Астробиологи оценили перспективы эволюции жизни на планетах-гикеанах

В космосе находят крупные миры, целиком покрытые океанами, и как минимум одна из них внушает подозрения насчет фитопланктона. Недавно ученые рассчитали, с какой скоростью на таких планетах могла бы развиваться жизнь.

Название «гикеан» (hycean) означает, что планета, во-первых, представляет собой глобальный океан, причем океан именно воды, во-вторых, обладает богатой водородом атмосферой: hy в этом слове подразумевает hydrogenium — «водород» по-латыни. Наличие океана, то есть воды в жидком состоянии, автоматически означает, что планета находится в так называемой зоне потенциальной обитаемости — на том идеальном расстоянии от звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно. Поскольку чаще всего их находят очень близко к своим звездам, есть подозрение, что их вода довольно сильно разогрета. По крайней мере, на дневной стороне.

Первой открытой планетой такой обнадеживающей разновидности стала K2-18 b, расположенная в 124 световых годах от Земли, в созвездии Лев. Она принадлежит маленькой и тусклой звезде — красному карлику — и держится вдвое ближе к нему, чем Меркурий к Солнцу, всего в 24 миллионах километров. Таким образом, каждый ее годовой оборот занимает всего 33 земных дня.

По массе эту экзопланету можно отнести к суперземлям: она в 8,6 раза «тяжелее» Земли, а в размерах в 2,7 раза превосходит нашу планету. Такое соотношение массы и радиуса означает, что планета явно не каменистая, но и не газовая. Ее средняя плотность — 2,4 грамма на кубический сантиметр, то есть вдвое с небольшим превышает плотность воды. Астрономы пришли к выводу, что это водяной шар с более плотной центральной частью. Когда в ее атмосфере по спектру проходящего через нее света «увидели» изобилие водорода, появилась идея дать таким мирам отдельное название.

Сейчас их уже наблюдают более десятка. Правда, не для всех официально подтвержден статус гикеана. Но дело в том, что достоверно распознанная в этом качестве K2-18 b в 2023 году в буквальном смысле лишила сна своих первооткрывателей.

Экзопланету тогда понаблюдали с помощью орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб», в насыщенной паром атмосфере удалось обнаружить не только, к примеру, метан и углекислый газ, но и диметилсульфид. Последнее вещество особенно примечательно, потому что на Земле его в заметных количествах производят только живые организмы: морской фитопланктон и некоторые бактерии. Этот газ знаком, наверное, каждому человеку, если хоть раз доводилось наслаждаться бодрящим запахом моря.

Именно это породило мысли о возможной жизни в таких глобальных внеземных морях. Недавно первооткрыватель K2-18 b, профессор Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan) из Кембриджского университета (Великобритания), вместе с коллегой-зоологом Эмили Митчелл (Emily G. Mitchell) рассчитал возможный ход эволюции на планетах-гикеанах. Результатами ученые поделились в статье, выложенной на сервере препринтов Корнеллского университета (США).

Исследователи взяли за основу несколько максимально примитивных организмов с самыми подходящими свойствами. Например, микроскопическую диатомовую водоросль хаэтоцерос и так называемых динофлагеллятов, тоже представителей фитопланктона — именно они и производят диметилсульфид. Но в качестве главного «модельного» организма ученые выбрали одну из древнейших бактерий на Земле — палочку Aquifex aeolicus. Она интересна прежде всего тем, что живет возле подводных вулканов и гидротермальных источников. Комфортнее всего ей в воде с температурой от плюс 85 градусов Цельсия.

Требовалось понять, в каких условиях и в какие сроки нечто подобное могло бы развиться на целой «гидротермальной» планете. Предполагают, что в самом начале эволюции жизни на Земле средние глобальные температуры составляли плюс 20,8 градуса Цельсия, что на несколько градусов теплее, чем сейчас. Ученые решили отталкиваться от этой изначальной земной погоды и сравнивать, что должно происходить, если на другой планете будет теплее или холоднее.

Оказалось, что потепление лишь на пять градусов мгновенно ускоряет развитие новых организмов в полтора раза, а если к этому прибавить еще 10 градусов, то эволюция идет быстрее уже в три с половиной раза. Соответственно, похолодание значительно ослабляет эволюционный процесс: если «отнять» 15 градусов, скорость видоизменения организмов будет составлять лишь четверть от той, которая принята за норму.

В целом по расчетам вышло, что при температуре на 10 градусов выше изначальной земной основные группы одноклеточных разовьются уже через миллиард с небольшим лет после зарождения жизни как таковой. «Обратная» ситуация, то есть понижение на 10 градусов по сравнению с «нормой», замедляет появление этих одноклеточных на несколько миллиардов лет. А поскольку мы уже поняли, что гикеаны, видимо, горячие, эти результаты — хорошая новость для астробиологов. Стоит упомянуть, что такие планеты в основном наблюдают возле красных карликов, а эти звезды «горят» от сотен миллиардов до триллиона лет.