Žemė yra tarsi gyvas organizmas! Mokslininko James Lovelock hipotezė

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Mūsų planeta yra unikalus. Lygiai taip, kaip kiekvienas iš mūsų yra skirtingas nuo akmens statulos Romos dievų, Žemė skiriasi nuo Marso, Veneros ir kitų žinomų planetų. Leiskite mums pasakyti vieno iš istoriją, ko gero, labiausiai stebinančių ir prieštaringų hipotezių mūsų laikas - Gaia hipotezę, kuris kviečia mus pažvelgti į Žemę kaip gyvas organizmas.

Žemė yra mūsų "protingo namo"

Jamesas Efraimas Lovelock šventėme savo šimtmetį praėjusią vasarą. Mokslininkas, išradėjas, inžinierius, nepriklausomas mąstytojas, asmuo žinomas ne tiek dėl savo išradimų kaip už nuostabų prielaida, kad Žemė yra savireguliacijos superorganism, kad už didžiąją dalį savo istorijos, paskutiniai trys milijardai metų, išlaikė palankias sąlygas gyvenimui ant paviršiaus …

Pavadinta Gaia - senovės graikų mitologijoje deivė, Apsimesti Žemė - hipotezę, skirtingai nuo tradicinių mokslų, rodo, kad pasaulio ekosistema planetos elgiasi kaip biologinio organizmo, o ne kaip negyvo objekto kontroliuojama geologinių procesų.

Skirtingai nuo tradicinių žemės mokslų, Lovelock siūlo apsvarstyti planetą ne kaip atskirų sistemų rinkinys - atmosferos, Litosfera, hidrosferos ir biosferos, - bet kaip viena sistema, kur kiekvienas jos komponentų, kuriant ir keičiasi, įtakoja plėtrą kitų komponentų. Be to, ši sistema yra savireguliacijos ir, kaip gyvų organizmų, turi mechanizmus atvirkštinis ryšys. Skirtingai nuo kitų žinomų planetų, per grįžtamojo santykius tarp gyvųjų ir negyvosios pasaulių naudoti, Žemė išlaiko savo klimato ir aplinkos parametrus, kad išliktų palanki namų gyvų būtybių.

Nuo pat metu jos išvaizda, ši idėja buvo teisingai kritikavo ir nebuvo priimtas mokslo bendruomenė, kuri netrukdo ją, tačiau iš jaudinantis vaizduotę ir surinkti daug šalininkų visame pasaulyje. Nepaisant šimtmetį, Lovelock dabar, kaip ir dauguma jo ilgą gyvenimą, likusi po kritikos ugnį, toliau ginti teoriją, keičia ir komplikuoja tai, toliau dirbti ir užsiimti moksline veikla.

Ar yra gyvenimas Marse

Bet prieš sukant jo dėmesį į gyvenimo Žemėje, James Lovelock buvo užimtas ieško gyvenimo Marse. 1961, per ketverius metus po to, kai TSRS pradėjo pirmąjį dirbtinį palydovą mūsų planetoje į kosmosą, Lovelock buvo pakviestas dirbti NASA.

Kaip dalis vikingų programą, agentūra planuoja siųsti du zondus į Marsą studijuoti planetą, ir ypač, ieškoti pėdsakų gyvybinės veiklos mikroorganizmų dirvožemyje. Tai buvo aptikti gyvybę, kuri turėjo būti, kad laive įmontuotas zondai, kad mokslininkas sukūrė, darbo Pasadenoje, tuo Jet Propulsion Laboratory, mokslinių tyrimų centras, kuris sukuria ir palaiko erdvėlaivių NASA įrenginiai. Beje, jis tiesiog dirbo šalia - toje pačioje biure - su garsiuoju astrofizikas ir popularizer mokslo Karl Sagan.

Jo darbas buvo ne vien inžinerija. Biologai, fizikai ir chemikai dirbo kartu su juo. Tai leido jam pasinerti stačia galva į eksperimentus rasti būdų, kaip aptikti gyvybę ir pažvelgti į problemą iš visų pusių.

