Zemlja je kot živ organizem! Hipoteza znanstvenika Jamesa Lovelocka

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Naš planet je edinstven. Tako kot se vsak od nas razlikuje od kamnitih kipov rimskih bogov, je Zemlja drugačna od Marsa, Venere in drugih znanih planetov. Povejmo zgodbo o eni morda najbolj neverjetnih in kontroverznih hipotez našega časa - hipotezi Gaia, ki nas vabi, da na Zemljo gledamo kot na živ organizem.

Zemlja je naš "pametni dom"

James Ephraim Lovelock je lani poleti praznoval stoletnico. Znanstvenik, izumitelj, inženir, neodvisni mislec, oseba, znana ne toliko po svojih izumih kot po neverjetni domnevi, da je Zemlja samoregulacijski superorganizem, ki je večino svoje zgodovine, v zadnjih treh milijardah let, vzdrževal ugodne razmere. za življenje na površini…

Poimenovana po Gai - boginji starogrške mitologije, ki pooseblja Zemljo - hipoteza, za razliko od tradicionalnih znanosti, kaže, da se globalni ekosistem planeta obnaša kot biološki organizem in ne kot neživ predmet, ki ga nadzorujejo geološki procesi.

V nasprotju s tradicionalnimi znanostmi o Zemlji Lovelock predlaga, da planet obravnavamo ne kot niz ločenih sistemov - atmosfere, litosfere, hidrosfere in biosfere - ampak kot en sam sistem, kjer vsaka od njegovih komponent, ki se razvija in spreminja, vpliva na razvoj. drugih komponent. Poleg tega je ta sistem samoreguliran in ima tako kot živi organizmi mehanizme inverzne povezave. Za razliko od drugih znanih planetov Zemlja z uporabo inverznih razmerij med živim in neživim svetom ohranja svoje podnebne in okoljske parametre, da bi ostala ugoden dom za živa bitja.

Že od trenutka, ko se je pojavila, je bila ta ideja upravičeno kritizirana in ni bila sprejeta s strani znanstvene skupnosti, kar pa ji ne preprečuje, da bi razburila domišljijo in zbrala številne podpornike po vsem svetu. Kljub stoletnici Lovelock zdaj, tako kot večino svojega dolgega življenja, ostaja pod ognjem kritik, še naprej zagovarja teorijo, jo spreminja in zaplete, še naprej dela in se ukvarja z znanstvenimi dejavnostmi.

Ali obstaja življenje na Marsu

Toda preden se je osredotočil na življenje na Zemlji, je bil James Lovelock zaposlen z iskanjem življenja na Marsu. Leta 1961, le štiri leta po tem, ko je ZSSR v vesolje izstrelila prvi umetni satelit našega planeta, je bil Lovelock povabljen na delo v NASA.

Agencija je v okviru programa Viking načrtovala, da bo na Mars poslala dve sondi, da bi preučili planet in zlasti iskali sledi vitalne aktivnosti mikroorganizmov v njegovi zemlji. Prav naprave za odkrivanje življenja, ki naj bi bile nameščene na krovu sond, je znanstvenik razvil, ko je delal v Pasadeni, v laboratoriju Jet Propulsion Laboratory, raziskovalnem centru, ki ustvarja in vzdržuje vesoljska plovila za NASA. Mimogrede, dobesedno je sodeloval - v isti pisarni - s slavnim astrofizikom in popularizatorjem znanosti Karlom Saganom.

Njegovo delo ni bilo zgolj inženirstvo. Ob njem so delali biologi, fiziki in kemiki. To mu je omogočilo, da se je brezglavo potopil v eksperimente, da bi našel načine za odkrivanje življenja in pogled na problem z vseh strani.

Posledično se je Lovelock vprašal: "Če bi bil sam na Marsu, kako bi lahko razumel, da na Zemlji obstaja življenje?" In odgovoril: "Po njenem vzdušju, ki kljubuje vsem naravnim pričakovanjem."Prosti kisik predstavlja 20 odstotkov atmosfere planeta, medtem ko zakoni kemije pravijo, da je kisik zelo reaktiven plin – in vse to mora biti vezan v različnih mineralih in kamninah.

Lovelock je zaključil, da je življenje – mikrobi, rastline in živali, ki nenehno presnavljajo snov v energijo, pretvarjajo sončno svetlobo v hranila, sproščajo in absorbirajo plin – tisto, kar naredi zemeljsko atmosfero takšno, kot je. Nasprotno pa je Marsovo ozračje tako rekoč mrtvo in v nizkoenergijskem ravnovesju, skoraj brez kemičnih reakcij.

