Paradoxul lui Fermi…şi câteva răspunsuri


Suntem singura planetă cu viaţă pe care o cunoaştem. Cunoaştem în schimb mii de planete şi un număr imens de stele (cam vreo 10 mii pentru fiecare grăunte de nisip de pe pământ – asta ca să răspundem la vechea întrebare dacă sunt mai multe fire de nisp decât stele…).

Marea ecuaţie a vieţii pusă de Drake zice că, probabilistic, sunt nenumărate lumi cu viaţă şi, mai ales, cu viaţă inteligentă. Fermi, văzând rezultatele, a întrebat: ok, şi de ce nu ne cunoaştem? De ce Universul e tăcut?

Înainte de merge mai departe să ne reamintim un picuţ problema unicităţii noastre. Că Pământul e fix, în jurului său se învârt toate, suntem unica specie făcută cu inteligenţă …şamd. E util să comparăm cunoaşterea ştiinţifică a unui evreu de acum 3000 de ani cu cea a lui Ptolemeu, doar cu 1000 de ani mai târziu. Pământul biblic e plat (mi se pare extrem de curios că nici un taliban religios nu mai îndrăzneşte să spună că e plat 😀 dar susţine în continuare că Darwin greşeşte deşi sursa lui de inspiraţie e aceeaşi…. :)) ). Homer e sigur că e plat. Herodot combate doar ideea că Okeanos înconjoară toate marginile pământului… Şi deja ştie că în emisfera sudică Soarele apare … la nord şi nu la sud, cum e în cea nordică (deci e ceva în neregulă cu farfuria…). Pitagora şi Parmenide sunt primii care dau noţiunea de pământ sferic, Eratosthene îi calculează circumferinţa iar Ptolemeu foloseşte sfera ca model pentru geografia sa, cu latitudini şi longitudini… A mai durat cam 1500 de ani pentru ca Tycho Brahe, Kepler şi Copernic să folosească alt model… Cel heliocentric. Iar Newton să fundamenteze ştiinţific asta.

Problema e că, logic vorbind, un pământ plat şi cu Universul învârtindu-se în jurul lui e foarte capabil să genereze teoria că suntem specia favorită a Creatorului. Fie si un pământ sferic dar tot în centru e destul de palatabil… Dar odată cu Newton şi Copernic teoria geocentrică s-a dus pe copcă pe măsură ce astronomia modernă aducea dovezi din ce în ce mai solide pentru modelul heliocentric… Apoi au venit telescoapele moderne, radiotelescoapele, Einstein şi Eddington, bing-bang-ul şi Hubble… Deodată nu doar Soarele nu mai e centrul universului ci suntem într-o periferie a unei galaxii din milioane de galaxii observabile… Dacă am luptat atâta împotriva unicităţii religioase atunci, cu aceeaşi logică, nu ar trebui să fim unica planetă cu viaţă înteligentă.

Aici vine Drake, cu faimoasa ecuaţie. Datele s-au mai schimbat un pic de când le-a estimat el prima dată dar… Înmulţind numărul de stele din Univers cu procentul celor stabile apoi cu procentul celor care au sisteme planetare, apoi cu cel al planetelor aflate în zona stabilă pentru apă lichidă şamd. În final rezultă un număr. Indiferent de estimări, oricât de conservatoare sau de restrictive, numărul posibilităţilor de viaţă inteligentă e destul de mare… Aici a intervenit Fermi…”Ok, dacă sunt atât de multe, de ce nu ne întâlnim?” Aici e unul din punctele tari ale cititorilor fără discriminare. Explicaţii sunt. Nenumărate.

Hai să privim lucrurile dintr-o altă perspectivă. Asimoviană. În ciclul Fundaţiei e exprimată la un moment dat această problemă. De ce doar specia umană a colonizat Galaxia. Explicaţia dată e că noi am ajuns primii la pragul de inteligenţă şi cunoştinţe ştiinţifice pentru a face călătorii interstelare. Şi unul din motive ar fi Luna, un satelit mare care stabilizează planeta. Şi asigură prin maree colonizarea uscatului. (Nu, nu e SF, Asimov e biochimist şi profesor universitar). Dar nu e suficient… Ok, din punct de vedere istoric, cineva trebuie să fie primul. Problema e că, la nivelul cunoştinţelor noastre actuale, dacă ne punem mintea putem coloniza galaxia în 3,75 milioane (nu, nu e o greşeală – aproape patru milioane) ani. Desigur, nu e ceva care să fie fezabil pe termen scurt dar… Există şi alte ipoteze (alienii sunt prea evoluaţi şi nu îi auzim-vedem: folosind un radio nu poţi prinde un telefon celular; sunt prea evoluaţi şi ne supraveghează sau ne ignoră; orice supercivilizaţie sfârşeşte prin autodistrugere; nu e posibilă călătoria interstelară;  nu e interesantă, etc). Ceea ce e luat însă ca fiind suficient e timpul. Aici însă s-ar putea să avem probleme:

