Панспермия - жизнь из космоса

[Павел Васильев]

Там, наверно, и ледяных тел не осталось, все было сметено взрывами сверхновых еще на заре их истории.

Смотря какие шаровые созвездия. Средний диаметр у них 100–200 парсеков, звёзды в основном - старые красные карлики, а молодых в процентном отношении не так много. В центре конечно высока плотность населения, до 1000 звёзд в одном кубическом парсеке по сравнению с 0.12 звёзд в галактической окрестности Солнца, поэтому там скорее всего вместо планет от тесного сближения небесных тел остаются лишь астероидные пояса или остатки протопланетных дисков.  Хотя какие-то землеподобные планеты и могли сформироваться за 10 миллиардов лет, но металличность звёзд в целом низкая и условия на планетах тоже явно не самые лучшие для абиогенеза или панспермии. Но дальше на периферии плотность скопления падает до 100 и менее звёзд на кубический парсек, так что есть шанс обнаружить там достаточно много терранет и суперземель. Они могут иметь биосферы или, по крайней мере, обитаемые аквамиры. Шаровых скоплений в Галактике под 200 штук и многие с десятками миллионов звёзд, так что сбрасывать их со счета рано.

[Mercury127]

Бактерии живут даже в земной коре на глубинах в километры. Эти, если что, выберутся и продолжат.

это СЕГОДНЯШНИЕ там живут, после миллиардов лет эволюции. а мы говорим о только-только зарождающейся жизни. а зарождалась она, согласно последним данным, отнюдь не в камнях на глубине несколько км...

[Павел Васильев]

Там, наверно, и ледяных тел не осталось, все было сметено взрывами сверхновых еще на заре их истории.

Смотря какие шаровые созвездия. Средний диаметр у них 100–200 парсеков, звёзды в основном - старые красные карлики, а молодых в процентном отношении не так много. В центре конечно высока плотность населения, до 1000 звёзд в одном кубическом парсеке по сравнению с 0.12 звёзд в галактической окрестности Солнца, поэтому там скорее всего вместо планет от тесного сближения небесных тел остаются лишь астероидные пояса или остатки протопланетных дисков.  Хотя какие-то землеподобные планеты и могли сформироваться за 10 миллиардов лет, но металличность звёзд в целом низкая и условия на планетах тоже явно не самые лучшие для абиогенеза или панспермии. Но дальше на периферии плотность скопления падает до 100 и менее звёзд на кубический парсек, так что есть шанс обнаружить там достаточно много терранет и суперземель. Они могут иметь биосферы или, по крайней мере, обитаемые аквамиры. Шаровых скоплений в Галактике под 200 штук и многие с миллионами звёзд (Омега Центавра до 10 млн), так что сбрасывать их со счета рано..

[Dem]

Но дальше на периферии плотность скопления падает до 100 и менее звёзд на кубический парсек

Только звёзды там не висят постоянно, а периодически ныряют в центр.

[Павел Васильев]

Только звёзды там не висят постоянно, а периодически ныряют в центр.

Как часто, все? Я не встречал даже грубой количественной симуляции такого периодического движения звёзд в шаровых скоплениях. Хотя за 10 млрд лет всё может быть, но у многих K,M-звёзд должны быть достаточно длинные временные периоды стабильного существования, с низкой скоростью собственных движений. За эти 2-3 млрд лет на их землеподобных планетах и могла бы  появиться примитивная биосфера с прокариотами.

[библиограф]

 А вот попробуйте-ка мысленный эксперимент
Планета, копия Земли у солнцеподобной звезды.
Существует 4 миллиарда лет - и совершенно безжизненна.
Океаны, горы, вулканы, полярные шапки - и, никого-никого, ни водоросли, ни микроба?
Такое возможно?

[Ulkolainen]

Океаны, горы, вулканы, полярные шапки - и, никого-никого, ни водоросли, ни микроба?
Такое возможно?

Почему бы и нет?
Пока мы не знаем условий зарождения жизни - не можем утверждать, что именно земные (на любой их стадии) для него подходят.  А если представлять его по Кунину/Мазуру как абсолютную случайность, то именно таких (жизнепригодных, но безжизненных) планет должна существовать уйма.