Januarja 1965 je bil Lovelock povabljen na ključno srečanje o iskanju življenja na Marsu. V pripravah na pomemben dogodek je znanstvenik prebral kratko knjigo Erwina Schrödingerja "Kaj je življenje". Tisti isti Schrödinger - teoretični fizik, eden od ustanoviteljev kvantne mehanike in avtor znanega miselnega eksperimenta. S tem delom je fizik prispeval k biologiji. Zadnji dve poglavji knjige vsebujeta Schrödingerjeva razmišljanja o naravi življenja.

Schrödinger je izhajal iz predpostavke, da živi organizem v procesu obstoja nenehno povečuje svojo entropijo - ali, z drugimi besedami, proizvaja pozitivno entropijo. Uvaja koncept negativne entropije, ki jo morajo živi organizmi prejeti iz okoliškega sveta, da bi nadomestili rast pozitivne entropije, ki vodi v termodinamično ravnotežje in s tem v smrt. V preprostem smislu je entropija kaos, samouničenje in samouničenje. Negativna entropija je tisto, kar telo poje. Po Schrödingerju je to ena glavnih razlik med življenjem in neživo naravo. Živi sistem mora izvažati entropijo, da ohrani nizko lastno entropijo.

Ta knjiga je navdihnila Lovelocka, da se je vprašal: "Ali ne bi bilo lažje iskati življenje na Marsu in iskati nizko entropijo kot planetarno lastnost, kot pa se zariti v regolit v iskanju Marsovih organizmov?" V tem primeru za odkrivanje nizke entropije zadostuje preprosta analiza atmosfere s plinskim kromatografom. Zato je znanstvenik NASA priporočil, da prihrani denar in prekliče misijo Viking.

Do zvezd

James Lovelock se je rodil 26. julija 1919 v Letchworthu, majhnem mestu v Hertfordshireu na jugovzhodu Anglije. To mesto, zgrajeno leta 1903 60 kilometrov od Londona in je del njegovega zelenega pasu, je bilo prvo naselje v Združenem kraljestvu, ustanovljeno v skladu z urbanističnim konceptom "vrtnega mesta". Na začetku prejšnjega stoletja je bila ideja, ki je zajela številne države o megamestih prihodnosti, ki bi združila najboljše lastnosti mesta in vasi. James se je rodil v delavski družini, njegovi starši niso imeli izobrazbe, vendar so naredili vse, da bi jo sin prejel.

Leta 1941 je Lovelock diplomiral na Univerzi v Manchestru - eni izmed vodilnih britanskih univerz med slavnimi "Red Brick Universities". Tam je študiral pri profesorju Alexanderu Toddu, izjemnem angleškem organskem kemiku, dobitniku Nobelove nagrade za študij nukleotidov in nukleinskih kislin.

Leta 1948 je Lovelock doktoriral na Londonskem inštitutu za higieno in tropsko medicino. V tem obdobju svojega življenja se mladi znanstvenik ukvarja z medicinskimi raziskavami in izumlja naprave, potrebne za te poskuse.

Lovelocka je odlikoval zelo human odnos do laboratorijskih živali - do te mere, da je bil pripravljen izvajati poskuse na sebi. Lovelock in drugi znanstveniki so v eni od svojih študij iskali vzrok za poškodbe živih celic in tkiv med ozeblinami. Poskusne živali - hrčke, na katerih je bil izveden poskus - je bilo treba zamrzniti, nato pa jih segreti in jih vrniti v življenje.

Če pa je bil postopek zamrzovanja za živali razmeroma neboleč, potem je odmrzovanje namigovalo na to, da morajo glodalci na prsi položiti vroče žlice, da bi ogreli srce in prisilili kri, da kroži po telesu. To je bil izjemno boleč postopek. Toda za razliko od Lovelocka se njegovim kolegom biologom ni bilo smiliti laboratorijskih glodalcev.

Nato je znanstvenik izumil napravo, ki je imela skoraj vse, kar je mogoče pričakovati od navadne mikrovalovne pečice - pravzaprav je bilo to to. Tam lahko postavite zamrznjenega hrčka, nastavite časovnik in po določenem času se je zbudil. Nekega dne si je Lovelock iz radovednosti na enak način pogrel svoje kosilo. Ni pa pomislil, da bi pravočasno dobil patent za svoj izum.

