Vi kommer sannolikt aldrig att veta hur livet på jorden började. Kanske i en grund solbelyst pool. Eller i de förkrossande havsdjupen miles under ytan nära sprickor i jordskorpan som spydde ut varm mineralrik soppa. Medan det finns goda bevis för livet för minst 3,7 miljarder år sedan, vet vi inte exakt när det började.
men dessa passerar aeons har producerat något kanske ännu mer anmärkningsvärt: livet har kvarstått., Trots massiva Asteroid effekter, katastrofala vulkanaktivitet och extrema klimatförändringar har livet lyckats inte bara hålla fast vid vår steniga värld utan att trivas.
hur hände detta? Forskning vi nyligen publicerade med kollegor i trender i ekologi och Evolution erbjuder en viktig del av svaret, vilket ger en ny förklaring till Gaia-hypotesen.,
utvecklad av forskare och uppfinnare James Lovelock och mikrobiologen Lynn Margulis föreslog Gaia-hypotesen ursprungligen att livet, genom dess interaktioner med jordskorpan, oceanerna och atmosfären, gav en stabiliserande effekt på förhållandena på planetens yta – i synnerhet atmosfärens och klimatets sammansättning. Med en sådan självreglerande process på plats har livet kunnat överleva under förhållanden som skulle ha utplånat det på icke-reglerande planeter.
Lovelock formulerade gaia-hypotesen medan han arbetade för NASA på 1960-talet., Han erkände att livet inte har varit en passiv passagerare på jorden. Snarare har det djupt ombyggda planeten, skapa nya stenar som kalksten, påverkar atmosfären genom att producera syre, och driver cykler av element som kväve, fosfor och kol. Mänskliga klimatförändringar, som till stor del är en följd av att vi bränner fossila bränslen och därmed släpper ut koldioxid, är bara det senaste sättet livet påverkar jordsystemet.
Även om det nu är accepterat att livet är en kraftfull kraft på planeten, är Gaia-hypotesen fortfarande kontroversiell., Trots bevis på att yttemperaturer har, bar några anmärkningsvärda undantag, förblev inom det område som krävs för utbredd flytande vatten, tillskriver många forskare detta helt enkelt till lycka. Om jorden hade kommit helt ner i ett ishus eller varmt hus (tänk Mars eller Venus) då livet skulle ha blivit utdöd och vi skulle inte vara här för att undra hur det hade kvarstått så länge. Detta är en form av antropisk urvalsargument som säger att det inte finns något att förklara.,
uppenbarligen har livet på jorden haft tur. I första hand är jorden inom den beboeliga zonen-den kretsar kring solen på ett avstånd som producerar yttemperaturer som krävs för flytande vatten. Det finns alternativa och kanske mer exotiska former av liv i universum, men livet som vi vet att det kräver vatten. Livet har också haft tur att undvika mycket stora Asteroid effekter., En klump av sten som är betydligt större än den som leder till dinosauriernas död för 66 år sedan kunde ha steriliserat jorden helt.
men vad händer om livet hade kunnat trycka ner på ena sidan av fortune-skalorna? Vad händer om livet på något sätt gjorde sin egen lycka genom att minska effekterna av planetariska störningar? Detta leder till den centrala olösta frågan i Gaia-hypotesen: hur är planetär självreglering tänkt att fungera?,
medan naturligt urval är en kraftfull förklarande mekanism som kan redogöra för mycket av den förändring vi observerar i arter över tiden, har vi saknat en teori som kan förklara hur de levande och icke-levande elementen på en planet producerar självreglering. Följaktligen har Gaia-hypotesen vanligtvis ansetts vara intressant men spekulativ – och inte grundad i någon testbar teori.
val av stabilitet
Vi tror att det äntligen finns en förklaring till Gaia-hypotesen., Mekanismen är baserad på” sekventiellt urval”, ett koncept som först föreslogs av klimatforskaren Richard Betts i början av 2000-talet. i princip är det väldigt enkelt. När livet framträder på en planet börjar det påverka miljöförhållandena, och detta kan organisera sig i stabiliserande stater som fungerar som en termostat och tenderar att bestå, eller destabiliserande skenande stater som snöbollsevenemang som nästan släckte början på komplext liv för mer än 600m år sedan.,
om den stabiliseras är scenen inställd för ytterligare biologisk utveckling som i tid kommer att omkonfigurera uppsättningen interaktioner mellan liv och planet. Ett känt exempel är ursprunget till syreproducerande fotosyntes för cirka 3 miljarder år sedan, i en värld som tidigare saknar syre. Om dessa nyare interaktioner stabiliseras fortsätter planetsystemet att självreglera. Men nya interaktioner kan också ge störningar och skenande återkopplingar. Vid fotosyntes ledde det till en abrupt ökning av atmosfäriska syrenivåer i” Great Oxidation Event ” runt 2.,3 miljarder år sedan. Detta var en av de sällsynta perioderna i jordens historia där förändringen var så uttalad att den förmodligen utplånade mycket av den befintliga biosfären, som effektivt startade om systemet.
risken för att liv och miljö spontant organiseras i självreglerande tillstånd kan vara mycket högre än du förväntar dig. Om den biologiska mångfalden är tillräcklig kan den vara ytterst sannolik. Men det finns en gräns för denna stabilitet. Skjut systemet för långt och det kan gå utöver en tipppunkt och snabbt kollapsa till ett nytt och potentiellt mycket annorlunda tillstånd.,
detta är inte en rent teoretisk övning, eftersom vi tror att vi kanske kan testa teorin på ett antal olika sätt. I minsta skala som skulle innebära experiment med olika bakteriekolonier. I mycket större skala skulle det innebära att söka efter andra biosfärer runt andra stjärnor som vi kunde använda för att uppskatta det totala antalet biosfärer i universum-och så inte bara hur sannolikt det är för livet att dyka upp, men också att fortsätta.
relevansen av våra resultat för nuvarande oro över klimatförändringarna har inte undgått oss. Oavsett vad människor gör livet kommer att fortsätta på ett eller annat sätt. Men om vi fortsätter att släppa ut växthusgaser och därmed förändra atmosfären riskerar vi att producera farliga och potentiellt förrymda klimatförändringar. Detta skulle så småningom kunna stoppa den mänskliga civilisationen som påverkar atmosfären, om så bara för att det inte kommer att finnas någon mänsklig civilisation kvar.
gaisk självreglering kan vara mycket effektiv., Men det finns inga bevis för att det föredrar en form av liv över en annan. Otaliga arter har uppstått och sedan försvunnit från jorden under de senaste 3,7 miljarder åren. Vi har ingen anledning att tro att Homo sapiens är annorlunda i det avseendet.