litceysel.ru
добавить свой файл
  1 2 3 4

3  Самосогласованное происхождение жизни

Как отмечалось выше, очень краткий добиологический период существования Земли может в действительности означать возможность процесса межзвездной панспермии и длительную предбиологическую эволюцию на других планетах земного типа, но не на Земле. Но если предполагается возможность биологической панспермии, то должна предполагаться также и возможность предбиологической панспермии, так как продукты предбиологической химической эволюции должны быть менее чувствительны к трудностям космического путешествия (жесткое излучение, холод и вакуум), чем биологические системы.

Можно ожидать, что благодаря дифференциальному характеру вращения галактического диска временная шкала галактической панспермии будет составлять величину масштаба одного-двух галактических лет (галактический год – период обращения Солнца вокруг центра Галактики – составляет 216 млн. лет). Это означает, что если на какой-нибудь планете случайно возникнет устойчивая и конкурентоспособная предбиологическая система, то, будучи имитированной с этой планеты в космос вместе с осколками породы при метеоритных ударах, она распространится по Галактике за 200-400 млн. лет. То же самое произойдет, когда жизнь в Галактике возникнет первый раз. На Рис. 3 показаны результаты численного моделирования распространения волны панспермии в Галактике. Предполагалось, что средняя скорость переноса вещества составляет примерно 30 км/сек, что определяется, главным образом, характерной относительной скоростью хаотического движения звезд. Предполагается, что речь идет о распространении некоторого продукта панспермии, характеризующегося высокой адаптационной способностью. Такой продукт, попав на планету, пригодную для его адаптации, должен за немногие тысячи лет, а может быть, и быстрее, распространиться по поверхности планеты, после чего планета сама становится источником панспермии. Поэтому при расчете процесса панспермии можно предполагать, что каждая точка, которой уже достигла волна панспермии, сама становится источником новой сферически-симметричной волны панспермии. То есть, мы получаем автоволновой процесс, для моделирования которого можно использовать принцип Гюйгенса в чистом виде. Из Рис. 3 видно, что за два галактических года процесс практически завершен, а 70% объема Галактики заселяются примерно за 300 млн. лет.


Следовательно, мы имеем две временные шкалы: одна медленная, масштаба chem  6×109 лет (или больше), это шкала естественной продолжительности предбиологической химической эволюции; другая быстрая, масштаба pan0,3×109 - шкала времени процесса галактической панспермии. Из существования двух сильно различающихся шкал времени следует, что предбиологическая химическая эволюция на отдельных планетах не могла протекать независимо от других планет.

Предположим, некоторая хорошая (в определенном смысле) предбиологическая система (например, стабильная и конкурентоспособная автокаталитическая цепочка) появляется на некоторой планете на стадии предбиологической эволюции Галактики (т. е. до того, как жизнь появилась первый раз). Это вполне случайное событие. Тогда в течение короткого времени порядка pan эта предбиологическая система, благодаря обычному естественному отбору вытесняя по дороге менее эффективные местные предбиологические системы, распространится по всему объему Галактики, и продвинет эволюцию вперед на новой химической основе. Получаем механизм естественного отбора на предбиологическом уровне в масштабе всей Галактики. Благодаря условию pan << chem этот процесс должен синхронизировать (с точностью до pan) предбиологическую эволюцию во всем объеме Галактики. Процесс панспермии интенсивно «размешивает» продукты предбиологической эволюции по всей Галактике, унифицируя в масштабе Галактики добиологическую химическую эволюцию. Это повлечет появление жизни почти одновременно на всех планетах, которые имеют подходящие условия для существования жизни, при этом на одной химической основе (в смысле основы генетического кода и т. д.) и с одной киральностью. Это событие напоминает неравновесный фазовый переход Галактики. Таким образом, предбиологическая химическая эволюция и возникновение жизни может быть самосогласованным коллективным галактическим процессом, но не процессом, локализующимся на отдельных планетах, как это обычно предполагается – это есть формулировка гипотезы самосогласованного галактического происхождения жизни.


Если механизм самосогласованного галактического происхождения жизни работал, то в Галактике в прошлом должна была иметь место гигантская вспышка возникновения планет, заселенных жизнью — вскоре после того, как где-то жизнь возникла первый раз. Исходя из полученной оценки длительности предбиологической эволюции можно предположить, что вспышка жизни имело место спустя 5-7 млрд. лет после начала формирования галактического диска. После этого жизнь нигде не могла возникать в процессе естественной предбиологической эволюции, так как естественный предбиологический процесс не может конкурировать с гораздо более быстрым процессом панспермии.

