Воображаемая жизнь (ЛП) - Трефил Джеймс

Жизнь на Нептунии

Потоки энергии на Нептунии похожи на те, что мы видели на Айсхейме и Новой Европе. Излучение звезды попадает на поверхность океана, а тепло и химическая энергия поднимаются из горячих источников на дне океана. Однако важным моментом здесь является то, что Нептуния — это первый из посещённых нами миров, где, как и на Земле, развитие жизни стало возможным на поверхности (благодаря наличию жидкой воды), а не только у горячих источников срединно-океанических хребтов.

В главе 4 мы описали опыт Миллера-Юри, который показал, что обычные химические процессы в атмосфере Земли могут генерировать основные молекулярные составные части жизни. Мы также отметили, что этот эксперимент привёл к появлению теории происхождения жизни из первичного бульона: это представление о том, что эти составные части выпадут дождём и превратят океан в насыщенный органический бульон. Теория гласит, что при наличии достаточного времени сформируется первая клетка, начнётся естественный отбор, и жизнь пойдёт своим чередом.

Первичный бульон не нуждается в наличии суши на Земле, поэтому нет причин, по которым этот процесс не должен происходить на Нептунии. Фактически, единственная версия появления жизни на Земле, которая не могла осуществиться на Нептунии, — это та, которая зависит от существования литоральных ванн — разновидности дарвиновского «маленького тёплого водоёма». Причина проста: для литоральной ванны требуется сухая земля, которой на Нептунии не существует по определению.

Если бы жизнь возникла на Нептунии через образование первичного бульона, мы бы ожидали, что её развитие будет аналогичным развитию жизни в океанах Земли. Образуется фотическая зона глубиной в сотни ярдов, и пищевая цепочка, основанная на фитопланктоне (вспомните зелёную тину на пруду), в итоге приведёт к появлению более сложных организмов — возможно, с неким аналогом рыбы на вершине пищевой сети. Ничего похожего на земные формы жизни, зависящие от наличия мелководья, вроде морских макроводорослей и устриц, не появилось бы просто потому, что на Нептунии нет мелководий. Кроме того, также отсутствовали бы существа вроде китов и дельфинов, которые эволюционировали на суше, прежде чем переселиться в море на Земле. Однако в остальном многоклеточная жизнь в верхних слоях океана Нептунии, вероятно, не слишком отличалась бы от того, что мы видим на нашей планете.

Аналогичный довод можно высказать в отношении развития жизни вокруг гидротермальных источников срединно-океанических хребтов Нептунии. Если предположить, что дополнительная глубина океана Нептунии не имеет особого значения, то какой бы процесс ни привёл бы к эволюции таких экосистем на Земле, это же, вероятно, случится и на Нептунии. Таким образом, жизнь на двух границах океана Нептунии, верхней и нижней, вероятно, не сильно отличалась бы от того, на что она похожа на Земле. Разница проявится именно в промежуточной области, потому что там нас поджидает новое явление: экстремальное давление.

Давление

Осознаёте вы это или нет, но вы прожили всю свою жизнь на дне океана. Конечно, это не океан воды, а океан газов, который мы называем нашей атмосферой. Нарисуйте у себя в голове такую картину: отметьте у себя на ладони 1 квадратный дюйм (около 6 кв. см) и представьте себе трубку, поднимающуюся от неё до самого космоса. Если вы стоите на уровне моря, вес воздуха в этой трубке составляет около 14,7 фунтов (6,5 кг). Этот вес давит на вашу руку, и для того, чтобы противостоять ему, ваше тело создаёт равную ей силу противодействия в 14,7 фунтов.

