Romolo Tavani / shutterstock

Prawdopodobnie nigdy nie dowiemy się, jak powstało życie na Ziemi. Być może w płytkim, nasłonecznionym basenie. Lub w miażdżących głębinach oceanu mil pod powierzchnią, w pobliżu szczelin w skorupie ziemskiej, które wypluwały gorącą zupę bogatą w minerały. Chociaż istnieją dobre dowody na życie co najmniej 3.7 miliardów lat temu, nie wiemy dokładnie, kiedy to się zaczęło.

Ale te mijające eony przyniosły coś może jeszcze bardziej niezwykłego: życie trwało. Pomimo ogromnych uderzeń asteroid, kataklizmicznej aktywności wulkanów i ekstremalnych zmian klimatu, życiu udało się nie tylko przylgnąć do naszego skalistego świata, ale także dobrze prosperować.

Jak to się stało? Badania, które niedawno opublikowaliśmy z kolegami z Trendy w ekologii i ewolucji stanowi ważną część odpowiedzi, zapewniając nowe wyjaśnienie hipotezy Gai.

Opracowany przez naukowca i wynalazcę James Lovelocki mikrobiolog Lynn MargulisThe Hipoteza Gai pierwotnie proponował, że życie poprzez interakcje ze skorupą ziemską, oceanami i atmosferą wywierało stabilizujący wpływ na warunki na powierzchni planety - w szczególności na skład atmosfery i klimatu. Dzięki takiemu samoregulującemu procesowi życie było w stanie przetrwać w warunkach, które zniszczyłyby go na planetach nieregulujących.

Lovelock sformułował hipotezę Gaia podczas pracy dla NASA w 1960. Uznał, że życie nie było biernym pasażerem na Ziemi. Raczej gruntownie przebudował planetę, tworząc nowe skały, takie jak wapień, wpływając na atmosferę poprzez wytwarzanie tlenu i napędzając cykle pierwiastków, takich jak azot, fosfor i węgiel. Wywołane przez człowieka zmiany klimatu, które są w dużej mierze konsekwencją spalania przez nas paliw kopalnych i uwalniania dwutlenku węgla, to najnowszy sposób, w jaki życie wpływa na system ziemski.

Chociaż obecnie przyjmuje się, że życie jest potężną siłą na planecie, hipoteza Gai pozostaje kontrowersyjna. Pomimo dowodów na to, że temperatury powierzchni, poza kilkoma znaczącymi wyjątkami, pozostawały w zakresie wymaganym dla szeroko rozpowszechnionej ciekłej wody, wielu naukowców przypisuje to po prostu szczęściem. Gdyby Ziemia całkowicie zstąpiła do lodowego domu lub gorącego domu (pomyśl Marsa lub Wenus), wtedy życie wymarłoby i nie byłoby nas tutaj, aby zastanawiać się nad tym, jak przetrwało tak długo. To jest forma argument antropiczny to mówi, że nie ma nic do wyjaśnienia.

Oczywiście życie na Ziemi miało szczęście. Po pierwsze, Ziemia znajduje się w strefie zamieszkałej - okrąża Słońce w odległości, która wytwarza temperatury powierzchni wymagane dla ciekłej wody. We wszechświecie istnieją alternatywne i być może bardziej egzotyczne formy życia, ale życie, jakie znamy, wymaga wody. Życie również miało szczęście, unikając bardzo dużych uderzeń asteroid. Kawałek skały znacznie większy niż ten, który doprowadził do śmierci dinozaurów jakieś 66m lata temu mógł całkowicie wysterylizować Ziemię.

Ale co, gdyby życie było w stanie zepchnąć jedną stronę skali fortuny? Co jeśli życie w pewnym sensie przyniosło szczęście, zmniejszając wpływ zakłóceń na skalę planetarną? Prowadzi to do głównego nierozstrzygniętego problemu w hipotezie Gai: w jaki sposób ma działać samoregulacja planetarna?

