Nauki przyrodnicze [2025-03-12]

Było sobie życie

— Marcin Behrendt

Skąd się wzięło życie na Ziemi, jak funkcjonuje, w jakiej jest kondycji, co mu zagraża? – na te i wiele innych pytań dotyczących naszej planety starają się odpowiedzieć naukowcy z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w książce "Ziemia planeta życia".

"Ziemia. Planeta życia" to druga z trzech publikacji dotyczących życia na Ziemi autorstwa badaczy z naszego uniwersytetu. Pierwszą –  "Kosmos i życie" biolog prof. dr hab. Jan Kopcewicz napisał wspólnie z astronomem dr. hab. Andrzejem Stroblem i kognitywistą prof. dr. hab. Włodzisławem Duchem. Tym razem prof. Kopcewicz oprócz prof. Strobla zaprosił do współpracy geologa prof. dr. hab. Andrzeja Sadurskiego. Trzecią książkę "Pytania o życie" biolog napisał sam. Publikacje ukazały się nakładem Wydawnictwa Naukowego UMK.

Jestem biologiem, a biologia to nauka o życiu - mówi prof. Kopcewicz. – Zawsze bardziej niż identyfikowanie i opisywanie gatunków pociągała mnie biochemia, biofizyka, biologia molekularna oraz filozofia przyrody. Życie to fenomen, być może występujący jedynie na naszej planecie. Dlatego tak bardzo mnie interesuje.

Jak powstało życie

Biolog tłumaczy, że życie to materia plus informacja. W pewnym momencie wzorce informacyjne i chemiczne połączyły się i zaczęło się tworzyć coś, co nazywamy komórką. To był nieprawdopodobnie trudny proces. Obecnie istnieją trzy główne teorie, jak do niego doszło. Pierwsza dowodzi, że zupełnym przypadkiem. Na naszej planecie zaistniały specyficzne warunki, w których mogło powstać życie. Nagle reakcje się udały, powstały komórki i rozpoczęła się ewolucja. Pogląd, że taki przypadek mógł się zdarzyć tylko raz, bo jest zbyt skomplikowany, głosiło wielu znanych naukowców, m.in. Francis Crick, jeden z dwóch laureatów Nagrody Nobla za odkrycie struktury DNA, oraz Jacques Lucien Monod nagrodzony Noblem za odkrycie mechanizmów genetycznej kontroli działania komórek.

Druga możliwość zakłada, że powstanie życia to proces, który zachodzi w kosmosie wszędzie tam, gdzie są spełnione pewne warunki. Te kryteria są bardzo ściśle określone. Zostały spełnione na Ziemi i jeśli gdzieś istnieją podobne uwarunkowania, to życie też powstaje. Ale jeśli tak jest, to musi istnieć prawo życia, określony mechanizm, który życie w określonych warunkach powołuje. Musi być on opisany w prawach natury, których jeszcze nie znamy.

Trzecia teoria głosi, że życie powstało gdzieś w kosmosie i rozprzestrzenia się na zasadzie tzw. panspermii. Zarodki życia przemieszczają się wraz z meteorytami. 4 mld lat temu na naszej planecie trafiły na sprzyjające warunki i rozpoczęły proces ewolucji. – Przy tej teorii należy pamiętać o dwóch rzeczach. Po pierwsze: jeśli jest prawdziwa, w dalszym ciągu musi istnieć jakiś mechanizm, który powołał życie – uważa prof. Kopcewicz. – Po drugie: życie na Ziemi jest wariantem życia kosmicznego, które w różnych uwarunkowaniach kosmicznych się powiela. Ale to nie oznacza, że jest takie samo. Ono może w każdym miejscu, w każdej lokacji tworzyć się trochę inaczej, nie według typu ewolucji darwinowskiej, jaka zaistniała u nas. To może być całkowicie inny układ, którego nie znamy. Moglibyśmy go poznać, gdybyśmy to życie odkryli. Jeśli stwierdzimy, że było kiedyś życie na Marsie, oczywiście w postaci komórek, to mogło być trochę odmienne od naszego, ale jednak podobne. Świadczyłoby to o panspermii. Lecz jeśli byłoby całkowicie inne, nieoparte na DNA, na takich białkach, jakie znamy na Ziemi, wtedy dochodzimy do wniosku, że to nie panspermia, tylko że życie może powstawać wszędzie.

Określenie warunków, które przyczyniły się do powstania życia, jest niezwykle trudne. W tym przyczynowo-skutkowym ciągu zdarzeń są ogromne luki czasowe i procesowe. Na pewno musiał być odpowiedniej wielkości glob, odpowiednie uwarunkowania zewnętrzne, czyli spokój. Coś musiało wyczyścić pierwszy, gigantyczny okres bombardowania kosmicznego. Prawdopodobnie były to większe planety od naszej, które swoją siłą grawitacyjną oczyściły otoczenie Ziemi. Musiał być odpowiedni księżyc, który stabilizował oś obrotu planety, odpowiednia masa Ziemi, żeby utrzymać atmosferę.