Заметим, что гипотеза самосогласованного возникновения жизни почти точно соответствует гипотезе известного радиофизика и астронома В. С. Троицкого об одновременном возникновении жизни в Галактике [25], которая была предложена им как альтернатива принимаемому как самоочевидное представлению о постоянном происхождении жизни.

Заметим, что если жизнь может существовать на планетах с условиями, резко отличными от земных, то и жизнь в Галактике может существовать в виде набора фаз, соответствующих классификации условий на планетах – без какой-либо конкуренции между разными фазами. Процесс самосогласования эволюции внутри каждой фазы тоже будет протекать независимо. Но на настоящей стадии изучения проблемы это замечание может рассматриваться несущественное уточнение гипотезы. Существование общей химической основы жизни в Галактике и общей киральности является критическим тестом гипотезы самосогласованного галактического происхождения жизни.

Еще одна интересная точка зрения на процесс галактического самосогласования предбиологической эволюции была высказана Г. А. Скоробогатовым [26]. Распространенным мнением является то, что вероятность самозарождения жизни на любой отдельно взятой планете исчезающе мала. Например, для возникновения жизни на изолированной планете земного типа с подходящими условиями может оказаться необходимым в среднем миллиард миллиардов лет или какая-то столь же несуразно-большая цифра. Если бы предбиологическая эволюция протекала на разных планетах независимо, то в таком случае в настоящее время жизнь во Вселенной не существовала бы вовсе, или была бы совершенно уникальным явлением. Однако, если эффективный процесс предбиологической панспермии возможен, то любая случайная удача предбиологической эволюции на одной из примерно 109 планет Галактики, где одновременно протекает предбиологическая эволюция, практически немедленно становится достоянием и остальных планет. Это эквивалентно тому, что вероятность такого события на каждой отдельной планете увеличивается в 109 раз. Приблизительно в такой же пропорции сократится и вся предбиологическая химическая эволюция (точные оценки сложны и зависят от многих деталей). Поэтому, даже если самопроизвольное зарождение жизни может оказаться совершенно невероятным в условиях изолированной планеты, оно может оказаться вполне возможным благодаря предбиологической панспермии. Заметим, что предположение о крайне длинной «естественной» шкале времени предбиологической эволюции не лишено оснований и в рамках той феноменологической методики, которая использовалась в настоящей статье. Вспомним, что полученная оценка в 6 млрд. лет является оценкой длительности лишь последней фазы предбиологической эволюции, и оценкой снизу полной длительности. Если предположить, что предбиологическая эволюция является многофазовой, как и последующая эволюция биосферы, и масштабная инвариантность по-прежнему имеет место, то для двадцати фазовых переходов (как и в эволюции биосферы) получим оценку 6(2,67)19 ≈ 0,8109 млрд. лет – почти миллиард миллиардов лет!

В заключение заметим, что описанный выше механизм самосогласования предбиологической эволюции может быть только частью реально действующего механизма. Хорошо известно [27, С.226], что синтез сложных органических соединений может происходить не только на поверхности планет, но и в космосе, в молекулярных облаках. Не вызывает сомнений, что химические процессы в водном растворе при нормальной температуре протекают гораздо быстрее, чем в условиях космоса, но и масса эволюционирующего вещества (H, C, N, O), заключенная в молекулярных облаках, на много порядков превосходит массу органического вещества на поверхности всех планет Галактики, вместе взятых. В случае планет имеются как бы единичные быстрые химические процессоры, а в космосе имеется много более медленный, но многократно распараллеленный процессор. Поэтому предбиологическая эволюция в космическом пространстве может оказаться в каких-то отношениях не менее эффективной, чем на поверхности планет. Реальная предбиологическая эволюция может быть результатом сложного взаимодействия и конкуренции процессов, происходящих в космосе и на планетах. В гигантском космическом резервуаре Галактики за счет очень широкого фронта эволюции могут появляться какие-то важные или уникальные соединения, которые просто не успевают «свариться» на планетах. Звездным ветром или кометами эти молекулы разносятся по всей Галактике, поэтому предбиологическая эволюция в молекулярных облаках автоматически будет самосогласованной. Продукты космической предбиологической эволюции высеваются на поверхность планет, где они включаются в местную предбиологическую эволюцию. Иногда сочетание пришельцев с местной химией оказывается особенно удачным, и эволюция делает шаг вперед. Продукты этой эволюции выбиваются с поверхности удачливой планеты в космос крупными метеоритами, и описанный выше механизм предбиологической панспермии разносит его по всей Галактике, ведя к согласованному продвижению эволюции вперед. И так до тех пор, пока Галактика как единое целое не совершит переход в эру жизни. Таким образом, механизм галактического самосогласования может иметь двойную, планетарно-космическую, природу.


<< предыдущая страница   следующая страница >>