Podczas gdy dobór naturalny jest potężnym mechanizmem wyjaśniającym, który może tłumaczyć większość zmian, które obserwujemy u gatunków w czasie, brakuje nam teorii, która mogłaby wyjaśnić, w jaki sposób żywe i nieożywione elementy planety powodują samoregulację. W związku z tym hipoteza Gai była zwykle uważana za interesującą, ale spekulacyjną - i nie ugruntowany w dowolnej testowalnej teorii.

Wybór stabilności

Wydaje nam się, że w końcu mamy wyjaśnienie hipotezy Gai. Mechanizmem jest „sekwencyjny wybór”. Zasadniczo jest to bardzo proste. Gdy życie pojawia się na planecie, zaczyna oddziaływać na warunki środowiskowe, a to może organizować się w stany stabilizujące, które działają jak termostat i mają tendencję do utrzymywania się, lub destabilizują stany niekontrolowane, takie śnieżne wydarzenia na Ziemi które prawie wygasły początki złożonego życia więcej niż 600m lata temu.

Jeśli się ustabilizuje, scena zostanie przygotowana do dalszej ewolucji biologicznej, która z czasem ponownie skonfiguruje zestaw interakcji między życiem a planetą. Słynny przykład to pochodzenie fotosyntezy wytwarzającej tlen około 3 miliardów lat temu, w świecie wcześniej pozbawionym tlenu. Jeśli te nowsze interakcje stabilizują się, wówczas układ planetarny kontynuuje samoregulację. Ale nowe interakcje mogą również powodować zakłócenia i niekontrolowane informacje zwrotne. W przypadku fotosyntezy doprowadziło to do gwałtownego wzrostu poziomu tlenu w atmosferze w „Wielkie wydarzenie oksydacyjne”Około 2.3 miliardów lat temu. Był to jeden z nielicznych okresów w historii Ziemi, w którym zmiana była tak wyraźna, że ​​prawdopodobnie usunęła znaczną część istniejącej biosfery, skutecznie ponownie uruchamiając system.

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} Mechanizm wyboru

Szanse na spontaniczne zorganizowanie się życia i środowiska w samoregulujące się stany mogą być znacznie większe, niż można by się spodziewać. Jeśli fakt, biorąc pod uwagę wystarczającą różnorodność biologiczną, może to być bardzo prawdopodobne. Ale ta stabilność jest ograniczona. Pchnij system zbyt daleko, a może przekroczyć punkt krytyczny i gwałtownie zapaść się do nowego i potencjalnie bardzo odmiennego stanu.

Nie jest to ćwiczenie czysto teoretyczne, ponieważ naszym zdaniem możemy przetestować teorię na wiele różnych sposobów. W najmniejszej skali, która obejmowałaby eksperymenty z różnymi koloniami bakteryjnymi. Na znacznie większą skalę wymagałoby to poszukiwania innych biosfer wokół innych gwiazd, których moglibyśmy użyć do oszacowania całkowitej liczby biosfer we wszechświecie - a więc nie tylko prawdopodobieństwa pojawienia się życia, ale także przetrwania.

Znaczenie naszych ustaleń dla bieżących obaw związanych ze zmianami klimatu nie umknęło nam. Cokolwiek ludzie robią, życie będzie trwało w taki czy inny sposób. Ale jeśli nadal będziemy emitować gazy cieplarniane, zmieniając atmosferę, ryzykujemy powstanie niebezpiecznych i potencjalnie niekontrolowanych zmian klimatu. Może to ostatecznie zatrzymać ludzką cywilizację wpływającą na atmosferę, choćby dlatego, że nie pozostanie żadna ludzka cywilizacja.

Samoregulacja Gaiana może być bardzo skuteczna. Ale nie ma dowodów na to, że woli jedną formę życia od innej. Niezliczone gatunki pojawiły się, a następnie zniknęły z Ziemi w ciągu ostatnich 3.7 miliardów lat. Nie mamy powodu, aby tak myśleć Homo sapiens różnią się pod tym względem.

O autorze

James Dyke, profesor nadzwyczajny nauk o zrównoważonym rozwoju, University of Southampton oraz Tim Lenton, dyrektor, Global Systems Institute, University of Exeter

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon