Vi vil trolig aldri få vite hvordan livet på Jorda startet. Kanskje i et grunt solrik basseng. Eller i knusing havdyp km under overflaten, i nærheten av sprekker i jordskorpen som spydde ut varme mineral-rike suppe. Mens det er gode bevis for liv på minst 3,7 milliarder år siden, vi vet ikke nøyaktig når det startet.
Men disse passerer uendeleg har produsert noe som kanskje er enda mer bemerkelsesverdig: livet har vedvart., Til tross for massiv asteroide virkninger, katastrofale vulkan aktivitet og ekstreme klimaendringer, livet har klart å ikke bare holde fast på vår steinete verden, men for å trives.
Hvordan kunne dette skje? Forskning vi har nylig publisert med kolleger i Trender i Økologi og Evolusjon, og tilbyr en viktig del av svaret, gi en ny forklaring for Gaia-hypotesen.,
Utviklet av forsker og oppfinner James Lovelock, og microbiologist Lynn Margulis, er det Gaia-hypotesen er i utgangspunktet foreslått at livet, gjennom sin samhandling med jordskorpen, hav og atmosfære, og produsert en stabiliserende effekt på forholdene på overflaten av planeten – spesielt sammensetningen av atmosfæren og klimaet. Med slik en selvregulerende prosess på plass, har livet blitt i stand til å overleve under forhold som ville ha tørket det ut på non-regulering planeter.
Lovelock formulert Gaia-hypotesen mens han jobbet for NASA i 1960-årene., Han har innsett at livet ikke har vært en passiv passasjer på Jorden. Heller det har fundamentalt ombygd planeten, oppretting av nye bergarter som kalkstein, som påvirker atmosfæren ved å produsere oksygen, og kjører sykluser av elementer, slik som nitrogen, fosfor og karbon. Human-produsert klimaendringer, som i stor grad er en konsekvens av oss brenning av fossilt brensel og så avgi karbondioksid, er bare den siste måten livet påvirker Jordens system.
Mens det er nå akseptert at livet er en mektig kraft på planeten, er det Gaia-hypotesen er fortsatt uavklart., Til tross for bevis for at overflaten har temperaturer, bar et par hederlige unntak, holdt seg innenfor rekkevidden som kreves for utbredt flytende vann, mange forskere attributtet dette rett og slett for å lykke. Hvis Jorden hadde senket seg helt inn i en is-house eller varmt hus (tror Mars eller Venus), så ville livet ha blitt utryddet, og vi ville ikke være her å lurer på hvordan det hadde vedvart så lenge. Dette er en form for anthropic utvalget argument som sier det er ingenting å forklare.,
Klart, livet på Jorden har vært heldig. I første omgang, Jorden er i beboelig sone – det går i bane rundt sola med en avstand som produserer overflatetemperaturer som kreves for flytende vann. Det finnes alternative og kanskje mer eksotiske former for liv i universet, men livet som vi kjenner det krever vann. Liv har også vært heldig å unngå svært stor asteroide virkninger., En klump av rock betydelig større enn den som fører til død av dinosaurer noen 66m år siden kunne ha helt sterilisert Jorden.
Men hva hvis livet hadde vært i stand til å presse ned på den ene siden av vekten av formue? Hva om livet i en viss forstand laget sin egen lykke ved å redusere virkningene av global skala forstyrrelser? Dette fører til sentrale utestående problem i Gaia-hypotesen: hvordan er kroppens selvregulering ment til å fungere?,
Mens det naturlige utvalg er en kraftig forklarende mekanisme som kan forklare mye av endringene vi observerer i arter over tid, har vi manglet en teori som kan forklare hvordan den levende og ikke-levende elementer av en planet produsere selv-regulering. Følgelig er det Gaia-hypotesen har vanligvis blitt vurdert som interessant, men spekulativ – og ikke forankret i noen testbare teori.
Valg for stabilitet
– Vi tror det er endelig en forklaring for Gaia-hypotesen., Mekanismen er basert på «sequential utvalget», et konsept som først foreslått av klima-forskeren Richard Betts tidlig på 2000-tallet. I prinsippet er det veldig enkelt. Så livet går fram på en planet, det begynner å påvirke miljømessige forhold, og dette kan organisere i ferd med å stabilisere stater som fungerer som en termostat og har en tendens til å vedvare, eller destabiliserende runaway stater som snøball Jorden hendelser som nesten slukket begynnelse av komplekse liv mer enn 600 år siden.,
Hvis det stabiliserer deretter er scenen satt for ytterligere biologiske evolusjon, som vil i gang konfigurere sett av interaksjoner mellom liv og planeten. Et berømt eksempel er opphavet til oksygen-produserende fotosyntesen rundt 3 milliarder år siden, i en verden som tidligere er blottet for oksygen. Hvis disse nyere vekselsvirkningene er i ferd med å stabilisere seg, så den planetariske-systemet fortsetter å selv regulere. Men nye vekselsvirkningene, kan også gi forstyrrelser og runaway tilbakemeldinger. I tilfelle av fotosyntesen det førte til en brå økning i atmosfærisk oksygen nivåer i den «Store Oksidasjon Event» rundt 2.,3 milliarder år siden. Dette var en av de sjeldne perioder i Jordens historie der endringen var så uttalt at det sannsynligvis er tørket ut mye av den etablerte biosphere, effektivt omstart av systemet.
sjansene for liv og miljø spontant å organisere inn i selv-regulering stater kan være mye høyere enn du forventer. Hvis faktum, gitt tilstrekkelig biologisk mangfold, kan det være svært sannsynlig. Men det er en grense for denne stabiliteten. Trykk system for langt, og det kan gå utover et vippepunkt og raskt kollapse til en ny og potensielt svært forskjellige staten.,
Dette er ikke en ren teoretisk øvelse, som vi tror vi kan i stand til å teste teorien i en rekke forskjellige måter. På den minste skalaen som ville innebære eksperimenter med ulike bakteriell koloniene. På en mye større skala, ville det innebære å søke etter andre biosfærer rundt andre stjerner som vi kunne bruke til å anslå det totale antall biosfærer i universet – og så ikke bare hvor sannsynlig det er for livet å dukke opp, men også til å vedvare.
relevansen av våre funn til bekymringer over klimaendringer har ikke rømt oss. Uansett hva mennesker gjør livet vil fortsette i en eller annen måte. Men hvis vi fortsetter å slippe ut drivhusgasser og så endre atmosfæren, så risikerer vi å produsere farlige og potensielt enorme klimaendringer. Dette kan til slutt stoppe menneskelige sivilisasjon som påvirker atmosfæren, hvis bare fordi det ikke vil være noen menneskelig sivilisasjon venstre.
Gaian selvregulering kan være svært effektive., Men det er ingen bevis for at det foretrekker en form for liv over en annen. Utallige arter har dukket opp, og deretter forsvant fra Jorden i løpet av de siste 3,7 milliarder år. Vi har ingen grunn til å tro at Homo sapiens er noen forskjell i så henseende.