Эволюция разумной жизни заняла миллиарды лет, но, возможно, она была не такой маловероятной, как считают многие ученые

Популярная модель эволюции утверждает, что появление человечества на Земле было невероятно маловероятным, а внеземной разум — чрезвычайно редким явлением.

Однако, как эксперты по взаимосвязанной истории жизни и нашей планеты, мы предполагаем, что совместная эволюция жизни и поверхностной среды Земли могла протекать таким образом, что делает эволюционное происхождение разума, подобного человеческому, более предсказуемым или ожидаемым результатом, чем принято считать.

Модель «трудных шагов»

Некоторые величайшие эволюционные биологи XX века печально известны тем, что отвергали возможность существования разума, подобного человеческому, за пределами Земли.

Эта точка зрения, прочно укоренившаяся в биологии, независимо получила поддержку со стороны физики в 1983 году с публикацией влиятельной работы теоретического физика Брэндона Картера.

Картер попытался объяснить то, что он назвал замечательным совпадением: близкое соответствие между расчетным сроком жизни Солнца (10 миллиардов лет) и временем, которое потребовалось Земле для появления человека (5 миллиардов лет, округленно).

Он представил три возможности. В первой разумная жизнь, подобная человеку, обычно возникает очень быстро на планетах, в геологическом смысле — возможно, за миллионы лет. Во второй — она обычно возникает примерно за то время, которое потребовалось на Земле. В третьей он предположил, что Земле повезло — обычно на это уходит гораздо больше времени, скажем, триллионы лет.

Картер отверг первую возможность, потому что жизнь на Земле заняла гораздо больше времени. Он отверг вторую как маловероятное совпадение, поскольку нет причин, по которым процессы, определяющие срок жизни Солнца (ядерный синтез), должны случайно иметь ту же временную шкалу, что и биологическая эволюция.

Таким образом, Картер остановился на третьем объяснении: человекообразная жизнь, как правило, возникает гораздо дольше, чем время, отведенное жизнью звезды.

Чтобы объяснить, почему человекообразная жизнь возникла так долго, Картер предположил, что она должна зависеть от чрезвычайно маловероятных эволюционных шагов, и что Земле невероятно повезло пройти их все.

Он назвал эти эволюционные шаги трудными шагами, и у них было два основных критерия. Во-первых, трудные шаги должны быть необходимы для существования человека — то есть, если бы они не произошли, людей бы не было. Во-вторых, трудные шаги должны иметь очень низкую вероятность возникновения в отведенное время, то есть обычно требуют временных масштабов, приближающихся к 10 миллиардам лет.

Существуют ли трудные шаги?

Физики Фрэнк Типлер и Джон Бэрроу предсказали, что трудные шаги должны были произойти только один раз в истории жизни — логика, взятая из эволюционной биологии.

Если эволюционное новшество, необходимое для существования человека, было действительно маловероятным в отведенное время, то, скорее всего, оно не произошло бы более одного раза, хотя должно было произойти хотя бы один раз, поскольку мы существуем.

Например, происхождение ядерных (эукариотических) клеток — один из самых популярных кандидатов на роль трудного шага. Поскольку люди являются эукариотами, человечества не существовало бы, если бы происхождение эукариотических клеток никогда не произошло.

На универсальном древе жизни вся эукариотическая жизнь находится ровно на одной ветви. Это говорит о том, что эукариотические клетки возникли только один раз, что согласуется с маловероятностью их происхождения.

Другие самые популярные кандидаты на трудные шаги — происхождение жизни, кислородный фотосинтез, многоклеточные животные и человеческий разум — демонстрируют ту же закономерность. Каждый из них ограничен одной ветвью на древе жизни.

Однако, как утверждал эволюционный биолог и палеонтолог Гирит Вермей, существуют и другие способы объяснить, почему эти эволюционные события, по-видимому, произошли только один раз.