Kaip rezultatas, Lovelock paprašė save: "Jei Aš pats buvo Marse, kaip galėčiau suprasti, kad yra gyvybė Žemėje?" Ir jis atsakė: "Pasak jos atmosferą, kuri neišsprendžiamų jokių gamtos lūkesčius."Laisvasis deguonis sudaro 20 procentų planetos atmosferos, o chemijos dėsniai sako, kad deguonis yra labai reaktyvios dujos – ir visa tai turi būti surišta įvairiuose mineraluose ir uolienose.

Lovelock padarė išvadą, kad gyvybė – mikrobai, augalai ir gyvūnai, nuolat metabolizuojantys medžiagą į energiją, paverčiantys saulės šviesą maistinėmis medžiagomis, išskiriantys ir sugeriantys dujas – yra tai, kas daro Žemės atmosferą tokia, kokia ji yra. Priešingai, Marso atmosfera yra beveik mirusi ir yra mažai energijos subalansuota, beveik nėra cheminių reakcijų.

1965 m. sausį Lovelockas buvo pakviestas į esminį susitikimą apie gyvybės paieškas Marse. Ruošdamasis svarbiam įvykiui, mokslininkas perskaitė trumpą Erwino Schrödingerio knygą „Kas yra gyvenimas“. Tas pats Schrödingeris – teorinis fizikas, vienas iš kvantinės mechanikos įkūrėjų ir žinomo minties eksperimento autorius. Šiuo darbu fizikas įnešė indėlį į biologiją. Paskutiniuose dviejuose knygos skyriuose yra Schrödingerio apmąstymai apie gyvenimo prigimtį.

Schrödingeris rėmėsi prielaida, kad gyvas organizmas egzistavimo procese nuolat didina savo entropiją arba, kitaip tariant, sukuria teigiamą entropiją. Jis pristato neigiamos entropijos sampratą, kurią gyvi organizmai turi gauti iš aplinkinio pasaulio, kad kompensuotų teigiamos entropijos augimą, vedantį į termodinaminę pusiausvyrą, taigi ir mirtį. Paprasčiausia prasme entropija yra chaosas, savęs naikinimas ir savęs naikinimas. Neigiama entropija yra tai, ką kūnas valgo. Schrödingerio teigimu, tai yra vienas pagrindinių skirtumų tarp gyvybės ir negyvosios gamtos. Gyva sistema turi eksportuoti entropiją, kad išlaikytų žemą savo entropiją.

Ši knyga įkvėpė Lovelocką paklausti: „Ar nebūtų lengviau ieškoti gyvybės Marse, ieškant žemos entropijos, kaip planetos savybės, nei lįsti į regolitą ieškant Marso organizmų? Šiuo atveju, norint nustatyti mažą entropiją, pakanka paprastos atmosferos analizės naudojant dujų chromatografą. Todėl mokslininkas rekomendavo NASA sutaupyti pinigų ir atšaukti Vikingų misiją.

Į žvaigždes

Jamesas Lovelockas gimė 1919 m. liepos 26 d. Letčvorte, mažame Hertfordšyro miestelyje, pietryčių Anglijoje. Šis miestas, pastatytas 1903 m., 60 kilometrų nuo Londono ir yra jo žaliosios juostos dalis, buvo pirmoji gyvenvietė JK, įkurta pagal urbanistinę „sodo miesto“koncepciją. Praėjusio šimtmečio pradžioje daugelį šalių užvaldė idėja apie ateities megapolius, kuriuose būtų sujungtos geriausios miesto ir kaimo savybės. Jamesas gimė darbininkų šeimoje, jo tėvai neturėjo išsilavinimo, bet padarė viską, kad sūnus jį gautų.

1941 m. Lovelockas baigė Mančesterio universitetą - vieną iš pirmaujančių Didžiosios Britanijos universitetų tarp garsiųjų "Raudonųjų plytų universitetų". Ten jis studijavo pas profesorių Alexanderį Toddą, puikų anglų organinį chemiką, Nobelio premijos laureatą už nukleotidų ir nukleorūgščių tyrimą.

1948 m. Lovelockas gavo medicinos mokslų daktaro laipsnį Londono Higienos ir atogrąžų medicinos institute. Šiuo savo gyvenimo laikotarpiu jaunasis mokslininkas užsiima medicininiais tyrimais ir išranda šiems eksperimentams reikalingus prietaisus.

