Obce światy mogą nie mieć nocy i dnia. Jak to wpłynęłoby na ewolucję?

Zdjęcie: Getty Images

Czy kosmici śpią? Możliwe, że uznajesz sen za coś oczywistego, ale badania sugerują, że wiele planet, na których mogło rozwinąć się życie, nie ma cyklu dnia i nocy. Trudno to sobie wyobrazić, ale istnieją organizmy żyjące na Ziemi w ciemnych środowiskach, głęboko pod ziemią lub na dnie oceanu, które dają nam wyobrażenie, jak mogłoby wyglądać życie bez rytmu dobowego na obcych planetach. W naszej galaktyce istnieją miliardy potencjalnie zamieszkanych planet. Jak dochodzimy do tej liczby? Droga Mleczna ma od 100 do 400 miliardów gwiazd. Siedemdziesiąt procent z nich to małe, chłodne czerwone karły, znane również jako gwiazdy typu M. Szczegółowe badanie egzoplanet opublikowane w 2013 roku oszacowało, że 41% gwiazd typu M ma planetę krążącą w strefie „Złotowłosej”, czyli w takiej odległości, gdzie temperatura na planecie może być odpowiednia do podtrzymania ciekłej wody. Te planety mają jednak jedynie potencjał do utrzymania ciekłej wody. Nie wiemy jeszcze, czy którakolwiek z nich faktycznie ma wodę, nie mówiąc już o życiu. Mimo to w strefach zamieszkiwanych samych gwiazd typu M może znajdować się 28,7 miliarda planet. A to nawet nie obejmuje innych typów gwiazd, takich jak nasze żółte Słońce. Skalne planety krążące w strefie zamieszkiwanej gwiazdy typu M nazywane są M-Ziemiami. M-Ziemię różnią się od naszej Ziemi w fundamentalny sposób. Po pierwsze, ponieważ gwiazdy typu M są znacznie chłodniejsze niż Słońce, znajdują się bliżej swoich gwiazd, co sprawia, że grawitacja gwiazdy jest bardzo silna.

Na Ziemi efekt światła słonecznego zanika wraz z zagłębianiem się w głąb oceanu - jednak czarne głębiny podtrzymują wiele form życia. Zdjęcie: Getty Images

Grawitacja gwiazdy przyciąga mocniej bliższą stronę planety niż dalszą, co powoduje tarcie, które z czasem spowalnia obrót planety, aż do momentu, gdy obrót i orbita się synchronizuje. Oznacza to, że większość M-Ziem prawdopodobnie jest związana grawitacyjnie, co oznacza, że jedna półkula zawsze jest zwrócona ku słońcu, a druga zawsze w stronę przeciwną. Rok na takiej planecie jest równy długości jej dnia. Księżyc jest związany grawitacyjnie z Ziemią, dlatego zawsze widzimy tylko jedną stronę Księżyca, a nigdy jego ciemnej strony. Planeta związana grawitacyjnie może wydawać się egzotyczna, ale większość potencjalnie zamieszkanych planet prawdopodobnie taka jest. Nasz najbliższy planetarny sąsiad, Proxima Centauri b (znajdujący się w systemie Alpha Centauri, cztery lata świetlne stąd), prawdopodobnie jest M-Ziemią związaną grawitacyjnie. W przeciwieństwie do naszej Ziemi, M-Ziemię nie mają dni, nocy ani pór roku. Jednak życie na Ziemi, od bakterii po ludzi, ma rytmy dobowe dostosowane do cyklu dnia i nocy. Sen jest tylko najbardziej oczywistym z tych rytmów. Cykl dobowy wpływa na biochemię, temperaturę ciała, regenerację komórek, zachowanie i wiele więcej. Na przykład osoby, które otrzymują szczepionki rano, wytwarzają więcej przeciwciał niż te, które otrzymują je po południu, ponieważ responsywność układu odpornościowego zmienia się w ciągu dnia. Wahania temperatury spowodowane wentylacją termiczną, zmiany wilgotności oraz zmiany w chemii środowiska lub prądach mogą wywoływać bio oscylacje w organizmach. Nie wiemy na pewno, jak ważne są okresy bezczynności i regeneracji dla życia. Być może istoty, które ewoluowały bez cyklicznego czasu, mogą funkcjonować bez przerwy i nigdy nie potrzebować odpoczynku. Aby wesprzeć nasze spekulacje, możemy przyjrzeć się organizmom na Ziemi, które rozwijają się z dala od światła dziennego, takim jak zwierzęta jaskiniowe, życie głębinowe i mikroorganizmy w ciemnych środowiskach, takich jak skorupa ziemska i ludzkie ciało. Wiele z tych form życia ma rytmy biologiczne synchronizowane z bodźcami innymi niż światło. Gołe szczury ryjące spędzają całe życie pod ziemią, nigdy nie widząc słońca, ale mają zegary dobowe dostosowane do dziennych i sezonowych cykli temperatury i opadów. Małże głębinowe i krewetki przy kominach hydrotermalnych synchronizują się z przypływami oceanicznymi.

