Воображаемая жизнь (ЛП) - Трефил Джеймс - Страница 20

Таким образом, с точки зрения наблюдателя в ледяном слое планеты, Айсхейм обладает довольно простой энергетической экономикой. Тепло поступает к нижней стороне льда из ядра, просачивается вверх сквозь лёд и в итоге выходит в космос в виде инфракрасного излучения. В то же время излучение звезды питает энергией слой вблизи верхней стороны льда. Таким образом, стоящая перед нами проблема состоит в том, чтобы понять, как в такой среде будет развиваться жизнь.

Происхождение и ранняя эволюция жизни

Давайте начнем с гидротермального источника срединно-океанического хребта. Как мы уже отмечали, из недр планеты будет поступать два вида энергии: тепловая и химическая. Тепло создаст вокруг источника пузырь жидкой воды. Такие пузыри могут быть довольно большими — в конце концов, цепи гидротермальных источников на Земле протягиваются на тысячи миль. Вообще, туннель может лучше, чем пузырь, изображать области вокруг гидротерм Айсхейма.

Многие учёные считают, что жизнь на Земле возникла вокруг такого рода гидротермальных источников, и мы не видим причин, по которым на Айсхейме не могло произойти того же самого. Предположительно, как уже обсуждалось в главе 4, первыми должны были развиваться одноклеточные организмы. Чисто теоретически давайте предположим, что осуществился также и переход к многоклеточной жизни. Как только развилась многоклеточная жизнь, мы можем взглянуть на окружающую среду, в которой она существует, чтобы увидеть, как она может эволюционировать.

Первое, что мы можем отметить, это то, что вдоль гидротермы будут находиться места, где питательные вещества, необходимые для жизни, будут поступать из недр в большей концентрации, чем в других местах. Это означает, что вдоль гидротермы будет наблюдаться градиент, а количество нужных материалов будет расти по мере приближения к областям с высокой концентрацией питательных веществ. Существует очевидное эволюционное преимущество в том, чтобы двигаться вверх по этому градиенту в более богатые ресурсами области, и мы ожидаем, что естественный отбор создаст жизнь с такой способностью. Такие формы жизни должны стать конечным продуктом длинной цепочки актов отбора, причём каждый шаг позволял бы им чуть быстрее продвигаться вверх по градиенту питательных веществ. Это удовлетворяло бы требованию, которое мы предъявляли к эволюционным изменениям в главе 4: каждый шаг в цепочке событий должен давать эволюционное преимущество.

Один из способов обеспечить мобильность — это быть формами жизни, которые способны двигаться независимо, как рыбы в океанах Земли. Но независимая мобильность — это не единственный способ, посредством которого организмы могут реагировать на градиент питательных веществ. Немобильные формы жизни (например, устрицы) могут доставлять новые поколения потомства в области, более богатые ресурсами: например, споры могут высвобождаться преимущественно в направлении «вверх по градиенту». В этом случае каждая особь была бы привязана к одному месту, но популяции переселялись бы с течением времени.

Какая из этих двух стратегий станет преобладать, будет зависеть от того, насколько быстро менялось расположение богатых питательными веществами окрестностей горячих источников. Быстрые изменения благоприятствовали бы независимому передвижению, тогда как более медленные изменения могли бы способствовать переселению популяций. Мы предполагаем, что можно ожидать обоих типов эволюции — так что у нас будут как «рыбы», так и «устрицы».

Есть ещё один градиент, который может существовать в туннелях, образованных гидротермальными источниками — это температурный градиент. Вода в гидротермальном источнике будет весьма горячей. На Земле, например, температура воды в гидротермальных источниках может превышать 750°F (400°C) — высокое давление, создаваемое лежащим выше океаном, не даёт воде закипеть. С другой стороны, на поверхности льда температура обычно не будет превышать примерно 32°F (0°C). Таким образом, в туннеле должны существовать области с разными уровнями температуры, как и на Земле. Поэтому можно ожидать, что в итоге в процессе эволюции появятся разные виды, каждый из которых будет приспособлен к собственному температурному режиму (вспомните тигров и белых медведей).