  1. Au trecut 14 miliarde de ani de la Bing Bang dar viaţa a apărut pe Pământ acum 4 miliarde… 10 miliarde în plus ar trebui să conteze (în 3000 de ani am trecut de la ipoteza ţestoaselor ca suport pentru Pământ la cea a particulei lui Higgs… peste 3000 de ani unde vom fi?):
  2. pentru ca elemente mai grele, indispensabile pentru viaţă, să se formeze e nevoie de supernove şi de concentrare în sisteme planetare. Încă nu putem estima cam cât din din cei 10 miliarde de ani au fost ocupaţi cu asta.
  3. formarea galaxiei a durat destul. Discul central s-a format cam la 5 miliarde de ani de la condensarea iniţială a galaxiei. Perioada de formare e destul de periculoasă prin perturbările pe care le poate provoca sistemelor planetare. Dar numărul de sisteme e suficient de mare ca, mai ales prin periferie, să fie suficientă linişte…
  4. Să presupunem că trecem peste aceste elemente necesare (linişte gravitaţională, elemente grele, zona Goldilocks – planeta se află la distanţa optimă de soare pentru ca să nu primească prea multă căldură şi să ajungă un iad ca Venus sau prea puţină şi să fie îngheţată ca Marte. ). Există în structura vieţii şi a teoriei lui Darwin elemente ca evoluţia spre inteligenţă să nu fie o destinaţie inevitabilă ci doar un accident? Există. Şi nu puţine. Evoluţia vieţii pe Pământ are suficiente etape ciudate. Să începem tot cu cele astronomice… :

A). Soarele tânăr era cu 30% mai puţin luminos… Cu datele de azi ale atmosferei…am fi îngheţaţi. Cu toate astea geologia ne zice că nu am pupat nici o eră glaciară pâna acum 2,4 miliarde de ani. Ok, avem gaze de seră (CO2, metan şi altele care nu ar putea exista în atmosferă oxigenată) care pot ridica temperatura… dar Soarele se încălzeşte pe parcurs… şi temperatura creşte…. Şi totuşi brusc avem o eră glaciară, urmată de altele, inclusiv de Snowball Earth (un Pământ complet îngheţat…). E foarte convenabil că prima eră glaciară coincide cu primele vârfuri de oxigen din fotosinteză… E ca şi cum biosfera ar lucra împotriva ei înşişi… Mark one.

B)Primele semne incontestabile de viaţă apar cam acum 3,8 miliarde ani, cu siguranţă acum 3,5 miliarde. Dacă vă întrebaţi de ce nu mai devreme e pentru că ultimul mare bombardament meteoric s-a sfârşit cam acum 4 miliarde de ani. Ceea ce arată că apariţia vieţii a fost foarte rapidă odată ce planeta s-a stabilizat (sau chiar mai repede dar a supravieţuit în zone mici, ferite de bombardamentul meteoric – adâncimile oceanului, peşteri, etc…) Mark two

C) Şi urmează o linişte destul de mare până la apariţia fotosintezei. E de presupus că a apărut repede dar…a durat cam 1 miliard de ani până când începe să îşi facă simţite efectele. Primele semne de rugină (semn că există suficient oxigen în aer pentru ca fierul să se oxideze) apar cam acum 2,4 miliarde ani. Mark three.

D) Criza oxigenului (pentru viaţa de atunci oxigenul liber era otravă pur şi simplu), cumulată cu câteva glaciaţiuni şi alte lucruri asemănătoare a dus la ceea ce s-a numit miliardul plictisitor, un miliard de ani în care nu se întâmplă mare lucru… de la 1,7 miliarde de ani până acum 700 de milioane de ani…

E) Abia de atunci viaţa începe în pas vioi, cu fauna ediacarană, cu explozia din Cambrian, şamd… Aţi observat că nu am discutat despre eucariote, primele multicelulare şi cucerirea uscatului.