Leta 1957 Lovelock izumi detektor za zajemanje elektronov, izjemno občutljivo napravo, ki je revolucionirala merjenje ultranizkih koncentracij plinov v ozračju in zlasti pri odkrivanju kemičnih spojin, ki predstavljajo nevarnost za okolje.

V poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja je bila naprava uporabljena za dokazovanje, da je atmosfera planeta polna ostankov pesticida DDT (diklorodifeniltrikloretan). Ta izjemno učinkovit in zlahka dostopen pesticid se široko uporablja že od druge svetovne vojne. Za odkritje njegovih edinstvenih lastnosti je švicarski kemik Paul Müller leta 1948 prejel Nobelovo nagrado za medicino. Ta nagrada ni bila podeljena le za rešene pridelke, ampak tudi za milijone rešenih življenj: DDT so med vojno uporabljali za boj proti malariji in tifusu med civilisti in vojaškim osebjem.

Šele do konca 50-ih let je bila prisotnost nevarnega pesticida odkrita skoraj povsod na Zemlji - od jeter pingvinov na Antarktiki do materinega mleka doječih mater v Združenih državah.

Detektor je zagotovil točne podatke za knjigo "Tiha pomlad" iz leta 1962, ki jo je napisala ameriška ekologinja Rachel Carson, ki je sprožila mednarodno kampanjo za prepoved uporabe DDT. Knjiga je trdila, da DDT in drugi pesticidi povzročajo raka in da njihova uporaba v kmetijstvu ogroža prostoživeče živali, zlasti ptice. Objava je bila prelomni dogodek v okoljskem gibanju in je povzročila široko odmevnost javnosti, kar je na koncu pripeljalo do prepovedi kmetijske uporabe DDT v ZDA in nato po vsem svetu leta 1972.

Malo kasneje, potem ko je začel delati v NASA, je Lovelock odpotoval na Antarktiko in s pomočjo svojega detektorja odkril vseprisotno prisotnost klorofluoroogljikovodikov – umetnih plinov, za katere je zdaj znano, da tanjšajo stratosferski ozonski plašč. Obe odkritji sta bili izjemno pomembni za okoljsko gibanje planeta.

Ko je ameriška uprava za aeronavtiko in vesolje načrtovala svoje lunarne in planetarne misije do zgodnjih šestdesetih let prejšnjega stoletja in začela iskati nekoga, ki bi lahko ustvaril občutljivo opremo, ki bi jo lahko poslali v vesolje, so se obrnili na Lovelock. Že od otroštva ga je navduševala znanstvena fantastika, je ponudbo sprejel z navdušenjem in seveda ni mogel zavrniti.

Živi in mrtvi planeti

Delo v Laboratoriju za reaktivni pogon je Lovelocku dalo odlično priložnost, da prejme prve dokaze o naravi Marsa in Venere, ki jih prenašajo vesoljske sonde. In to so bili nedvomno popolnoma mrtvi planeti, osupljivo drugačni od našega cvetočega in živega sveta.

Zemlja ima ozračje, ki je termodinamično nestabilno. Plini, kot so kisik, metan in ogljikov dioksid, se proizvajajo v velikih količinah, vendar soobstajajo v stabilnem dinamičnem ravnovesju.

Čudno in nestabilno ozračje, ki ga dihamo, zahteva nekaj na zemeljski površini, kar lahko nenehno sintetizira ogromne količine teh plinov in jih hkrati odstrani iz ozračja. Hkrati je podnebje planeta precej občutljivo na obilico poliatomskih plinov, kot sta metan in ogljikov dioksid.

Lovelock postopoma razvija idejo o regulativni vlogi takšnih ciklov snovi v naravi - po analogiji s presnovnimi procesi v telesu živali. In v te procese je vključeno zemeljsko življenje, ki po Lovelockovi teoriji ne samo sodeluje v njih, ampak se je tudi naučilo vzdrževati potrebne pogoje obstoja zase, saj je sklenilo neko obliko obojestransko koristnega sodelovanja s planetom.

In če je bila sprva vse to čista špekulacija, je imel Lovelock leta 1971 priložnost, da o tej temi razpravlja z izjemnim biologinjo Lynn Margulis, ustvarjalko sodobne različice teorije simbiogeneze in prvo ženo Carla Sagana.

Margulis je soavtor hipoteze Gaia. Predlagala je, da bi morali mikroorganizmi imeti povezovalno vlogo na področju interakcije med življenjem in planetom. Kot je Lovelock zapisal v enem od svojih intervjujev: "Pošteno bi bilo reči, da je dala meso v kosti mojega fiziološkega koncepta živega planeta."