Lovelockas išsiskyrė labai humanišku požiūriu į laboratorinius gyvūnus - iki tokio lygio, kad buvo pasirengęs atlikti eksperimentus su savimi. Viename iš savo tyrimų Lovelockas ir kiti mokslininkai ieškojo gyvų ląstelių ir audinių pažeidimo priežasčių nušalimo metu. Eksperimentiniai gyvūnai – žiurkėnai, su kuriais buvo atliktas eksperimentas – turėjo būti užšaldyti, o po to pašildyti ir atgaivinti.

Tačiau jei užšaldymo procesas gyvūnams buvo palyginti neskausmingas, tada atitirpinimas parodė, kad graužikams reikėjo ant krūtinės užsidėti karštus šaukštus, kad sušildytų širdis ir priverstų kraują cirkuliuoti per kūną. Tai buvo nepaprastai skausminga procedūra. Tačiau skirtingai nei Lovelockas, jo kolegos biologai negailėjo laboratorinių graužikų.

Tada mokslininkas išrado įrenginį, kuriame buvo beveik viskas, ko galima tikėtis iš įprastos mikrobangų krosnelės – iš tikrųjų tai buvo. Galėjai ten padėti sušalusį žiurkėną, nustatyti laikmatį ir po nustatyto laiko jis pabusdavo. Vieną dieną iš smalsumo Lovelock taip pat sušildė savo pietus. Tačiau laiku gauti patentą savo išradimui jis negalvojo.

1957 m. Lovelockas išrado elektronų gaudymo detektorių – nepaprastai jautrų prietaisą, sukėlusį perversmą matuojant itin mažą dujų koncentraciją atmosferoje ir ypač aptinkant cheminius junginius, kurie kelia grėsmę aplinkai.

Šeštojo dešimtmečio pabaigoje prietaisas buvo naudojamas parodyti, kad planetos atmosfera pilna pesticido DDT (dichlordifeniltrichloretano) likučių. Šis itin efektyvus ir lengvai gaunamas pesticidas buvo plačiai naudojamas nuo Antrojo pasaulinio karo. Už unikalių jo savybių atradimą šveicarų chemikas Paulas Mülleris 1948 metais buvo apdovanotas Nobelio medicinos premija. Šis apdovanojimas buvo įteiktas ne tik už išgelbėtą derlių, bet ir už milijonus išgelbėtų gyvybių: karo metais DDT buvo naudojamas kovojant su maliarija ir šiltine tarp civilių ir kariškių.

Tik šeštojo dešimtmečio pabaigoje pavojingo pesticido buvimas buvo aptiktas beveik visur Žemėje – nuo pingvinų kepenų Antarktidoje iki maitinančių motinų pieno Jungtinėse Valstijose.

Detektorius pateikė tikslius duomenis apie 1962 metais išleistą knygą „Tylus pavasaris“, kurią parašė amerikiečių ekologė Rachel Carson, kuri pradėjo tarptautinę kampaniją uždrausti naudoti DDT. Knygoje buvo teigiama, kad DDT ir kiti pesticidai sukelia vėžį ir kad jų naudojimas žemės ūkyje kelia grėsmę laukinei gamtai, ypač paukščiams. Šis leidinys buvo svarbus aplinkosaugos judėjimo įvykis ir sukėlė platų visuomenės pasipiktinimą, dėl kurio 1972 m. JAV, o vėliau ir visame pasaulyje buvo uždrausta naudoti DDT žemės ūkyje.

Kiek vėliau, pradėjęs dirbti NASA, Lovelockas išvyko į Antarktidą ir savo detektoriaus pagalba atrado visur esančius chlorfluorangliavandenilius – dirbtines dujas, kurios, kaip dabar žinoma, ardo stratosferos ozono sluoksnį. Abu šie atradimai buvo nepaprastai svarbūs planetos aplinkos judėjimui.

