Силурийская гипотеза

Поиск жизни где-либо во Вселенной — это основная задача астробиологии, и учёные часто обращались к земным аналогиям на предмет экстремофильных бактерий, жизни в изменчивых климатических условиях и происхождения жизни как таковой. Разновидность этого поиска — поиск разумной жизни, и дальше идущая разновидность — поиск цивилизаций, которые потенциально способны к общению с нами. Общее предположение состоит в том, что любая подобная цивилизация должна достичь того или иного рода промышленного развития. В частности, способности использовать данные промышленные процессы для развития технологий радиосвязи, способных посылать и получать сообщения. Однако из этого следует, что в данном случае мы определяем промышленно развитые цивилизации как способные использовать внешние источники энергии в глобальных масштабах.

Один из ключевых вопросов в оценке вероятности обнаружения такой цивилизации — это понимание того, насколько часто появляется промышленно развитая цивилизация с учётом того, что жизнь зародилась и что некоторый вид является разумным? Люди — это единственный пример, о котором мы знаем, и наша промышленно развитая цивилизация просуществовала (пока что) около 300 лет (со времени, например, начала использования методов массового производства). Это лишь малая часть времени нашего существования как вида, и крохотная часть времени существования сложной жизни на поверхности суши на Земле (∼400 млн. лет назад). Этот короткий отрезок времени ставит очевидный вопрос о том, могло ли это случаться и ранее. Мы обозначим его как «силурийская гипотеза»[3].

Хотя этот вопрос уже был темой множества праздных спекуляций и полуночной болтовни, нам не известно никаких осуществлявшихся ранее попыток серьёзного подхода к решению проблемы возможности выявления предшествовавших нам земных промышленно развитых цивилизаций в геологическом прошлом. С учётом значительного прироста числа работ, посвящённых экзопланетам и вопросам, связанным с обнаружением жизни, возникла настоятельная необходимость более формального подхода к данному вопросу и к его астробиологическому применению. Мы также обращаем внимание на недавнюю работу Райта (Wright, 2017), который обратился к рассмотрению аспектов проблемы и предыдущих попыток оценки вероятности наличия неземной цивилизации в Солнечной системе, вроде той, что предприняли Хакк-Мисра и Коппарапу (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Эта статья — попытка закрыть пробел так, чтобы это также затрагивало наше нынешнее воздействие на планету в более широкой перспективе. Вначале мы отметим важность этого вопроса применительно к известному уравнению Дрейка. Далее мы рассмотрим вероятные геологические последствия человеческой промышленной цивилизации, а затем сравним их характерные признаки с потенциально схожими событиями в геологической летописи. В конце мы обсудим некоторые возможные направления исследований, которые могли бы определить границы применимости данного вопроса.

Применимость к уравнению Дрейка

Уравнение Дрейка — это известная модель для оценки количества активных, способных к общению внеземных цивилизаций в галактике Млечный путь (Drake, 1961, 1965). Количество таких цивилизаций N принято считать равным произведению: средней скорости образования звёзд R* в нашей Галактике; доли сформировавшихся звёзд f_p, у которых есть планеты; среднего количества планет у звезды n_e, которые потенциально способны поддерживать жизнь; доли тех планет f_l, на которых фактически зародилась жизнь; доли обладающих жизнью планет, на которых появилась разумная цивилизованная жизнь f_i; доли этих цивилизаций, которые разработали системы связи f_c — то есть, технологии, которые посылают в космос обнаружимые знаки, и отрезка времени L, в течение которого такие цивилизации посылают обнаружимые сигналы.

N = R* · f_p · n_e · f_l · f_i · f_c · L.

Если на протяжении времени существования планеты в течение промежутка времени существования жизни вообще промышленно развитые цивилизации могут возникать многократно, то значение f_c может фактически быть больше 1.

Это особенно убедительная тема в свете недавних событий в астробиологии, когда значения первых трёх величин, которые все задействуют исключительно астрономические наблюдения, в настоящее время окончательно определены. Сейчас очевидно, что многие из звёзд дают пристанище целым семьям планет (Seager, 2013). Разумеется, среди этих планет многие будут находиться в обитаемых зонах звёзд (Dressing & Charbonneau, 2013; Howard, 2013). Эти данные позволяют установить пределы значений для трёх последующих величин тем методом, который использует данные об экзопланетах для установления рамок экзоцивилизационного пессимизма. У Фрэнка и Салливана (Frank & Sullivan, 2016) такая «граница пессимизма» была определена как максимальная «биотехнологическая» вероятность (для планет обитаемой зоны) f_bt того, что люди лишь единственный раз стали технологической цивилизацией, эволюционировавшей за всю историю космоса. Фрэнк и Салливан (Frank & Sullivan, 2016) определили диапазон значений f_bt как ∼10^-24 — 10^-22.

Установление «границы пессимизма» подчёркивает важность трёх величин из уравнения Дрейка — f_l, f_i и f_c. История Земли часто служит в качестве шаблона в ходе обсуждения возможных значений этих вероятностей. Например, широко обсуждался вопрос о том, сколько раз зарождалась жизнь на Земле во времена раннего архея, с учётом лёгкости протекания абиогенеза (Patel et al., 2015), в том числе о возможности существования «теневой биосферы», образованной потомками иного события зарождения жизни, нежели тот, который привёл к появлению нашего Последнего Универсального Общего Предка (ЛУКА — LUCA, Last Universal Common Ancestor) (Cleland & Copley, 2006). Кроме того, продолжаются давние дебаты относительно количества раз, когда в процессе эволюции появился разум — применительно к дельфинам и другим видам (Marino, 2015). Таким образом, в случае Земли лишь величина f_c обычно принимается равной строго 1.

