Когда массивные звезды взрываются как сверхновые, они не только высвобождают огромное количество энергии, но и способствуют формированию тяжелых элементов, таких как железо, которое выбрасывается в космос. На Земле ученые обнаружили два скопления изотопа железа Fe60 в морских отложениях, датируемых периодами около 2-3 и 5-6 миллионов лет назад.
Эти взрывы сверхновых сопровождались мощными выбросами космической радиации, которая достигала Земли. В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, ученые под руководством Кейтлин Ноджири из Калифорнийского университета в Санта-Крусе изучили, сколько энергии от этих взрывов достигло Земли и какое воздействие она могла оказать на эволюцию жизни.
"Жизнь на Земле непрерывно подвергается воздействию ионизирующего излучения как земного, так и космического происхождения", — отмечают авторы исследования.
При этом уровень земного излучения медленно уменьшается с течением времени, а космическое излучение изменяется в зависимости от положения Солнечной системы в галактике. В периоды активности близлежащих сверхновых уровень радиации на поверхности Земли может вырасти на несколько порядков, что способно существенно повлиять на эволюционные процессы.
Ученые предполагают, что скопление Fe60, сформировавшееся около 2 миллионов лет назад, возникло из-за взрыва сверхновой, а более древнее скопление связано с прохождением Земли через "пузырь" горячего газа, сформированный мощными звездами OB-типа. Эти массивные, горячие звезды образуют группы и выделяют мощные звездные ветры, создавая в межзвездной среде пузыри, одним из которых является Местный пузырь, шириной почти 1000 световых лет.
Земля вошла в Местный пузырь около 5-6 миллионов лет назад, что объясняет более древние скопления Fe60. Скопления возрастом 2-3 миллиона лет связаны с более поздней сверхновой, произошедшей в ассоциациях Upper Centaurus Lupus или Tucana Horologium. Для создания самого Местного пузыря потребовалось около 15 взрывов сверхновых за последние 15 миллионов лет.
Исследователи рассчитали количество радиации, которое могло воздействовать на Землю после нескольких взрывов сверхновых в Местном пузыре. Хотя точные биологические эффекты такой радиации остаются неясными, ученые полагают, что ее доза могла вызвать разрывы ДНК, что, в свою очередь, могло привести к мутациям и эволюционным изменениям.
"Двухцепочечные разрывы ДНК могут вызвать мутации и способствовать диверсификации видов", — пишут исследователи.
Некоторые данные свидетельствуют о том, что скорость эволюции вирусов, например, в озере Танганьика в Африке ускорилась 2-3 миллиона лет назад, что может быть связано с воздействием радиации сверхновой.
Хотя излучение от этих взрывов не было настолько мощным, чтобы вызвать массовое вымирание, оно могло привести к увеличению числа мутаций и, следовательно, к большему разнообразию видов. Радиация, являясь постоянным компонентом окружающей среды Земли, влияет на эволюционные процессы и способствует формированию живых организмов.
"Космическое излучение, без сомнения, является ключевым фактором окружающей среды, влияющим на жизнеспособность и эволюцию жизни на Земле", — резюмируют авторы.
Однако точные биологические последствия радиации, особенно мюонов, остаются малоизученными, что затрудняет определение порогов для понимания ее благоприятного или вредного влияния на эволюцию видов.
Исследование указывает, что взрывы сверхновых, происходившие миллионы лет назад, могли сыграть важную роль в формировании разнообразия жизни на Земле. Если бы эти взрывы не случились, возможно, жизнь на нашей планете сложилась бы совсем иначе.