Każda gwiazda we wszechświecie może mieć swój układ planetarny, co w sumie daje nam setki miliardów obiektów – mówi prof. Strobel. – Patrząc statystycznie – na którymś z nich musi być życie.

Prof. Kopcewicz przyznaje, że najbardziej utożsamia się z teorią, że życie tworzy się w różnych miejscach wszechświata, chociaż od razu zastrzega, że trzeba odróżnić życie od życia, ponieważ przeważnie gdy myślimy o życiu, wyobrażamy sobie człowieka albo ziemskie rośliny i zwierzęta. A życie występuje też wyłącznie w formie komórkowej. Na naszej planecie przez ponad 3 mld lat życie istniało tylko w postaci jednokomórkowej: archeonów i bakterii. Ewolucja nigdy nie posunęłaby się dalej, gdyby nagle komórka bakteryjna nie połączyła się z archeonem. Z tego połączenia powstała komórka eukariotyczna, dużo większa, silniejsza, z mitochondrium, które jest fabryką energii. Zdolności energetyczne nowej komórki otworzyły możliwość dalszej ewolucji w kierunku organizmów wielokomórkowych.

Wyjątkowa planeta

Ziemia ma około 4,7 mld lat. Pierwsze organizmy żywe pojawiły się około 4 mld lat temu, a rozwinęły w ciągu ostatnich 700 mln lat. Należy pamiętać, że w tym czasie planeta przechodziła istotne przeobrażenia, była bombardowana przez asteroidy i miała długie okresy niesprzyjające rozwojowi życia. Można więc przyjąć, że życie, które znamy obecnie, powstało w ciągu około 200 mln "spokojnych" lat. To był niezwykle szybki proces. Jeśli istnieje prawo życia, to życie jednokomórkowe może powstawać dosyć łatwo. Jeśli to, co wydarzyło się na naszej planecie nie było przypadkiem, być może życie jest dosyć popularne we wszechświecie. Ale to nie oznacza, że ewolucja musi posuwać się dalej.

Prof. Sadurski tłumaczy, że Ziemia ma metaliczne duże jądro, którego nie mają inne planety naszego układu, ma otoczkę tzw. magnetosfery, warstwę ochronną w postaci pasów Van Allena, a w czasie ewolucji wykształciła się jeszcze warstwa ozonowa. Dzięki temu życie na Ziemi powstało tak wcześnie, a później jeszcze gwałtownie przyspieszyło. – Ostatnie 500-600 mln lat to okres szybkiego różnicowania się organizmów – podkreśla geolog. – Możemy powiedzieć, że tak szybko jak w paleozoiku zmieniała się flora i fauna, tak szybko teraz ewoluuje świadomość.

Prof. Kopcewicz mówi, że to właśnie świadomość jest sensem istnienia życia. Zakładanie, że we wszechświecie jest wiele cywilizacji podobnych do naszej, tworzenie filmów, w których te cywilizacje nas atakują, to tylko ludzka wyobraźnia, która przekracza granice sensowności.

To oczywiście nie określa, że we wszechświecie jest tylko jedna forma życia – zastrzega prof. Strobel. – Ale tylko jedną znamy i co do niej możemy pokusić się o powiązania procesów przyczynowo-skutkowych, żeby zbudować obraz tego, jak powstało życie. O innych formach nic nie wiemy. Można teoretycznie dowodzić, że one mogą istnieć. Ale jaką mają postać, możemy tylko domniemywać, puszczać wodze wyobraźni.

Astronom dodaje, że ogólna wiedza człowieka o kosmicznych uwarunkowaniach jego istnienia jest minimalna. Chętniej sięgamy do wyobrażeń starożytnych niż współczesnych. – Pierwszym, który 500 lat temu określił kosmiczne uwarunkowania istnienia człowieka, był Mikołaj Kopernik – mówi toruński astronom. – Poprzedzało go błędne, ale niezwykle wygodne mniemanie zbudowane nie tyle na wiedzy, co na przyjęciu pewnych założeń. Według nich Ziemia jest szczególnym miejscem we wszechświecie i niezmiennie nim pozostanie. Tym – świadomie lub nie – kierują się światowi przywódcy, zakładając, że czegokolwiek byśmy nie zrobili, uwarunkowania naszego istnienia nie ulegną zmianie. Tymczasem wszystko się zmienia.