А как насчёт поверхности планеты? Первое, что мы можем сказать — то, что развитие жизни, похожей на нас, и даже жизни, не похожей на нас, зависит от химических реакций в жидкой среде. Поскольку на поверхности Айсхейма жидкостей нет, мы должны сделать вывод о том, что в этой среде жизнь не может развиваться независимо. С другой стороны, учёные утверждают, что часть жизни на Земле, зародившаяся в гидротермальных источниках срединно-океанических хребтов, позже мигрировала на поверхность. Подобный процесс — единственный для нас способ увидеть жизнь, выходящую на поверхность Айсхейма.

Конечно, между Землёй и Айсхеймом существует существенное различие в том, что касается миграции жизни на поверхность. На Земле путь от горячего источника до поверхности проходит по жидкой воде, и всё, что необходимо для перехода, — способность организма справляться с изменениями давления, когда он плывёт вверх. И напротив, в Айсхейме путь наверх ведёт сквозь сплошной лёд — гораздо более внушительный барьер.

Именно в этот момент мы можем увидеть, как вступают в игру свойства естественного отбора. Энергия, которой звезда заливает тонкий слой льда на поверхности, может оказаться полезной для форм жизни, которые эволюционировали вокруг горячих источников. Проблема состоит в том, что для использования этой энергии живые существа должны нащупать такой ряд шагов, которые (1) выведут их на поверхность и (2) наделят эволюционным преимуществом на каждом из этапов.

Например, во льду может существовать сеть микроскопических трещин, в которые может поступать горячая, богатая минеральными веществами вода из гидротермального источника, несущая в себе микробы. Если бы эти трещины дошли до области, куда проникла энергия звезды, эти микробы могли бы эволюционировать в многоклеточные фотосинтезирующие организмы, как они сделали на Земле. Смысл этого сценария состоит в том, что разломы должны были дойти до поверхности хотя бы в одном месте, чтобы жизнь могла колонизировать всю поверхность. Если бы в одном месте слой льда был особенно тонким, то там путешествие сквозь лёд было бы значительно легче. Как только одноклеточные живые системы, первыми мигрировавшие на поверхность, эволюционировали бы в сложные фотосинтетические организмы, они, предположительно, распространились бы по поверхности, и в дальнейшем уже не контактировали бы напрямую с горячими источниками.

Эти эволюционно продвинутые организмы будут зависеть от света звезды как от источника энергии. На Земле преобразование солнечного света в материалы, необходимые для жизни, — это невероятно неэффективный процесс. Например, в жаркий летний день кукурузное поле в Айове — место, где солнечный свет используется, возможно, успешнее, чем где-либо ещё на планете, — преобразует в органические молекулы лишь считанные проценты энергии, содержащейся в солнечном свете. Мы сомневаемся, что растительная жизнь на Айсхейме может оказаться столь же расточительной. Следовательно, мы предполагаем, что уловители солнечной энергии у обитающих на поверхности организмов Айсхейма — за неимением лучшего термина, давайте назовём их «листьями», — будут довольно крупными по земным меркам. Вероятно, они также были бы чёрными, потому что им пришлось бы поглощать всю энергию скудного излучения звезды. Иными словами, вместо того, чтобы выглядеть как блестящий ледяной шар, Айсхейм вполне может быть хотя бы частично покрыт тонким слоем чёрных листьев.

Как мы уже отмечали, между поверхностью льда и поверхностью ядра будут существовать два потока энергии: движущееся вверх тепло изнутри, которое в итоге будет излучаться в космос, и в слое близ поверхности льда — звёздное излучение, распространяющееся вниз. Можно представить себе жизнь, колонизирующую слой льда, подобно тому, как жизнь колонизировала негостеприимные полярные регионы Земли. Нити — давайте назовём их «корнями» — могут протягиваться с поверхности вниз, чтобы поглощать любого рода энергию, которую не улавливают листья; они также могут простираться вверх от туннелей жидкости у гидротермальных источников, улавливая тепло, покидающее каменистую поверхность. В обоих случаях возможность использовать дополнительные источники энергии таит в себе очевидное эволюционное преимущество. В некоторых случаях прорастающие вниз нити могут даже объединяться со своими тянущимися вверх напарниками, создавая аналог леса бурых водорослей.