Применимость к другим планетам Солнечной системы

Рассуждения о существовании предшествовавших нам цивилизаций в других мирах Солнечной системы предпринимали Райт (Wright, 2017) и Хагг-Мисра и Коппарапу (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Здесь следует отметить, что существуют многочисленные свидетельства существования поверхностной воды в условиях древних климатических условий Марса (3,8 млрд. лет назад) (например, Achille & Hynek, 2010; Arvidson et al., 2014), а предположение о том, что ранняя Венера (от 2 до 0,7 млрд. лет назад) была пригодна для жизни (из-за менее яркого Солнца и пониженного содержания CO₂ в атмосфере), получило поддержку со стороны недавних исследований с применением моделирования (Way et al., 2016). Очевидно, в будущем на обеих этих планетах можно будет осуществить операции по глубинному бурению для оценки их геологической истории. Это уточнило бы границы рассуждений о том, какой след могла бы оставить жизнь, и даже организованная цивилизация (Haqq-Misra & Kopparapu, 2012). Оценки событий прошлого Земли и обсуждение маркеров антропоцена вроде тех, что мы рассмотрим ниже, вероятно, определят основной контекст для данных исследований.

Ограничения геологической летописи

Причина того, что вопрос, приведённый в заголовке этой статьи, стоит поднять, является следствием неполноты геологической летописи. Для четвертичного периода (последние 2,5 миллиона лет) существуют широко распространённые и сохранившиеся до нашего времени физические свидетельства — например, изменения климата, почвенных горизонтов и археологические свидетельства существования культур, не относящихся к Homo sapiens (денисовцы, неандертальцы, и т. д.), а также обрывочные свидетельства существования двуногих гоминид давностью не менее 3,7 млн. лет (например, следы из Лаэтоли) (Leakey & Hay, 1979). Самая старая из ныне существующих поверхностей большой площади находится в пустыне Негев, и её возраст — ∼1,8 млн. лет (Matmon et al., 2009). Однако свидетельства с суши дочетвертичной эпохи гораздо более редкие, и находятся главным образом на открывшихся участках, добываются в процессе бурения и прокладки шахт. В океанических отложениях из-за обновления океанической коры существуют лишь свидетельства, происходящие из осадочных отложений периодов, датированных позднее юрского (∼170 млн. лет назад) (ODP Leg 801 Team, 2000).

Доля живых существ, которая сохраняется в ископаемом состоянии, всегда крайне мала и меняется в широких пределах как производная величина от времени, среды обитания и содержания мягких тканей по отношению к твёрдым панцирям и раковинам или костям (Behrensmeyer et al., 2000). Показатель фоссилизации очень низок в тропической лесной среде, но выше в засушливой среде и речных системах. В качестве примера скажем, что от всех динозавров, которые когда-либо жили, у нас есть всего лишь несколько тысяч более-менее полных образцов, что эквивалентно лишь горстке особей этих животных для тысяч таксонов за каждые 100 000 лет. С учётом темпа новых открытий таксонов этого возраста, ясно, что такой недолго (пока ещё) живущий вид, как Homo sapiens, мог бы вообще не быть представленным в существующей на данный момент летописи окаменелостей.

Вероятность сохранения объектов и их обнаружения в равной степени маловероятна. Заласевич (Zalasiewicz, 2009) рассуждает о сохранении объектов или их форм, но текущая площадь урбанизации составляет менее 1 % от всей поверхности Земли (Schneider et al., 2009), а находящиеся на поверхности участки и места бурения дочетвертичных поверхностей — это величины на порядок меньше крохотной части своей исходной площади. Следует отметить, что даже в случае ранних человеческих технологий сложные объекты обнаруживаются очень редко. Например, «Антикитерский механизм» (около 205 г. до н. э.) остаётся уникальным объектом до самой эпохи Возрождения. Несмотря на внушительные достижения современности в умении выявлять более широкомасштабные акты воздействия цивилизации на ландшафты и экосистемы (Kidwell, 2015), мы приходим к выводу о том, что для потенциальных цивилизаций возрастом древнее, чем примерно 4 млн. лет, вероятность обнаружения прямого свидетельства их существования в виде объектов или сохранившихся в ископаемом состоянии образцов их населения очень мала. Однако мы обращаем внимание на то, что можно задать косвенный вопрос, связанный с антецедентами в летописи окаменелостей, указывающими на виды, которые могли бы привести в итоге к эволюции более позднего вида, способного построить цивилизацию. Такие споры за и против «силурийской гипотезы» опиралась бы на свидетельства существования относительно высокоразвитого социального поведения или высоких умственных качеств, отталкиваясь от размеров мозга. Тогда заявление состояло бы в том, что в летописи окаменелостей существуют другие виды, которые могли бы, или же не могли эволюционировать в создателей цивилизации. Однако в данной статье мы уделяем основное внимание физико-химическим следам предшествующих нам промышленно развитых цивилизаций. В этом случае есть возможность расширить фронт поиска, включив в него те следы, которые имеют более широкое распространение, даже если они могут стать объектом более разнообразных интерпретаций.

Рамки данной статьи

Мы ограничим охват тем данной статьи геохимическими ограничениями на существование дочетвертичных промышленно развитых цивилизаций, которые могли бы существовать со времени выхода сложной жизни на сушу. Это выводит из обсуждения те общества, которые могли бы быть высокоорганизованными и потенциально сложными, но не развили промышленность, и, вероятно, все чисто океанические формы жизни. Таким образом, объектом рассмотрения оказывается период между появлением сложной жизни на суше в девонский период (∼400 млн. лет назад) палеозойской эры и средним плиоценом (∼4 млн. лет назад).