Zaradi novosti koncepta in njegove neskladnosti s tradicionalnimi znanostmi je Lovelock potreboval kratko in nepozabno ime. Takrat je leta 1969 prijatelj in sosed znanstvenika, fizika in pisatelja, Nobelovega nagrajenca, pa tudi avtor romana Gospodar muh William Golding predlagal, da bi to idejo poimenovali Gaia - v čast starogrška boginja Zemlje.

Kako deluje

Po Lovelockovem konceptu je evolucija življenja, to je celota vseh bioloških organizmov na planetu, tako tesno povezana z razvojem njihovega fizičnega okolja v svetovnem merilu, da skupaj tvorijo en sam samorazvijajoč se sistem s samim seboj. -regulacijske lastnosti, podobne fiziološkim lastnostim živega organizma.

Življenje se ne prilagaja samo planetu: spreminja ga za svoje namene. Evolucija je parni ples, v katerem se vrti vse živo in neživo. Iz tega plesa izhaja bistvo Gaie.

Lovelock uvaja koncept geofiziologije, ki implicira sistemski pristop k znanosti o Zemlji. Geofiziologija je predstavljena kot sintetična znanost o Zemlji, ki preučuje lastnosti in razvoj celostnega sistema, katerega tesno povezane komponente so biota, atmosfera, oceani in zemeljska skorja.

Njegove naloge vključujejo iskanje in preučevanje mehanizmov samoregulacije na planetarni ravni. Geofiziologija želi vzpostaviti povezave med cikličnimi procesi na celično-molekularni ravni s podobnimi procesi na drugih sorodnih ravneh, kot so organizem, ekosistemi in planet kot celota.

Leta 1971 je bilo predlagano, da so živi organizmi sposobni proizvajati snovi, ki imajo regulativni pomen za podnebje. To je bilo potrjeno, ko so leta 1973 odkrili emisijo dimetil sulfida iz umirajočih planktonskih organizmov.

Kapljice dimetil sulfida, ki vstopajo v ozračje, služijo kot jedra kondenzacije vodne pare, ki povzročajo nastanek oblakov. Gostota in površina oblačnosti pomembno vplivata na albedo našega planeta - njegovo sposobnost odražanja sončnega sevanja.

Hkrati pa te žveplove spojine, ki padejo na tla skupaj z dežjem, spodbujajo rast rastlin, kar pa pospešuje izpiranje kamnin. Biogeni, ki nastanejo kot posledica izpiranja, se sperejo v reke in na koncu končajo v oceanih, kar spodbuja rast planktonskih alg.

Cikel potovanja dimetil sulfida je sklenjen. V podporo temu je bilo leta 1990 ugotovljeno, da je oblačnost nad oceani povezana z razporeditvijo planktona.

Po Lovelocku je danes, ko je ozračje zaradi človekove dejavnosti pregreto, izjemno pomemben biogeni mehanizem regulacije oblačnosti.

Drug regulativni element Gaie je ogljikov dioksid, ki ga geofiziologija šteje za ključni metabolični plin. Podnebje, rast rastlin in proizvodnja prostega atmosferskega kisika so odvisni od njegove koncentracije. Več kot je shranjenega ogljika, več kisika se sprosti v ozračje.

Z nadzorovanjem koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju biota s tem uravnava povprečno temperaturo planeta. Leta 1981 je bilo predlagano, da do takšne samoregulacije pride z biogenim izboljšanjem procesa preperevanja kamnin.

Lovelock primerja težave pri razumevanju procesov, ki se dogajajo na planetu, s težavami pri razumevanju gospodarstva. Ekonomist iz 18. stoletja Adam Smith je najbolj znan po tem, da je v šolstvo uvedel koncept »nevidne roke«, zaradi česar nebrzdani komercialni lastni interesi nekako delujejo v skupno dobro.

Enako je s planetom, pravi Lovelock: ko je "dozorel", je začel vzdrževati pogoje, primerne za obstoj življenja, in "nevidna roka" je lahko usmerila različne interese organizmov k skupnemu cilju ohranjanja te pogoje.

Darwin proti Lovelocku

Leta 1979 objavljena knjiga Gaia: Nov pogled na življenje na Zemlji je postala prodajna uspešnica. Okoljevarstveniki so jo dobro sprejeli, ne pa tudi znanstveniki, od katerih je večina zavrnila ideje, ki jih vsebuje.