 

Pentru că fiecare din etapele (mult simplificate, ştiu 😀 ) are mici  probleme. Mai reţineţi cele trei stări de echilibru din fizică: static, dinamic şi indiferent? Cel static e ferm, fiind o stare din care greu se iese. Cel dinamic se menţine doar pentru că forţele care acţionează sunt egale şi de sens contrar iar cel indiferent … e indiferent. Dacă aplicăm un pic de fizică etapelor vieţii de pe pământ avem nişte surprize interesante…

Etapa A are marile probleme ale modificărilor de lumină solară şi a modificărilor climatice. Ok, Pământul hadean e ceva mai fierbinte (acreţie, bombardament, vulcani, etc) dar …vedem cum Venus a luat-o razna. Ceva mai aproape de Soare şi…peste 400 de grade în atmosferă… Goodbye life. Pe Pământ, odată cu apariţia vieţii se poate presupune că viaţa papă gaze de seră şi reduce efectul. (De ce nu şi pe Venus?: un studiu zice prea aproape, altul zice că s-a răcit prea lent. Ce e important e dacă pierderea apei s-a întâmplat în faza de oceane – cu implicaţia posibilităţii vieţii sau în faza de răcire!). Pe lângă aportul vulcanilor la răcire (prin erupţii de cenuşă) şi la încălzire (gaze de seră), trebuie luat în calcul şi tectonica plăcilor, câmpul magnetic terestru, etc… Cel mai important e dacă viaţa poate contribui la contrabalansarea creşterii puterii solare. Fotosinteza a eliminat gazele mai puternice de seră (gen metan) prin creşterea oxigenului atmosferic. Organismele cu schelet de carbonat de calciu îngroapă CO2 prin depunere. Vegetaţia şi planctonul modifică albedo-ul. Dacă toate aceste elemente (şi muuulte altele) reuşesc să ajungă într-un ciclu suportiv atunci e ok (de exemplu – fotosinteza elimină enorm de mult O2, scad foarte mult gazele de seră, scade temperatura globală, oceanele îngheaţă, Pământul se acoperă de gheaţă, albedoul creşte, temperatura scade şi mai mult….Aşteptăm vulcanii să producă gaze de seră pe care puţinele organisme vii nu le mai elimină, scade cantitatea de oxigen, temperatura creşte, se dezgheaţă oceanele, se reporneşte fotosinteza şamd. Catastrofa e oprită de tectonica terestră). Există însă mult mai multe moduri prin care lucrurile pot deraia decât cele în care pot rămâne în echilibru… Avem un echilibru dinamic, care poate ajunge foarte uşor într-unul static…dar nedorit. We got lucky. Very lucky. Am avut Pământul ca un bulgăre de zăpada…

În etapa B viaţa se nutreşte din procese energetice bazate pe orice altceva decât oxigen. Mai puţin energetice şi cu resurse limitate. Oceanul e destul de mare şi bogat iar biochimia anaerobă are părţile ei frumoase. Această etapă are un mare dezavantaj. Necesită resurse (poţi hidrogena sulful, fierul, transforma diverse surse de carbon în metan, etc dar numai până la epuizarea substratului energetic). Ca atare nu putem vorbi de viaţă evoluată pentru că resursele energetice sunt limitate. O bacterie se descurcă trăind pe un strat de sulf, să zicem. Dar o viaţă complexă are niscaiva probleme să evolueze. Pur şi simplu nu are destule resurse pentru a creşte repede. Mai sunt şi alte probleme dar aici e una din principalele etape limitante. Reacţiile de oxidare dau mai multă energie decât cele de reducere: respiraţia aerobă duce la 36-38 molecule ATP faţă de 2 molecule ATP în cea anaerobă… Viaţa complexă necesită energie multă. Nu seamănă cu un echilibru static?