Naukowiec tłumaczy, że Ziemia to niezwykle mały, niewyróżniający się obiekt. Patrząc na nasz Układ Słoneczny, który w odpowiedniej skali mierzymy w setkach metrów, Ziemia ma tylko 1,3 mm średnicy. Funkcjonuje w całkowitej izolacji przestrzennej. Ludzie nie mają żadnych szans dostania czegokolwiek z zewnątrz i praktycznie żadnej możliwości ucieczki. Wszystko, czym dysponują, to powierzchnia tego niezwykle małego globu z jego surowcami, glebą, wodą i powietrzem. To, że się niczym nie wyróżnia, już w czasach Kopernika było źródłem ogromnego niepokoju. Łatwiej spojrzeć na Ziemię z perspektywy starożytności. Jeśli uznamy naszą planetę za centrum wszechświata, przestajemy mieć wątpliwości, dlaczego akurat tutaj rozwinęło się życie.

– Gdybyśmy porównali Ziemię do dużego jabłka, okaże się, że żyjemy na jego cienkiej skórce, to jest skorupa ziemska, bardzo wrażliwa strona planety – wyjaśnia prof. Sadurski. – Głębiej cały czas odbywa się przepływ materii, energii, w płaszczu Ziemi krążą prądy konwekcyjne, a ich ruch powoduje przesuwanie się płyt litosfery w skorupie ziemskiej. Stąd mamy kolizje kontynentów, otwieranie się oceanów, powstawanie gór, wulkanizm, trzęsienia ziemi. Pogląd, że żyjemy na spokojnej, stabilnej planecie, jest niczym nieuzasadniony.

Życiowa zadyszka

Zdaniem prof. Kopcewicza życie samo w sobie dobrze funkcjonuje na Ziemi, ale musi mierzyć się z ogromnymi zagrożeniami. Trzy najpoważniejsze to: zmiany klimatyczne, degradowana bioróżnorodność i ewentualność konfrontacji nuklearnej, co najszybciej może zmieść życie z powierzchni Ziemi.

Myślę, że jako gatunek ludzki przeżyjemy kolejne 200 tys. lat, ale nie oznacza to, że wszyscy przetrwają – ostrzega biolog. – Proszę sobie wyobrazić sytuację, w której katastrofa klimatyczna doprowadzi do tego, że zalane zostaną całe połacie naszej planety i np. wiele milionów ludzi musi uciec z Pakistanu. Dokąd pójdą? Będą przemieszczać się w kierunku Europy i Ameryki. I co zrobimy, zaczniemy do nich strzelać? Wtedy wybuchnie wojna nuklearna. Czy nasz gatunek się w tym wszystkim jakoś odnajdzie?

Jeżeli przyjmiemy życie jako cud teologiczny, to ono trwa wiecznie. Ale jako cud przyrodniczy zależy od uwarunkowań, w których funkcjonujemy, a z których często nie zdajemy sobie sprawy. – Nie mamy podstaw, aby twierdzić, że Słońce fizycznie zmienia się w sposób radykalny – mówi prof. Strobel. – Ono setki milionów lat było bardzo podobne. Przywykliśmy już do tego. Natomiast odpowiedź na bardzo otwarte pytanie, w jaki sposób zdarzenia na Słońcu kształtują klimat na Ziemi, już taka oczywista nie jest. Podejrzewamy, że wzajemne oddziaływania są znaczące, ale subtelnych związków, które określałyby nam pogodę kosmiczną i pogodę na Ziemi, nie znamy. Nie jesteśmy w stanie przewidywać długoterminowych zmian pogody na Ziemi. Mamy tylko poczucie, że ten związek kosmiczno-ziemski istnieje.

Wiadomo natomiast, że w układzie Słońce – Ziemia – Księżyc występują zmiany fizyczne, które jesteśmy w stanie mierzyć. Co roku Księżyc oddala się od Ziemi o 3,8 cm. W krótkim okresie jest to zmiana właściwie niezauważalna, ale w skali milionów lat może mieć poważne konsekwencje. Na to wszystko nakłada się jeszcze pewna cykliczność w historii klimatycznej Ziemi. Są opinie, że zmiany klimatyczne, które obecnie odczuwamy, już występowały i nie ma się czym martwić. Są też inne – że dołożyliśmy do nich małą cegiełkę i zaburzyliśmy równowagę. Naukowcy próbują to wszystko powiązać. Porównują ogromne ilości dwutlenku węgla wydostające się do atmosfery w wyniku erupcji wulkanów i dochodzą do wniosku, że działalność człowieka to tylko mikroelement. – Ale to jest układ złożony – zapewnia astronom z UMK. – Być może działalność człowieka, na którą mamy wpływ, jest językiem spustowym, granicą, której przekroczenie grozi poważnymi konsekwencjami? Dlatego na wszelki wypadek wyostrzmy uwagę. Nawet drobiny naszego negatywnego działania uwzględniajmy natychmiast. Przeciwdziałajmy, bo tak jest bezpieczniej.