Taigi, kai JAV aeronautikos ir kosmoso administracija septintojo dešimtmečio pradžioje suplanavo savo Mėnulio ir planetos misijas ir pradėjo ieškoti, kas galėtų sukurti jautrią įrangą, kurią būtų galima išsiųsti į kosmosą, jie kreipėsi į Lovelocką. Nuo vaikystės susižavėjęs moksline fantastika, jis pasiūlymą priėmė entuziastingai ir, žinoma, negalėjo atsisakyti.

Planetos gyvos ir mirusios

Darbas Reaktyvinio judėjimo laboratorijoje suteikė Lovelockui puikią galimybę gauti pirmuosius kosminių zondų perduodamus Marso ir Veneros prigimties įrodymus. Ir tai, be jokios abejonės, buvo visiškai mirusios planetos, stulbinamai skiriasi nuo mūsų klestinčio ir gyvojo pasaulio.

Žemės atmosfera yra termodinamiškai nestabili. Dujų, tokių kaip deguonis, metanas ir anglies dioksidas, susidaro dideli kiekiai, tačiau jos egzistuoja kartu esant stabiliai dinaminei pusiausvyrai.

Dėl keistos ir nestabilios atmosferos, kuria kvėpuojame, Žemės paviršiuje reikia kažko, kas galėtų nuolat sintetinti didžiulius kiekius šių dujų ir tuo pat metu jas pašalinti iš atmosferos. Tuo pačiu metu planetos klimatas yra gana jautrus poliatominių dujų, tokių kaip metanas ir anglies dioksidas, gausai.

Lovelockas palaipsniui plėtoja idėją apie tokių medžiagų ciklų reguliavimo vaidmenį gamtoje - pagal analogiją su medžiagų apykaitos procesais gyvūno kūne. Ir šiuose procesuose dalyvauja žemiškoji gyvybė, kuri, pasak Lovelocko teorijos, ne tik juose dalyvauja, bet ir išmoko palaikyti sau reikalingas egzistavimo sąlygas, užmezgusi tam tikrą abipusiai naudingą bendradarbiavimą su planeta.

Ir jei iš pradžių visa tai buvo gryna spekuliacija, tai 1971-aisiais Lovelockas turėjo galimybę aptarti šią temą su iškiliu biologu Lynnu Marguliu, modernios simbiogenezės teorijos versijos kūrėju ir pirmąja Carlo Sagano žmona.

Margulis buvo Gaia hipotezės bendraautoris. Ji pasiūlė, kad mikroorganizmai turėtų atlikti jungiamąjį vaidmenį gyvybės ir planetos sąveikos srityje. Lovelockas pažymėjo viename iš savo interviu: „Būtų teisinga sakyti, kad ji įdėjo kūną į mano fiziologinės gyvos planetos sampratos kaulus“.

Dėl koncepcijos naujumo ir neatitikimo tradiciniams mokslams Lovelock reikėjo trumpo ir įsimintino pavadinimo. Būtent tada, 1969 m., mokslininko, fiziko ir rašytojo, Nobelio premijos laureato draugas ir kaimynas, taip pat romano „Musių valdovas“autorius Williamas Goldingas pasiūlė šią idėją pavadinti „Gaia“– garbei senovės graikų žemės deivė.

Kaip tai veikia

Pagal Lovelocko koncepciją, gyvybės evoliucija, tai yra visų planetoje esančių biologinių organizmų visuma, yra taip glaudžiai susijusi su jų fizinės aplinkos raida pasauliniu mastu, kad kartu jie sudaro vieną savaime besivystančią sistemą su savimi. -reguliacinės savybės, panašios į gyvo organizmo fiziologines savybes.

Gyvybė ne tik prisitaiko prie planetos: ji keičia ją savo tikslams. Evoliucija – tai porinis šokis, kuriame sukasi viskas, kas gyva ir negyva. Iš šio šokio išryškėja Gaia esmė.

Lovelockas pristato geofiziologijos sąvoką, kuri reiškia sisteminį požiūrį į žemės mokslus. Geofiziologija pristatoma kaip sintetinis žemės mokslas, tiriantis vientisos sistemos, kurios glaudžiai susiję komponentai yra biota, atmosfera, vandenynai ir žemės pluta, savybes ir raidą.