[Инопланетянин]

Планета, копия Земли у солнцеподобной звезды.
Существует 4 миллиарда лет - и совершенно безжизненна.
Океаны, горы, вулканы, полярные шапки - и, никого-никого, ни водоросли, ни микроба?

Возникает вопрос, если растения не поглощают углекислоту - не будет ли она накапливаться до венеризации? Или хватит безжизненного океана для связывания?

[Маковец]

Океаны, горы, вулканы, полярные шапки

полярные шапки - уже признак жизни.
 без них -  длинный этап Венерной атмосферы с микробной жизнью. ( наслушавшись лекций о происхождении жизни)....

[Dem]

но у многих K,M-звёзд должны быть достаточно длинные временные периоды стабильного существования, с низкой скоростью собственных движений. За эти 2-3 млрд лет на их землеподобных планетах и могла бы  появиться примитивная биосфера с прокариотами.

Для этого эти планеты должны не отправится в свободный полёт при прохождении через центр скопления.

[Dem]

Возникает вопрос, если растения не поглощают углекислоту - не будет ли она накапливаться до венеризации? Или хватит безжизненного океана для связывания?

Связанная океаном углекислота или покроет его дно непроницаемым слоем, или, в случае движения океанических плит, будет затягиваться в недра и потом терморазлагаться и выходить через вулканы.
Т.е. вполне есть предел накопления.

[-Asket-]

