prawdopodobnie nigdy nie dowiemy się, jak zaczęło się życie na Ziemi. Może w płytkim, nasłonecznionym basenie. Albo w miażdżących głębinach oceanicznych mil pod powierzchnią, w pobliżu szczelin w skorupie ziemskiej, które wypluwały gorącą, bogatą w minerały zupę. Chociaż istnieją dobre dowody na istnienie życia co najmniej 3,7 miliarda lat temu, nie wiemy dokładnie, kiedy się zaczęło.
ale te przemijające eony stworzyły coś być może jeszcze bardziej niezwykłego: życie przetrwało., Pomimo ogromnych uderzeń asteroidów, kataklizmicznej aktywności wulkanów i ekstremalnych zmian klimatu, życie zdołało nie tylko trzymać się naszego skalistego świata, ale także rozwijać się.
Jak to się stało? Badania, które niedawno opublikowaliśmy wraz z kolegami w Trends in Ecology and Evolution, stanowią ważną część odpowiedzi, dostarczając nowego wyjaśnienia dla hipotezy Gaia.,
opracowana przez naukowca i wynalazcę Jamesa Lovelocka i mikrobiologa Lynn Margulis hipoteza Gaia pierwotnie proponowała, że życie, poprzez swoje interakcje z skorupą ziemską, oceanami i atmosferą, wytwarzało stabilizujący wpływ na warunki na powierzchni planety – w szczególności skład atmosfery i klimatu. Dzięki takiemu samoregulującemu się procesowi życie mogło przetrwać w warunkach, które zniszczyłyby je na nieregulujących planetach.
Lovelock sformułował hipotezę Gaia podczas pracy dla NASA w latach 60., Uznał, że życie nie jest biernym pasażerem na Ziemi. Raczej głęboko przebudował planetę, tworząc nowe skały, takie jak wapień, wpływając na atmosferę poprzez wytwarzanie tlenu i napędzając cykle pierwiastków, takich jak azot, fosfor i węgiel. Spowodowane przez człowieka zmiany klimatu, które są w dużej mierze konsekwencją spalania paliw kopalnych, a więc 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 powierzchniowe, poza kilkoma wyjątkami, pozostały w zakresie wymaganym dla szeroko rozprzestrzenionej ciekłej wody, wielu naukowców przypisuje to po prostu szczęściu. Gdyby ziemia całkowicie zstąpiła do Lodowego domu lub gorącego domu (pomyśl o Marsie lub Wenus), życie wymarłoby i nie byłoby nas tutaj, aby zastanawiać się, jak to trwało tak długo. Jest to forma antropicznego argumentu selekcyjnego, który mówi, że nie ma nic do wyjaśnienia.,
najwyraźniej życie na ziemi miało szczęście. W pierwszym przypadku Ziemia znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania – okrąża Słońce w odległości, która wytwarza temperaturę powierzchni wymaganą dla ciekłej wody. Istnieją alternatywne i być może bardziej egzotyczne formy życia we wszechświecie, ale życie, jakie znamy, wymaga wody. Życie miało również szczęście, aby uniknąć bardzo dużych uderzeń asteroidów., Bryła skały znacznie większa niż ta, która doprowadziła do upadku dinozaurów około 66 mln lat temu, mogła całkowicie wysterylizować ziemię.
ale co by było, gdyby życie było w stanie zepchnąć jedną stronę wagi fortuny? Co, jeśli życie w pewnym sensie ma własne szczęście, zmniejszając skutki zaburzeń na skalę planetarną? Prowadzi to do głównego nierozstrzygniętego problemu w hipotezie Gaia: jak ma działać planetarna samoregulacja?,
podczas gdy dobór naturalny jest potężnym mechanizmem wyjaśniającym, który może wyjaśnić wiele zmian, które obserwujemy u gatunków w czasie, brakuje nam teorii, która mogłaby wyjaśnić, w jaki sposób żywe i nieżywe elementy planety wytwarzają samoregulację. W związku z tym hipoteza Gaia jest zazwyczaj uważana za interesującą, ale spekulatywną – i nie jest ugruntowana w żadnej testowalnej teorii.
wybór stabilności
uważamy, że istnieje wreszcie Wyjaśnienie hipotezy Gaia., Mechanizm opiera się na „sequential selection”, koncepcji zaproponowanej po raz pierwszy przez naukowca od klimatu Richarda Bettsa na początku lat 2000. W zasadzie jest to bardzo proste. W miarę jak życie wyłania się na planecie, zaczyna wpływać na warunki środowiskowe, a to może organizować się w Stany stabilizujące, które działają jak termostat i mają tendencję do utrzymywania się, lub destabilizujące Stany uciekające, takie jak Śnieżne wydarzenia na Ziemi, które prawie zgasły początki złożonego życia ponad 600m lat temu.,
Jeśli się ustabilizuje, scena jest ustawiona na dalszą ewolucję biologiczną, która z czasem zmieni zestaw interakcji między życiem a planetą. Znanym przykładem jest powstanie fotosyntezy wytwarzającej tlen około 3 miliardów lat temu, w świecie wcześniej pozbawionym tlenu. Jeśli te nowsze interakcje stabilizują się, wówczas układ planetarny nadal samoreguluje się. Ale nowe interakcje mogą również powodować zakłócenia i uciekające sprzężenia zwrotne. W przypadku fotosyntezy doprowadziło to do gwałtownego wzrostu poziomu tlenu atmosferycznego w” wielkim wydarzeniu utleniania ” około 2.,3 miliardy lat temu. Był to jeden z rzadkich okresów w historii Ziemi, gdzie zmiana była tak wyraźna, że prawdopodobnie wymazała większość obecnej biosfery, skutecznie restartując system.
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. Przesunąć system zbyt daleko, a może on wyjść poza punkt krytyczny i szybko zawalić się do nowego i potencjalnie bardzo innego stanu.,
nie jest to ćwiczenie czysto teoretyczne, ponieważ uważamy, że możemy przetestować teorię na wiele różnych sposobów. W najmniejszej skali, która wiązałaby się z eksperymentami z różnymi koloniami bakteryjnymi. Na znacznie większą skalę wiązałoby się to z poszukiwaniem innych biosfer wokół innych gwiazd, których moglibyśmy użyć do oszacowania całkowitej liczby biosfer we wszechświecie – a więc nie tylko tego, jak prawdopodobne jest powstanie życia, ale także jego przetrwanie.
znaczenie naszych ustaleń dla obecnych obaw dotyczących zmian klimatu nie umknęło nam. Cokolwiek ludzie czynią, życie będzie trwało w ten czy inny sposób. Ale jeśli nadal będziemy emitować gazy cieplarniane i w ten sposób zmienimy atmosferę, ryzykujemy spowodowanie niebezpiecznych i potencjalnie uciekających zmian klimatycznych. Może to w końcu powstrzymać wpływ ludzkiej cywilizacji na atmosferę, choćby dlatego, że nie zostanie już żadna ludzka cywilizacja.
samoregulacja może być bardzo skuteczna., Ale nie ma dowodów, że preferuje jedną formę życia nad inną. Niezliczone gatunki pojawiły się, a następnie zniknęły z ziemi w ciągu ostatnich 3,7 miliarda lat. Nie mamy powodu, by sądzić, że Homo sapiens jest inny pod tym względem.