Uważa się, że najbliższa podobna do Ziemi planeta, Proxima Centauri b, jest tidalnie zablokowaną M-Ziemią, co może wpływać na różne dni i noce. Zdjęcie: Getty Images

Bakterie żyjące w ludzkim jelicie synchronizują się ze zmianami stężenia melatoniny u swojego gospodarza. Melatonina to hormon, który twoje ciało wytwarza w odpowiedzi na ciemność. Wahania temperatury spowodowane wentylacją termiczną, zmiany wilgotności oraz zmiany w chemii środowiska lub prądach mogą wywoływać bio oscylacje w organizmach. To sugeruje, że rytmy biologiczne mają wewnętrzne korzyści. Najnowsze badania pokazują, że M-Ziemię mogą mieć cykle zastępujące dni i pory roku. Aby badać takie pytania, naukowcy zaadaptowali modele klimatyczne, aby symulować, jak wyglądałoby środowisko na M-Ziemi, w tym na naszej sąsiadce Proxima Centauri b. Podczas gdy gwiazda pozostaje nieruchoma na niebie tych planet, środowisko się zmienia. W tych symulacjach kontrast między strefą dzienną a nocną M-Ziemi wydaje się generować szybkie strumienie wiatrów i fale atmosferyczne, podobne do tych, które powodują, że strumień odrzutowy na Ziemi meandruje. Jeśli planeta ma wodę, po stronie dziennej prawdopodobnie tworzą się gęste chmury pełne piorunów. Interakcje między wiatrem, falami atmosferycznymi i chmurami mogą powodować zmiany klimatyczne, prowadzące do regularnych cykli temperatury, wilgotności i opadów. Długości tych cykli będą się różnić w zależności od planety, od kilkudziesięciu do kilkuset ziemskich dni, ale nie będą związane z jej okresem obrotu. Podczas gdy gwiazda pozostaje nieruchoma na niebie tych planet, środowisko będzie się zmieniać. Możliwe, że życie na M-Ziemiach ewoluowałoby, dostosowując swoje biorytmy do tych cykli. Jeśli zegar dobowy organizuje wewnętrzne oscylacje biochemiczne, może być to konieczne. A może ewolucja znalazłaby dziwniejsze rozwiązanie. Możemy sobie wyobrazić gatunki żyjące po dziennej stronie planety i migrujące na nocną, aby odpocząć i zregenerować siły. Zegar dobowy w przestrzeni zamiast w czasie. Ta myśl powinna nam przypomnieć, że jeśli gdzieś istnieje życie, zburzy ono założenia, których nie byliśmy świadomi. Jedyną pewnością jest to, że nas zaskoczy.

Maureen Cohen jest adiunktem na Uniwersytecie Otwartym, zajmującym się globalnym modelowaniem klimatu Wenus.