Prof. Kopcewicz ostrzega, że zmiany klimatyczne idą w bardzo złym kierunku, a poza tym nadspodziewanie szybko. Jeszcze 50 lat temu dużych obszarów naszej planety nie obejmowała rewolucja przemysłowa, były rolnicze lub zalesione. – Rocznie produkujemy miliardy ton dwutlenku węgla – mówi biolog. – Klimatolodzy ostrzegają, że jest coraz cieplej, a ludzie mówią: "przecież po upalnym lecie przychodzi zima". Natomiast zmiany klimatyczne polegają na ekstremach. Z jednej strony mamy upalne dni, tajfuny, a z drugiej – niezwykle duże mrozy. Klimat jest rozregulowany.

Degradacja środowiska postępuje bardzo szybko. Jeśli pokrywy lodowe na biegunach będą nadal tak szybko topnieć, za 50 lat poziom wody w ocenach może się podnieść o 20 m. Czy ludzkość wtedy przetrwa? – Może tak, ale już w bardzo ograniczonej postaci – twierdzi prof. Kopcewicz. – Trzeba sobie zdawać z tego sprawę. Ludzie tego nie rozumieją, a z drugiej strony mówią "ja chce żyć, ile mi jeszcze tego życia zostało – 20, 30 lat?" To, co się dzieje, oceniam bardzo pesymistycznie. Mogłaby nas uratować ogólnoświatowa katastrofa. Ale nie taka wywołana przez człowieka, ale coś niezależnego od nas. Taki wstrząs. Wtedy może ludzkość by zrozumiała, że naprawdę tak dalej być nie może. Jest nam dobrze, ale doszliśmy do krańca. Tak się uzależniliśmy od pewnych rzeczy, że natura mało nas interesuje, chcielibyśmy tworzyć sztuczne życie. W momencie, w którym przekroczymy granicę, możemy już nie wrócić.

Podobnego zdania jest prof. Sadurski. – Biorąc pod uwagę działalność człowieka, kondycja Ziemi na pewno nie jest najlepsza – uważa geolog. – Poza tym, tak jak wszystkie obiekty, nasza planeta ma swój określony żywot. Za kilka miliardów lat przestanie istnieć wskutek ewolucji naszej gwiazdy – Słońca. Ziemia powstała ponad 4,5 mld lat temu, a za 4,5 mld lat prawdopodobnie jej nie będzie. Czas, żebyśmy zasiedlili inne planety.

Daleka droga

Nie jest to proste, bo podróże międzyplanetarne są bardzo czasochłonne. Musielibyśmy wymyślić inny sposób poruszania się w poszukiwaniu planet. Co więcej, choć w układach słonecznych stwierdzono istnienie wielu planet, nie wszystkie mają warunki dogodne do rozwoju życia: wodę, tlen i odpowiedni zakres temperatur. Bo jeżeli na powierzchni występowałyby temperatury rzędu 300-400 stopni C, to są małe szanse, by życie się utrzymało. Człowiek nie może funkcjonować w tak gorącym otoczeniu.

Ale bardzo proste formy żyjące bytują w ryftach, czyli kominach termalnych w środku oceanów – zauważa prof. Sadurski. – Wydawałoby się jeszcze niedawno, że białko w temperaturze 250-300 stopni C i ciśnieniu 300-400 atmosfer nie istnieje, a tymczasem okazuje się, że istnieje, ma się dobrze i funkcjonuje od wielu milionów lat. Możemy spotkać na innych planetach dogodne warunki, formy życia. Powstaje tylko pytanie, na jakim etapie rozwoju jest to życie.

Nowoczesna astronomia którą znamy, ma około 100 lat. Naukowcy cały czas zbierają informacje, próbują je syntezować, ale – jak sami przyznają – dalecy są od ostatecznych wniosków. – Życie znalazło warunki do rozwoju w miejscu, w którym leży Ziemia, między Marsem a Wenus, bo tutaj występuje woda w stanie płynnym, najlepszy rozpuszczalnik, jaki znamy – mówi prof. Strobel. – W często budowanym modelu Układu Słonecznego, w którym wszystko jest zmniejszone 10 miliardów razy, Słońce jest kulką o 15-centymetrowej średnicy. 15 metrów od niego leży Ziemia – kulka o średnicy 1,3 mm. Gdybyśmy do tego modelu dodali kolejną gwiazdę, co do której jesteśmy niemal pewni, że nie ma wokół niej takiej planety jak Ziemia, to leżałaby ona nie 30, nie 300 a 5000 km od Słońca.