Jos užduotys apima planetos lygmens savireguliacijos mechanizmų paiešką ir tyrimą. Geofiziologija siekia nustatyti ryšius tarp ciklinių procesų ląstelių-molekuliniame lygmenyje su panašiais procesais kituose susijusiuose lygmenyse, pavyzdžiui, organizmo, ekosistemų ir visos planetos.

1971 m. buvo pasiūlyta, kad gyvi organizmai gali gaminti medžiagas, kurios turi reguliavimo reikšmę klimatui. Tai buvo patvirtinta, kai 1973 m. buvo atrastas dimetilsulfido išmetimas iš mirštančių planktoninių organizmų.

Dimetilsulfido lašeliai, patekę į atmosferą, tarnauja kaip vandens garų kondensacijos branduoliai, dėl kurių susidaro debesys. Debesų dangos tankis ir plotas daro didelę įtaką mūsų planetos albedui – jos gebėjimui atspindėti saulės spinduliuotę.

Kartu su lietumi krisdami ant žemės šie sieros junginiai skatina augalų augimą, o tai savo ruožtu pagreitina uolienų išplovimą. Dėl išplovimo susidarę biogenai išplaunami į upes ir galiausiai patenka į vandenynus, skatinantys planktoninių dumblių augimą.

Dimetilsulfido judėjimo ciklas yra uždarytas. Tai patvirtina, 1990 m. buvo nustatyta, kad debesuotumas virš vandenynų koreliuoja su planktono pasiskirstymu.

Lovelocko teigimu, šiandien, kai atmosfera perkaista dėl žmogaus veiklos, itin svarbus tampa biogeninis debesuotumo reguliavimo mechanizmas.

Kitas Gaia reguliavimo elementas yra anglies dioksidas, kurį geofiziologija laiko pagrindinėmis metabolinėmis dujomis. Nuo jo koncentracijos priklauso klimatas, augalų augimas ir laisvo atmosferos deguonies gamyba. Kuo daugiau anglies sukaupta, tuo daugiau deguonies išsiskiria į atmosferą.

Kontroliuodama anglies dioksido koncentraciją atmosferoje, biota reguliuoja vidutinę planetos temperatūrą. 1981 m. buvo pasiūlyta, kad tokia savireguliacija vyksta biogeniškai sustiprinant uolienų atmosferos procesą.

Lovelockas lygina sunkumus suprasti planetoje vykstančius procesus su sunkumais suprasti ekonomiką. XVIII amžiaus ekonomistas Adamas Smithas yra geriausiai žinomas kaip „nematomos rankos“sąvokos įvedimas į mokslą, dėl kurio nežabotas komercinis savanaudiškumas kažkaip veikia bendram labui.

Lygiai taip pat ir su planeta, sako Lovelockas: kai ji „brendo“, ji pradėjo palaikyti gyvybei tinkamas sąlygas, o „nematoma ranka“sugebėjo skirtingus organizmų interesus nukreipti į bendrą išlaikymo reikalą. šias sąlygas.

Darvinas prieš Lovelocką

1979 m. išleista knyga „Gaia: A New Look at Life on Earth“tapo bestseleriu. Ją gerai įvertino aplinkosaugininkai, bet ne mokslininkai, kurių dauguma atmetė jame esančias idėjas.

Garsus kreacionizmo ir protingo dizaino kritikas, Oksfordo universiteto profesorius ir knygos „Savanaudiškas genas“autorius Richardas Dawkinsas pasmerkė Gaios teoriją kaip „labai klaidingą“ereziją, prieštaraujančią pagrindiniam Darvino natūralios atrankos principui: „išgyvena pats stipriausias“. Visgi, nes Gaia teorija teigia, kad gyvūnai, augalai ir mikroorganizmai ne tik konkuruoja, bet ir bendradarbiauja, kad išlaikytų aplinką.

Kai pirmą kartą buvo aptarta Gaios teorija, darvino biologai buvo vieni aršiausių jos priešininkų. Jie teigė, kad bendradarbiavimas, būtinas Žemės savireguliacijai, niekada negali būti derinamas su konkurencija, būtina natūraliai atrankai.