Etapa C. Vrei mai mult? Trebuie să foloseşti o sursă energetică externă – lumina solară, de exemplu, şi să intri într-un ciclu chimic care să utilizeze un compus uşor de găsit, să îl transforme într-unul înalt energetic, să obţină energie şi să aibă ca rezultat final energie şi compusul iniţial pentru a reiniţia ciclul. Viaţa pe Pământ a reuşit aproape perfect. Fotosinteza foloseşte CO2 şi H2O şi elimină O2. Iniţial nu exista respiraţie şi atunci O2 se elimină în atmosferă ca produs de excreţie. Carbonul rămâne în biomasă, e adunat şi depus pe fundul oceanelor (fie sub formă de carbonat fie doar ca biomasa nedegradabilă şi…viitor petrol!). Şi ajungi la hiperoxigenare… Pentru a reduce impactul oxgenului ar fi trebuit ca ciclul final să producă tot CO2 şi H2O. Cum asta nu se întâmplă atunci intervine respiraţia – subtratul energetic reacţionează cu O2, produce CO2 şi apă. Chloroplastele se ocupă de fotosinteză, mitochondriile de respiraţie. Şi iar avem un echilibru dinamic….când un element o ia razna….avem Carbonifer – mai multe plante producătoare de O2 şi prea puţini consumatori (deh, tocmai inventaseră lignina – greu comestibilă! – trunchiurile necomestibile se transformă în cărbunele pe care îl ardem azi iar atmosfera ajunge la peste 35% oxigen. Suficient pentru incendii masive, insecte uriaşe şi…una bucată glaciaţie. Cu o extincţie spre final). Deci din nou un echilibru dinamic între un proces şi altul. Pe care azi îl stricăm… arzând carbonul îngropat şi revenind la temperaturile ridicate de atunci.

Etapa D: Buun, avem O2 şi …nimic? Nimic. 1 miliard de an …plictisitor.  În fine nu chiar atât de plictisitor (mai o glaciaţiune, mai o evoluţie în biochimie…dar nimic mai sus de o algă multicelulară… E adevărat că în etapa asta apare multicelularitatea. Cam de vreo 46 de ori, independent. Deci e suficient de competitivă. Dacă e să comparăm cu ediacara sau cu explozia din cambrian vom fi extrem de nesatisfăcuţi. De ce doar multicelulare şi nu forme mult mai complexe? Pentru că nu e încă suficient oxigen, pentru că plăcile tectonice îşi fac de cap, pentru că avem glaciaţiuni importante…Mai mult, forma de organizare ca saltea de microbi. Un strat de microbi care se aşează pe orice suprafaţă. Hooo, veţi spune. O fi aşa pe uscat…dar apa? Acolo e o soluţie… Greşit. Confundaţi marea de azi (plină de vietăţi multicelulare) cu cea de acum cîteva miliarde de ani. Acum 2 miliarde de ani NU existau fiinţe care să răscolească stratul de microbi şi, ca atare, arăta cam cum arata o baltă stătută. Un strat viu în care era foarte greu să te mişti şi…cam atât. Pentru un unicelular e cumplit să te mişti (apa e foarte vâscoasă) iar pentru un multicelular cu puţină energie…e dificil. Din nou un echilibru relativ static. Sunt mult mai multe de discutat aici dar am simplificat suficient.

Etapa E. Şi a zis DNA-ul (dezoxiribonucleicu, nu Kovesi!) să fie forme complexe de viaţă în Ediacara. Şi să explodeze în Cambrian. De ce? Ce a stricat echilibrul anterior?? Păi echilibrul relativ static s-a tot dus înspre Pământul bulgăre de nea. Adică o extincţie masivă. Că a fost tot sau aproape tot acoperit nu prea mai contează, important e că odată ieşită din glaciaţiune viaţa a găsit nişe ecologice goale (o extincţie asta face – elimină unele organisme şi creează oportunităţi pentru altele) şi o situaţie relativ …stabilă. Pe baza mai multor ipoteze şi a prerechizitelor din miliardul plictisitor… încep să apară forme complexe. Pe măsură ce devin mai complexe e firesc ca selecţia naturală să fie mai puternică, presiunea pe anumite nişe ecologice mai mare (de aia bureţii de mare arată ca acum câteva sute de milioane de ani în timp ce Pikaia a dus la Homo Sapiens!) şi pasul evoluţiei să fie mai vioi (ok, şi faptul că unele celule se sacrifică pentru echipă – creşterea unui organism complex începe de la o singură celulă, sexul are şi el nişte implicaţii, matematica chiar mai multe!). Peste tot e un echilibru instabil – fiecare invenţie evolutivă îl modifică.