Наши тела оказывали это противодействие на протяжении всей нашей жизни, так что это не то, что мы обычно осознаём. Мы замечаем это только тогда, когда находимся в среде, где внешнее давление сильно отличается от того, к чему мы привыкли. На больших высотах, например, в нашей воображаемой колонне гораздо меньше воздуха, поэтому давление атмосферы значительно ниже. Вот почему пилоты надевают герметичные костюмы, когда летают на высотных самолётах. Точно так же, когда мы входим в океан, вес вышележащей воды добавляется к весу воздуха в колонне, увеличивая давление. Вот почему для работы на глубине необходимы водолазные костюмы.

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади, а атмосфера давит на вашу руку с силой 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря. Эта величина давления называется 1 атмосфера (обычно сокращенно «атм») — стандартная единица измерения, используемой для количественной оценки давления. Учёные также часто используют единицу измерения под названием бар, которая представляет собой примерно то же самое, что атмосфера, но выражается в единицах метрической системы мер. Слушая сводку погоды, вы можете услышать, что атмосферное давление измеряется при помощи ещё одной единицы измерений — миллиметров ртутного столба. Она по-прежнему используется по историческим причинам и представляет собой высоту столба ртути, вес которого точно уравновешивает вес столба воздуха, о котором мы говорили выше. Воздух при давлении в 1 атмосферу уравновесит столб ртути высотой 30 дюймов (760 мм или 76 см), и небольшие изменения этого давления — это движущая сила изменений погодных условий. Официальной единицей метрической системы для измерения давления является паскаль, названный в честь французского учёного и математика Блеза Паскаля (1623-62), который первым понял, как работает барометр. Одна атмосфера составляет около 100 000 паскалей.

Возможно, что вы, вероятнее всего, столкнётесь с измерением давления в кабинете врача, когда измеряется ваше кровяное давление, или на заправочной станции, где вы накачиваете шины своего автомобиля. Цифра на манометре у врача — это величина в миллиметрах ртутного столба, на которую давление в ваших артериях превышает давление атмосферы. Таким образом, значение артериального давления, равное 120, будет представлять собой общее давление 880 мм рт. ст., при этом вклад со стороны атмосферы составляет 760 мм рт. ст., а ваша кровь добавляет всё остальное. Шинный манометр на вашем автомобиле показывает давление в psi (фунты (p) на квадратный дюйм (si)).

Давление несколько необычно в том смысле, что в разных областях науки используются совершенно разные единицы измерения, несмотря на случайные замечания в духе школьной учительницы со стороны официальных органов. Как отмечалось выше, в медицине и метеорологии по-прежнему используется миллиметр ртутного столба, но в инженерных приложениях вы, скорее всего, столкнетесь с фунтами на квадратный дюйм, а учёные, работающие с высоким давлением, часто используют бар и т. д. По-видимому, это глубоко укоренившаяся человеческая черта — цепляться за старые системы измерений. Как же ещё объяснить тот факт, что, когда вы идёте в хозяйственный магазин, чтобы купить гвозди, вы обнаруживаете, что их размеры указаны в пенни[6], единице измерения, обозначаемой буквой d? Хотите верьте, хотите нет, но мы унаследовали эту единицу от Римской империи («d» означает «денарий» — название одной из серебряных монет империи). Ещё один пример нежелания отказываться от старых единиц измерения можно увидеть в том факте, что Соединённые Штаты остаются единственной промышленно развитой страной, которая не перешла на метрическую систему мер — здесь следует отметить, что оба автора считают это положение дел в высшей степени разумным, поскольку такой переход доставит гораздо больше проблем, чем оно того стоит.

Как мы уже сказали выше, опускаясь под поверхность океана, мы испытываем увеличение давления. Марианская впадина в Тихом океане — это самое глубокое место в океанах Земли. Его глубина составляет чуть более 6,5 миль (36 070 футов, или 10 994 м). На этой глубине давление воды составляет 1086 бар, что более чем в 1000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря. Чтобы понять это наглядно, представьте, что на каждом квадратном дюйме вашей кожи стоит слон, а затем добавьте ещё по одному слону на каждые 4 квадратных дюйма (около 25 кв. см) для ровного счёта.