Новые открытия поднимают вопросы о том, когда (и где) зародилась жизнь
В основополагающей статье, опубликованной в прошлом году в журнале Nature Ecology and Evolution, Эдвард Муди и соавторы описывают глубокий генетический анализ, который позволил им отодвинуть предполагаемый возраст LUCA до 4,09–4,33 миллиарда лет — на несколько сотен миллионов лет старше предыдущих оценок, основанных только на ископаемых остатках. Если открытие окажется верным, оно подтвердит более раннее исследование Элизабет Белл, которая утверждала, что обнаружила углерод, произведенный жизнью, в минерале возрастом 4,1 миллиарда лет.
Всего несколько лет назад большая часть научного сообщества сказала бы, что жизнь появилась на Земле только после так называемой « поздней тяжелой бомбардировки » — интенсивного падения астероидов и комет, которое произошло между 4,1 и 3,8 миллиардами лет назад (на основе лунных ударов, датированных во время миссий Аполлона на Луну). Предполагалось, что эта бомбардировка полностью стерилизовала молодую поверхность Земли , так что у жизни не было шансов, пока избиение не закончилось. Хотя ученые недавно задавались вопросом, произошла ли эта тяжелая бомбардировка на самом деле — и в какой степени она стерилизовала бы раннюю биосферу — большинство по-прежнему считало, что первые убедительные доказательства жизни на нашей планете имеют возраст от 3,5 до 3,8 миллиарда лет.
Новое исследование может изменить ситуацию. Хотя точный возраст LUCA может показаться многим читателям неважным — что такое несколько сотен миллионов лет в масштабах Вселенной? — этот хронологический критерий имеет далеко идущие последствия. Если Муди и его коллеги правы, это означает, что жизнь зародилась чрезвычайно быстро, почти сразу после того, как наша планета стала пригодной для жизни.
Согласно нашим современным знаниям, Земля образовалась около 4,56 миллиарда лет назад, а Луна (бурно) – примерно 100 миллионов лет спустя. Таким образом, до появления первых живых клеток остаётся очень короткий промежуток времени, возможно, всего около 200 миллионов лет. Команда Муди также обнаружила, что эта ранняя жизнь уже была довольно сложной и кодировала около 2600 белков, что сопоставимо с современными бактериями. У неё даже была примитивная иммунная система, защищавшая её от вирусов.
Неужели жизнь действительно возникла так быстро, подобно инфляционной фазе Вселенной сразу после Большого взрыва? Это, безусловно, быстрее, чем большинство из нас думало ранее. И если это произошло так быстро, разве не должно быть относительно легко расшифровать этапы развития жизни?
Однако мы до сих пор не имеем точного представления о том, как все эти функциональные компоненты объединились. Мы даже не знаем наверняка, в какой среде зародилась жизнь. Возможно, это было вблизи гидротермальных источников «чёрных курильщиков», но это также могло быть в прудах, на приливных отмелях или в других местах. Мы просто не знаем.
Захватывающая дух скорость, с которой жизнь появилась на Земле, открывает дверь к другой интригующей возможности, известной как «панспермия» — идее о том, что жизнь зародилась на какой-то другой планете и попала сюда вместе с метеоритами. Это старая идея, которую обычно отвергают, поскольку она представляется статистически крайне маловероятной. Я согласен с этой оценкой, если метеорит прилетел из-за пределов Солнечной системы: путешествие через межзвёздное пространство в течение многих веков, вероятно, стерилизовало бы любые формы жизни из-за жёсткого излучения. Более того, любой объект, прибывший из столь далёких мест, с гораздо большей вероятностью упал бы на Солнце или Юпитер из-за их гораздо более сильного гравитационного притяжения.
Но совсем другое дело, если метеорит, зародивший жизнь, прилетел с Марса. Вполне вероятно, что жизнь зародилась на Красной планете независимо от нашей. Наши два мира образовались примерно в одно и то же время, но Марс остывал гораздо быстрее Земли, и геологические данные свидетельствуют о том, что вскоре после своего образования планета была пригодна для жизни и имела достаточное количество воды. Без большой луны, которая могла бы резко прервать её ранние годы у нас, окно зарождения жизни на Марсе было фактически длиннее, чем на Земле. А поскольку на Марсе слабее гравитация, камни, снесённые с его поверхности ударами астероидов, легче покидают планету и попадают во внутреннюю часть Солнечной системы — к Земле. Сотни марсианских метеоритов, уже обнаруженных на Земле, служат тому подтверждением.
Могли ли примитивные организмы выдержать путешествие с Марса? Недра знаменитого марсианского метеорита ALH 84001 (в котором Дэвид Маккей и его коллеги, по их утверждениям, в 1990-х годах обнаружили окаменелости марсианской жизни) никогда не нагревались выше 40 градусов Цельсия. Независимо от того, есть ли в этой породе окаменелости, как утверждал Маккей, организмы теоретически могли пережить путешествие на Землю.
Пока мы строим догадки, можно рассмотреть и другую теорию, известную как «направленная панспермия». Более 50 лет назад лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик (один из первооткрывателей ДНК) и Лесли Орджел предположили, что высокоразвитая внеземная цивилизация могла намеренно засеять Землю, открыв нашу планету первой примитивной клеточной жизни, которая, закрепившись на ней, эволюционировала, став более сложной и даже разумной. Хотя это может звучать как научная фантастика, мы, вероятно, могли бы сделать это сами, если бы захотели. Просто отправьте спящие организмы в защищенной капсуле на какую-нибудь обитаемую планету и откройте люк после прибытия. (Этично ли это — другой вопрос; пока мы просто спрашиваем, могли ли это сделать инопланетяне.)
Как бы ни была интригующей гипотеза панспермии, всё же есть основания полагать, что жизнь зародилась именно здесь, на Земле, учитывая, например, сходство первичных океанов Земли с внутренней частью микробных клеток по содержанию элементов (клетки, по сути, представляют собой мешочки, наполненные солёной водой!). В любом случае, если жизнь действительно зародилась где-то в другом месте и появилась, а не возникла на Земле, мы до сих пор не знаем, как это произошло. Возможно, изучение Марса и нашей планеты даст нам необходимые подсказки для разгадки этого дела.