Vedeţi problema? Nu că nu e suficient timp… Uneori e prea mult timp. Dacă nu ar fi apărut fotosinteza….temperatura ar fi crescut peste punctul de fierbere al oceanelor şi am fi ajuns ca Venus. Dacă ar fi apărut prea devreme…ne-am fi congelat prea tare. Dacă Snowball Earth nu ar fi fost suficient de puternic atunci explozia din cambrian poate nu ar fi apărut. Dacă un asteroid mare, o stea neutronică sau altceva din Cosmos s-ar fi intersectat cu noi … putea fi game over.

Viaţa nu are teleologie, nu are scopul de a evolua de la bacterie la om. Viaţa e o chestie oportunistă, care ia avantajele imediate şi ignoră profund implicaţiile ulterioare. Pământul nu e Gaia. Doar dacă anumite condiţii sunt îndeplinite atunci se trece la un alt nivel. Cu toţii ştim paradigma clasică a echilibrului ecologic – leii mănâncă gazele şi se înmulţesc. Gazelele scad ca număr, leii mor de foame, gazelele îşi revin. Şamd. Chiar şi la un echilibru atât de simplu pot exista deraieri. Leii mănâncă gazele şi bivoli africani. Gazelele scad dar populaţia de lei se menţine pe seama bivolilor, mai greu de vânat dar cu mai multă carne. Un leu care are de ales între o gazelă şi un bivol va alege gazela, mai uşor de vânat. Ca atare gazelele devin din ce în ce mai rare până la dispariţie. Abia atunci numărul de lei se va adapta la numărul de bivoli. Dar … gazelele au intrat în lungul şir al speciilor dispărute. Nişte lei cu …inteligenţă ar fi vegheat asupra numărului de gazele şi le-ar fi protejat…nu-i aşa?

Dar despre asta, concluzii şi răspunsul la paradoxul lui Fermi…în partea a II-a.

 

 

Anunțuri

2 thoughts on “Paradoxul lui Fermi…şi câteva răspunsuri

  1. Apropo de lei, gazele şi bivoli … în cadrul biocenozelor totuşi prădătorii reprezintă factori reglatori ai acestora. Ei sunt numiţi şi “gunoieri ecologici” deoarece elimină indivizii bolnavi, cu o valoare biologică redusă. Între populaţiile pradă şi prădător se stabileşte un echilibru numeric, cu valori care oscilează între anumite limite şi care se repeta dupa un interval de timp regulat.
    Prădătorismul poate avea consecinţe evoluţionare şi ecologice importante pentru ambele specii (prădător şi pradă), având de asemenea efecte asupra structurii şi funcţiilor comunităţilor şi ecosistemelor.
    Prădătorismul face parte din relaţiile interspecifice directe: neutralismul, competiţia,
    cooperarea (protocooperarea şi simbioza sau mutualismul), comensalismul (inclusiv forezia, inquilismul şi metabioza), amensalismul (antibioza, competiţie cu sens unic), parazitismul, alelopatia.
    Specia umană este singura specie care nu se supune şi nu respectă legile ecologiei, funcţiile ecosistemelor şi acţionează de parcă ar fi sămânţa de haos din grădina edenului creat de Dumnezeu. Era prea perfectă viaţa şi pământul Creaţiei … sau Evoluţiei (după cum ar spune alţia … ).
    In concluzie …. eu cred că sigur suntem o specie extraterestră …

    • Dupa cum spuneam am redus foarte mult ecosistemul… 😀 De aceea ai dreptate cu prădătorii, eu doar am supersimplificat pentru a da un exemplu că echilibrul ecologic nu e întotdeauna atât de simplu pe cât pare şi că şi mama natură poate greşi…
      Noi suntem, probabil, cele mai rele vieţuitoare din nişte puncte de vedere: egoişti, ne urmăm doar interesele pe termen scurt, ocupăm toate nişele posibile, eliminăm orice competiţie…Încă un pic şi descriem primele organisme ce s-au apucat de fotosinteză… 😀
      Corecţia mea e că nici o specie nu respectă ecologia ci doar e forţată să o respecte. Însă uneori e atât de …diferită de restul speciilor încât nu prea mai poate fi oprită. Ai senzaţia că e .. din altă lume 😉 . Buclele de feed-back evoluţionist pot fi uneori imens de puternice!
      PS Welcome!

Dacă ai ceva de spus, comentează!

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s