Znani kritik kreacionizma in inteligentnega oblikovanja, profesor Univerze v Oxfordu in avtor knjige Sebični gen Richard Dawkins je Gaiino teorijo obsodil kot "globoko zgrešeno" herezijo proti osnovnemu načelu darvinistične naravne selekcije: "najboljši preživi". Kljub temu, ker Gaiina teorija pravi, da živali, rastline in mikroorganizmi ne samo tekmujejo, ampak tudi sodelujejo pri ohranjanju okolja.

Ko se je prvič razpravljalo o Gaijini teoriji, so bili darvinovski biologi med njenimi najhujšimi nasprotniki. Trdili so, da sodelovanja, ki je potrebno za samoregulacijo Zemlje, nikoli ni mogoče združiti s konkurenco, ki je potrebna za naravno selekcijo.

Poleg samega bistva je nezadovoljstvo povzročalo tudi ime, vzeto iz mitologije. Vse to je bilo videti kot nova religija, kjer je Zemlja sama postala predmet pobožnosti. Nadarjeni polemik Richard Dawkins je izpodbijal Lovelockovo teorijo z enako energijo, ki jo je pozneje uporabil v zvezi s konceptom obstoja Boga.

Lovelock je njihovo kritiko ovrgel z dokazi o samoregulaciji, zbranimi iz njegovih raziskav in matematičnih modelov, ki so ponazarjali, kako deluje samoregulacija planeta. Gaiina teorija je fiziološki pogled na zemeljski sistem od zgoraj navzdol. Na Zemljo gleda kot na dinamično odziven planet in pojasnjuje, zakaj se tako razlikuje od Marsa ali Venere.

Kritika je temeljila predvsem na napačnem prepričanju, da je nova hipoteza protidarvinistična.

"Naravna selekcija daje prednost ojačevalcem," je dejal Lovelock. Njegova teorija le podrobno opisuje Darwinovo teorijo, namiguje, da narava daje prednost organizmom, ki pustijo okolje v boljši formi za preživetje potomcev.

Tiste vrste živih bitij, ki negativno vplivajo na okolje, ga naredijo manj primernega za potomce in bodo sčasoma izgnane s planeta – kot tudi šibkejše, evolucijsko neprilagojene vrste, je trdil Lovelock.

Kopernik čaka na svojega Newtona

Če povzamemo, je treba reči, da so znanstveni koncept Zemlje kot celostnega živega sistema, živega superorganizma razvili naravoslovci in misleci že od 18. stoletja. O tej temi je razpravljal oče sodobne geologije in geokronologije James Hutton, naravoslovec, ki je svetu dal izraz "biologija" Jean-Baptiste Lamarck, naravoslovec in popotnik, eden od utemeljiteljev geografije kot samostojne znanosti, Alexander von Humboldt.

V XX stoletju se je ideja razvila v znanstveno utemeljenem konceptu biosfere izjemnega ruskega in sovjetskega znanstvenika in misleca Vladimirja Ivanoviča Vernadskega. Po svojem znanstvenem in teoretičnem delu je koncept Gaje podoben "biosferi". Vendar v 70-ih letih prejšnjega stoletja Lovelock še ni poznal del Vernadskega. Takrat še ni bilo uspešnih prevodov njegovega dela v angleščino: kot je rekel Lovelock, so angleško govoreči znanstveniki tradicionalno »gluhi« za delo v drugih jezikih.

Lovelock, tako kot njegova dolgoletna kolegica Lynn Margulis, ne vztraja več, da je Gaia superorganizem. Danes se zaveda, da je njegov izraz "organizem" v mnogih pogledih le uporabna metafora.

Vendar pa lahko koncept "boja za preživetje" Charlesa Darwina štejemo za metaforo z istim razlogom. Hkrati pa to ni preprečilo, da bi Darwinova teorija osvojila svet. Takšne metafore lahko spodbudijo znanstveno misel in nas pomikajo vedno dlje po poti znanja.

Danes je hipoteza Gaia postala spodbuda za razvoj sodobne različice sistemske organizmske znanosti o Zemlji - geofiziologije. Morda bo sčasoma postala sintetična znanost o biosferi, o kateri je nekoč sanjal Vernadsky. Zdaj je na poti, da postane in se preobrazi v tradicionalno, splošno priznano področje znanja.

Ni naključje, da je ugledni britanski evolucijski biolog William Hamilton - mentor enega najbolj obupanih kritikov teorije Richarda Dawkinsa in avtor besedne zveze "sebični gen", ki jo je slednji uporabil v naslovu svoje knjige - je James Lovelock poimenoval "Kopernik, ki čaka na svojega Newtona".