Миллиарды лет назад на Земле произошли глубокие климатические изменения, которые оказали влияние на существующие формы жизни. Сегодня, с постепенным увеличением светимости Солнца, еще один важный фактор меняет условия существования жизни на Земле. Светимость Солнца увеличивается примерно на 1 % каждые 110 миллионов лет. Хотя в краткосрочной перспективе это может показаться незначительным, в более длительных временных масштабах это приводит к повышению температуры на Земле, что усложняет жизнь растений.
По мере увеличения светимости Солнца температура поверхности Земли постепенно повышается, что влияет на круговорот углерода, в частности на изменение силикатов. Этот процесс, лежащий в основе естественного углеродного цикла, удаляет углекислый газ из атмосферы. Но если при повышении температуры этот процесс уменьшается, растениям становится сложнее получать достаточное количество CO2 для фотосинтеза. Это вызвало беспокойство: как долго растения смогут выживать в условиях все более жаркой, бедной CO2 среды?
Группа исследователей из Чикагского университета и Научного института Вейцмана в Израиле недавно предложила модель, которая продлевает срок выживания растений на Земле. Исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, ставит под сомнение предыдущие оценки и предлагает новый, оптимистичный взгляд на будущее растений.
Предыдущая модель предполагала, что повышение температуры Земли и уменьшение содержания CO2 в атмосфере приведет к исчезновению растений гораздо раньше, в течение 1,3 миллиарда лет. Эта гипотеза основывалась на том, что изменение силикатов, жизненно важный процесс в углеродном цикле, сильно зависит от температуры. Но новые исследователи ввели важную переменную: зависимость изменения от CO2 . Если изменение становится менее чувствительным к температуре и более чувствительным к CO2 , это может замедлить падение концентрации CO2 в атмосфере, тем самым отсрочив «CO2 -голод» для растений.
Результаты этого исследования многообещающие: согласно модели, наземные растения могут просуществовать еще 1,7 миллиарда лет, что гораздо дольше, чем предыдущие оценки. Этот расчет основан на двух ключевых факторах: слабой зависимости изменения силикатов от температуры и более сильном взаимодействии с CO2 . Другими словами, даже если солнечный свет продолжит медленно увеличиваться, воздействие на растения может быть смягчено, что продлит их выживание.
Исследователи также рассмотрели два типа растений: C3-растения, которые составляют около 95 % растений на Земле, и C4-растения, более устойчивые к жарким и сухим условиям. Результаты показывают, что первые, более чувствительные к CO2 , исчезнут первыми, а вторые, такие как кукуруза, сахарный тростник и сорго, смогут выжить дольше. Растения C4 могут продержаться до 1,2 миллиарда лет или даже до 1,8 миллиарда лет при более оптимистичных условиях.
Увеличение продолжительности жизни растений будет иметь далеко идущие последствия для экосистемы Земли в целом. Без растений пищевая цепочка разрушится, и многие формы жизни, включая человека, исчезнут. Увеличение продолжительности жизни растений означает, что экосистемы Земли могут поддерживать жизнь гораздо дольше, чем считалось ранее. Эта модель предполагает, что Земля может продолжать поддерживать биоразнообразие растений в течение гораздо более длительного периода, предоставляя больше времени для эволюции животных и человека.
Это открытие также имеет важные последствия для поиска внеземной жизни. Лучшее понимание продолжительности жизни биосферы на Земле может помочь нам в поисках признаков жизни на других планетах. Исследователи предполагают, что продолжительность жизни растений на Земле может послужить моделью для оценки продолжительности жизни биосфер на других планетах и, возможно, определить, существуют ли там условия, благоприятные для жизни. Кроме того, модель более продолжительной жизни предполагает, что разумная жизнь может возникнуть легче в других уголках Вселенной, поскольку сокращает количество «трудных этапов», необходимых для появления развитых форм жизни.