Эта закономерность кажущихся единичных происхождений могла возникнуть из-за потери информации в результате вымирания и неполноты летописи окаменелостей. Возможно, эти инновации эволюционировали более одного раза, но до наших дней дожил только один пример каждой. Возможно, вымершие примеры никогда не окаменели, или палеонтологи не распознали их в летописи окаменелостей.

Или, возможно, эти инновации произошли только один раз, но потому, что они могли произойти только один раз. Например, возможно, первая эволюционная линия, достигшая одной из этих инноваций, быстро вытеснила другие подобные организмы из других линий в борьбе за ресурсы. Или, возможно, первая линия настолько резко изменила глобальную среду, что другие линии утратили возможность развить ту же инновацию. Другими словами, как только шаг произошел в одной линии, химические или экологические условия изменились настолько, что другие линии не могли развиваться тем же путем.

Если эти альтернативные механизмы объясняют уникальность этих предполагаемых трудных шагов, то ни один из них на самом деле не будет квалифицироваться как трудный шаг.

Но если ни один из этих шагов не был трудным, то почему человеческий разум не эволюционировал гораздо раньше в истории жизни?

Эволюция окружающей среды

Геобиологи, реконструирующие условия древней Земли, могут легко назвать причины, по которым разумная жизнь не эволюционировала раньше в истории Земли.

Например, 90% истории Земли прошло до того, как в атмосфере стало достаточно кислорода для поддержания жизни человека. Точно так же до 50% истории Земли прошло до того, как в атмосфере стало достаточно кислорода для поддержания современных эукариотических клеток.

У всех кандидатов на трудные шаги есть свои собственные требования к окружающей среде. Когда Земля сформировалась, эти требования не были выполнены. Вместо этого они появились позже, по мере изменения поверхностной среды Земли.

Мы предполагаем, что по мере того, как Земля менялась физически и химически с течением времени, ее поверхностные условия позволяли существовать большему разнообразию сред обитания для жизни. И эти изменения происходят в геологических временных масштабах — миллиарды лет, — что объясняет, почему предполагаемые трудные шаги эволюционировали тогда, когда они это сделали, а не намного раньше.

С этой точки зрения, люди появились тогда, когда они появились, потому что Земля стала пригодной для жизни человека только относительно недавно. Картер не учитывал эти моменты в 1983 году.

Движение вперед

Но трудные шаги все же могут существовать. Как ученые могут проверить, существуют ли они?

Ученые, изучающие Землю и жизнь, могут работать вместе, чтобы определить, когда поверхностная среда Земли впервые стала благоприятной для каждого предполагаемого трудного шага. Ученые-землеведы также могут прогнозировать, как долго Земля останется пригодной для жизни для различных видов жизни, связанных с каждым предполагаемым трудным шагом, — таких как люди, животные и эукариотические клетки.

Эволюционные биологи и палеонтологи могли бы лучше ограничить, сколько раз происходил каждый кандидат на трудный шаг. Если они произошли только один раз каждый, они могли бы увидеть, было ли это следствием их врожденной биологической маловероятности или факторов окружающей среды.

Наконец, астрономы могли бы использовать данные о планетах за пределами Солнечной системы, чтобы выяснить, насколько распространены планеты, принимающие жизнь, и как часто на этих планетах встречаются кандидаты на трудные шаги, такие как кислородный фотосинтез и разумная жизнь.

Если наша точка зрения верна, то Земля и жизнь эволюционировали вместе таким образом, который более типичен для планет, поддерживающих жизнь, — а не тем редким и маловероятным способом, который предсказывает модель трудных шагов. Человеческий разум тогда был бы более ожидаемым результатом эволюции Земли, а не космической случайностью.

Исследователи из различных дисциплин, от палеонтологов и биологов до астрономов, могут работать вместе, чтобы больше узнать о вероятности эволюции разумной жизни на Земле и в других местах Вселенной.

Если эволюция человекообразной жизни была более вероятной, чем предсказывает модель трудных шагов, то исследователи с большей вероятностью найдут доказательства внеземного разума в будущем.