Be pačios esmės, nepasitenkinimą kėlė ir pavadinimas, paimtas iš mitologijos. Visa tai atrodė kaip nauja religija, kur pati Žemė tapo dievinimo objektu. Talentingas polemikus Richardas Dawkinsas metė iššūkį Lovelocko teorijai ta pačia energija, kurią vėliau panaudojo kalbėdamas apie Dievo egzistavimo sampratą.

Lovelockas paneigė jų kritiką savireguliacijos įrodymais, surinktais iš jo tyrimų ir matematiniais modeliais, iliustruojančiais, kaip veikia planetos klimato savireguliacija. Gaia teorija yra fiziologinis Žemės sistemos vaizdas iš viršaus į apačią. Ji žiūri į Žemę kaip į dinamiškai reaguojančią planetą ir paaiškina, kodėl ji taip skiriasi nuo Marso ar Veneros.

Kritika daugiausia buvo pagrįsta klaidinga nuomone, kad naujoji hipotezė buvo antidarvininė.

„Natūrali atranka teikia pirmenybę stiprintuvams“, - sakė Lovelockas. Jo teorija tik detalizuoja Darvino teoriją, o tai reiškia, kad gamta teikia pirmenybę organizmams, kurie palieka aplinką geresnės formos, kad palikuonys galėtų išgyventi.

Tos gyvų būtybių rūšys, kurios neigiamai veikia aplinką, padaro ją mažiau tinkamas palikuonims ir galiausiai bus išmestos iš planetos – taip pat silpnesnės, evoliuciškai neprisitaikytos rūšys, argumentavo Lovelockas.

Kopernikas laukia savo Niutono

Apibendrinant, reikia pasakyti, kad mokslinę Žemės kaip vientisos gyvos sistemos, gyvo superorganizmo sampratą gamtininkai ir mąstytojai plėtojo nuo XVIII a. Šią temą aptarė moderniosios geologijos ir geochronologijos tėvas Jamesas Huttonas, gamtos mokslininkas, pasauliui suteikęs terminą „biologija“Jeanas-Baptiste'as Lamarckas, gamtininkas ir keliautojas, vienas iš geografijos, kaip savarankiško mokslo, įkūrėjų Alexanderis von Humboldtas.

XX amžiuje idėja buvo sukurta moksliškai pagrįstoje iškilaus Rusijos ir sovietų mokslininko ir mąstytojo Vladimiro Ivanovičiaus Vernadskio biosferos koncepcijoje. Savo moksline ir teorine dalimi Gaia samprata panaši į „Biosferą“. Tačiau praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje Lovelockas dar nebuvo susipažinęs su Vernadskio darbais. Tuo metu nebuvo sėkmingų jo darbų vertimų į anglų kalbą: kaip sakė Lovelockas, angliškai kalbantys mokslininkai tradiciškai yra „kurtieji“dirbti kitomis kalbomis.

Lovelockas, kaip ir jo ilgametis kolega Lynnas Margulis, nebeprimygtinai tvirtina, kad Gaia yra superorganizmas. Šiandien jis pripažįsta, kad daugeliu atžvilgių jo terminas „organizmas“yra tik naudinga metafora.

Tačiau Charleso Darwino „kovos už išlikimą“samprata gali būti laikoma metafora dėl tos pačios priežasties. Kartu tai nesutrukdė Darvino teorijai užkariauti pasaulio. Tokios metaforos gali paskatinti mokslinę mintį, stumdamos mus vis toliau žinių keliu.

Šiandien Gaia hipotezė tapo postūmiu plėtoti modernią Žemės sisteminio organizmo mokslo versiją – geofiziologiją. Galbūt laikui bėgant tai taps sintetiniu biosferos mokslu, kurį kadaise svajojo sukurti Vernadskis. Dabar tai yra pakeliui į tradicinę, visuotinai pripažintą žinių sritį ir virsta ja.

Neatsitiktinai žymus britų evoliucinis biologas Williamas Hamiltonas – vieno beviltiškiausių teorijos kritikų Richardo Dawkinso mentorius ir pastarojo savo knygos pavadinime vartojamos frazės „savanaudiškas genas“autorius. - pavadino Jamesą Lovelocką „Kopernikas laukia savo Niutono“.