[Ulkolainen]

В основополагающей статье, опубликованной в прошлом году в журнале Nature Ecology and Evolution, Эдвард Муди и соавторы описывают глубокий генетический анализ, который позволил им отодвинуть предполагаемый возраст LUCA до 4,09–4,33 миллиарда лет

Статья, видимо, подразумевается эта:
https://www.nature.com/articles/s41559-024-02461-1
(в ней та же оценка времени "от 4,09 млрд лет назад до 4,33 млрд лет назад")
Русское её изложение:
https://elementy.ru/novosti_nauki/434254/LUCA_stal_drevnee_i_pri_etom_slozhnee

Сами авторы новой статьи в заключении охарактеризовали его так: «В результате получился образ клеточного организма, по уровню сложности скорее соответствующего прокариотам, нежели прогеноте. Он предположительно был компонентом экосистемы и использовал путь Вуда — Льюнгдаля для ацетогенного роста и фиксации углерода»

[Combinator]

Да, народ, потихоньку, начинает выдавать совсем уж странные для классического взгляда на проблему вещи. Например, вот в этом свежем исследовании https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2024.0097?fbclid=IwY2xjawMKRvZleHRuA2FlbQIxMQBicmlkETA5aHN5a0xVMnhYRlZTQTNIAR74ryIegkqBmwSNDU_928KA3o30kXk5S4NCRXE_ZjxujHph3-QYAXKfTIs8PQ_aem_eHCG-kHi2jABtJ9UtXVyhg утверждается, что более 80% генов, необходимых для ацетогенеза (это, наравне с метаногенезом, одна из двух наиболее архаичных метаболических цепочек) существовало уже 4.5 млрд. лет назад, то есть, уже через 40 миллионов лет (или около того) после формирования Земли и ещё до ее столкновеия с Тейей.

[vika vorobyeva]

Я все кручу в голове правдоподобные сценарии панспермии.

Картина, в целом, складывается. В период ранней молодости (первые десятки, максимум первые сотни) миллионов лет существования планетной системы занос жизни наиболее вероятен и наиболее эффективен, потому что:
1. Много строительного мусора, в том числе крупного, десятки и сотни километров в поперечнике.
2. Планеты и спутники еще теплые и окружены первичными атмосферами.
3. Звезды рядом, их относительные скорости малы.

Итак, условный Эдем (место уникального зарождения и постепенного вызревания жизни до полноценных прокариот) вместе со своей звездой, конечно, влетает в молодое рассеянное скопление. Пусть скопление имеет поперечник 3 пк (плотное ядро обычно имеет поперечник ~1 пк и корону ~10 пк, возьмем среднее значение). Двигаясь со скоростью 30 км/с, Эдем пересечет скопление за 3·3.09·10¹³ км / 30 км/с = 3.09·10¹² с = 98 тыс. лет, двигаясь со скоростью 20 км/с, он потратит ~150 тыс. лет.
Какова вероятность, что за это время в него влетит что-нибудь достаточно крупное, чтобы выбить обломки не просто на орбиту, а из гравитационного колодца родительской звезды Эдема? Мне эта вероятность кажется высокой – скопление молодое, мусора летает много. Ну и поскольку жизнь на Земле есть, будем считать, что это случилось
Что происходит дальше?
В молодом звездном скоплении многие звезды еще окружены протопланетными дисками. Через 5 млн. лет после старта звездообразования доля звезд с дисками составляет ~60%, через 20 млн. лет 10%, через 30 млн. лет диски большей частью рассеиваются. Здесь важно то, что газовые диски могут служить эффективными ловушками для выброшенных обломков, обеспечивая им "встречный ветер" и снижение скорости, облегчающее захват, как минимум, гравитационным полем скопления. Даже если газ рассеялся (а осколочные диски будут существовать еще сотни миллионов лет), пролет обломка Эдема мимо звезды скопления вызовет его кометную эрозию и дробление на множество мелких фрагментов, которые могут уже в индивидуальном порядке падать на планеты и спутники (и, кстати, застревать в протоспутниковых дисках вокруг молодых газовых гигантов). Все еще теплое, активное, формирующееся. Маленькому камешку/льдышке – кусочку Эдема – даже не надо самостоятельно пробивать километровый лед: он может упасть в полынью, незадолго до этого пробитую каким-нибудь левым астероидом, например, таким, какой привел к образованию Вальхаллы или Асгарда на Каллисто или Эпигеуса на Ганимеде.
Проходит 100 тысяч лет. Эдем вылетает из скопления. Однако часть планет и спутников скопления оказываются зараженными. Пусть даже всего одно тело!
Но оно-то никуда не вылетает, оно еще сотни миллионов лет будет находиться в скоплении, пока то не рассеется. И на него так же будут падать астероиды и выбивать из него обломки. И эти обломки будут летать по родительской планетной системе и частично выходить на межзвездные траектории хотя бы путем случайных гравитационных маневров в поле других планет этой системы. А если зараженное тело будет находится на задворках системы (условный Харон или Церера на внешней орбите вокруг красного карлика), то часть обломков сразу отправятся в свободное плавание по рассеянному скоплению. Не забываем, что рассеянное скопление создает гравитационный потенциал, удерживающий вместе звезды скопления и все остальное, что в нем водится.
А дальше коготок увяз – всей птичке пропасть. Процесс будет повторяться, пока а) в большом количестве летают крупные астероиды, выбивающие в космос зараженный лед, б) расстояния между звездами остаются сравнительно небольшими и часты звездные сближения, особенно во время пролета через центральную часть скопления.

В этом сценарии основным переносчиком жизни являются не кометы, а планетоиды с подледными океанами ("садки" по определению alex_semenov). Они могут существовать миллиарды лет, поддерживая тихо тлеющую прокариотную жизнь. Процесс переноса этой жизни запускается, когда "садок" влетает в молодое звездное скопление (или более широко – в область звездообразования). Задача обломка, выбитого из "садка" – долететь до соседней звезды, до которой всего 0.1 пк и которая движется со скоростью 1-2 км/с. То есть условия переноса максимально щадящие.

Таким образом, даже если жизнь зародилась всего единожды (строго по Мазуру), вся Галактика может быть наполнена примитивной прокариотной жизнью, имеющей один общий корень.

[Бобр-99]

Всю Галактику уже хватает времени засеять? Много раз?

А что думают про шаровые скопления?

[Combinator]

Таким образом, даже если жизнь зародилась всего единожды (строго по Мазуру), вся Галактика может быть наполнена примитивной прокариотной жизнью, имеющей один общий корень.

Вполне возможно, что примерно так и было, только, как мне кажется, названия Тейя в таком сценарии лучше не использовать, это общепринятое название для конкретного космического объекта, который в своё время столкнулся с Землёй и частично остался в глубоких слоях её мантии, а частично вошёл в состав вещества Луны. Я думаю, занесение жизни в раннюю солнечную систему, скорее, произошло в период поздней тяжёлой бомбардировки. 

[Павел Васильев]

утверждается, что более 80% генов, необходимых для ацетогенеза (это, наравне с метаногенезом, одна из двух наиболее архаичных метаболических цепочек) существовало уже 4.5 млрд. лет назад, то есть, уже через 40 миллионов лет (или около того) после формирования Земли и ещё до ее столкновеия с Тейей.

Возникает закономерный вопрос - где, на каких ледяных обломках, планетезималях в протопланетном диске они могли существовать? Может быть вообще они уже были в газопылевом облаке до того как зажглось Солнце? Это надо и можно было бы доказать спектрометрическими данными из тех областей Галактики, где вспыхивают новые звёзды. Пока, насколько я знаю, таких данных нет.

[Павел Васильев]

Пусть скопление имеет поперечник 3 пк (плотное ядро обычно имеет поперечник ~1 пк и корону ~10 пк, возьмем среднее значение). Двигаясь со скоростью 30 км/с, Тейя пересечет скопление за 3·3.09·1013 км / 30 км/с = 3.09·1012 с = 98 тыс. лет, двигаясь со скоростью 20 км/с, она потратит ~150 тыс. лет.

Данный механизм панспермии вполне может быть правдоподобен, хотя его трудно проверить или смоделировать.
Были похожие описания переноса спор жизни, с некоторыми расчётами. Так в архиве была статья
(2015) Statistical Signatures of Panspermia in Exoplanet Surveys
Henry W. Lin, Abraham Loeb.  arXiv:1507.05614 (astro-ph )

"Фундаментальный астробиологический вопрос состоит в том, возникла ли жизнь на Земле спонтанно или была принесена сюда из космоса. Мы предлагаем новый подход в ответе на этот вопрос, основанный на принципе, согласно которому жизнь, возникшая в результате панспермии, будет более кластеризованной, чем жизнь, возникшая спонтанно. Мы разработали простые статистические модели панспермии, чтобы проиллюстрировать наблюдаемые последствия этих избыточных корреляций. Поиски биосигнатур в атмосферах экзопланет могут в дальнейшем подтвердить эти прогнозы: панспермия предсказывает обширные области в Млечном Пути, где планетные системы насыщены жизнью, перемежаясь в то же времея с пустотами, где жизнь встречается крайне редко. При благоприятном развитии событий обнаружение всего лишь ∼ 25 биологически активных экзопланет могут привести к обнаружению панспермии."

[Павел Васильев]

И ещё о механизме - статья о галактической панспермии, один график и много формул.
2018. Galactic Panspermia.Idan Ginsburg , Manasvi Lingam , and Abraham Loeb. Institute for Theory and Computation, Harvard University, Cambridge MA 02138, USA.
Резюме
" Мы представляем аналитическую модель для оценки общего количества скалистых или ледяных объектов, которые могут быть захвачены планетными системами в пределах галактики Млечный Путь и привести к панспермии, если на них есть жизнь. Мы оцениваем скорость захвата объектов, выброшенных из планетных систем, во всем фазовом пространстве, а также во времени. Наше окончательное выражение для скорости захвата зависит от дисперсии скоростей, а также от характерного времени биологического выживания и размера захваченного объекта. Кроме того, мы учитываем количество звезд, которые пересекает межзвездный объект, а также высоту и длину диска Млечного Пути.

Вероятность галактической панспермии сильно зависит от продолжительности жизни предполагаемых организмов, а также от скорости переносчика. Наибольшие вероятности наблюдаются при скоростях в диапазоне 10-100 км/с. Однако, учитывая достаточно большое время выживания, даже сверхскоростные объекты, движущиеся со скоростью более 1000 км/с, имеют значительный шанс быть захваченными, что увеличивает вероятность панспермии. Таким образом, мы показываем, что панспермия характерна не только для масштабов Солнечной системы, и весь Млечный Путь потенциально может обмениваться биотическими компонентами на огромных расстояниях."

 Некоторые выводы.
"Нет сомнений в том, что каменным материалом можно легко обмениваться между близлежащими планетами, такими как Марс и Земля, или планетами системы TRAPPIST-1 (Лингам & Леб, 2018c). Таким образом, почти все работы по панспермии посвящены взаимодействиям внутри солнечной системы (см. Adams & Spergel 2005, Li & Adams 2015, Lingam 2016). В этой статье мы показываем, что панспермия вполне жизнеспособна в масштабах галактики. На рисунке 1 показано, что объекты с более низкими скоростями в целом гораздо более вероятны для захвата. Однако при достаточно длительном биологическом выживании вероятность захвата объекта, несущего жизнь, при скорости v > 100 км/с−1 может быть значительной. В частности, взаимодействие в Центре Галактики между сверхмассивной черной дырой и двойной звездой может ускорять звезды до тысяч километров в секунду−1 (Хиллс, 1991; Гинзбург и Леб, 2006, 2007; Фрагионе и Гинзбург , 2017).
Тот же механизм может ускорять планеты до ≈10000 км/сек. Предполагая, что в планетных системах есть астероиды и кометы, динамические взаимодействия с черными дырами могут выбрасывать их с экстремальными скоростями, и, таким образом , они могут пересечь весь радиус Млечного Пути за ≈1 млн лет. Такие сверхскоростные объекты могут стать межгалактическими. Однако вероятность захвата межгалактического объекта крайне мала. Если бактерии и другие возможные экстремофилы выживут достаточно долго, Центр Галактики может стать двигателем панспермии и засеять жизнью всю галактику."