылевых частиц, сорбировавших на себе газы и вещества, синтезированные в разогретой туманности. Сталкивавшиеся частицы слипались (происходила аккреция). Процесс аккреции шел крайне неравномерно, вследствие чего стали образовываться тела разного размера. Немногие тела достигли крупных размеров. На завершающих этапах формирования этих тел – будущих планет – решающую роль сыграли силы гравитации: на протопланеты сплошным потоком падали более мелкие образования. При столкновениях выделялось тепло. Образовавшиеся в горниле термоядерного котла молодого Солнца и периодически выбрасываемые в окружающее пространство короткоживущие радиоактивные элементы сорбировались на пылинках и увеличивали разогрев укрупнявшихся тел.
На завершающих стадиях формирования планет их поверхность, в том числе поверхность прото-Земли, оказалась расплавленной. Когда материал для аккреции был в значительной степени исчерпан, начался процесс остывания планет. Анализ изотопного состава радиоактивных семейств в сохранившихся с тех пор минералах, занесенных на Землю как метеориты, позволил оценить минимальный возраст Солнечной системы в 4.5695 млрд лет (Baker et al., 2005). Реальность описанного выше процесса формирования Солнечной системы подтверждается современными астрономическими наблюдениями. Обнаружено много космических объектов, которые представляют собою звездные системы на разных стадиях формирования: от только приступивших к сжатию туманностей до быстро вращающихся дисков с молодой звездой в центре (Habing et al., 1999).
Медленное вращение многих зрелых звезд, в том числе нашего Солнца, связывают с присутствием планет, которые берут на себя часть момента количества движения системы. Именно эти наблюдения позволили с достаточной степенью уверенности описать поэтапно процесс формирования из газовой туманности нашего Солнца и обращающихся вокруг него тел. С другой стороны, исследование Солнечной системы изнутри позволяет представить структуру других планетных систем, т. к. основные принципы их формирования должны быть общими. А это означает, что внутренние (ближайшие к звезде) планеты – небольшие и плотные (как Земля), а внешние – большие и рыхлые (как Юпитер и Сатурн). Крупные планеты уже обнаружены около многих звезд. При этом использованы такие методы как фотометрия (определялось периодическое снижение яркости звезды при прохождении планеты перед диском звезды), допплеровская техника, позволяющая определять изменения скорости приближения или удаления звезды при ее движении по орбите, вызванные взаимодействием звезды с крупной планетой (или планетами). В разных звездных системах уже обнаружено около двадцати планет, подобных Юпитеру, и даже более крупных. До настоящего времени не удалось выявить планеты, по размерам близкие Земле, обращающиеся вокруг других звезд или вокруг крупных планет, хотя существует полная уверенность, что они присутствуют во многих звездных системах (Lissauer, 1999). Для обнаружения этих планет необходимо существенно повысить чувствительность аппаратуры, в том числе оптических и радиотелескопов. Усовершенствование спектральных методов позволит не только обнаружить подобные Земле планеты, но и непосредственно их исследовать, в частности провести анализ поверхности планет и их атмосферы. По мнению многих специалистов, новых открытий следует ожидать уже в течение ближайших десяти-двадцати лет. Однако в настоящее время могут быть исследованы только объекты Солнечной системы и, в первую очередь, сама Земля.