Wir werden wahrscheinlich nie wissen, wie das Leben auf der Erde begann. Vielleicht in einem flachen sonnenbeschienenen Pool. Oder in den quetschenden Meerestiefen Meilen unter der Oberfläche in der Nähe von Rissen in der Erdkruste, die heiße mineralreiche Suppe ausspuckten. Während es gute Beweise für das Leben vor mindestens 3, 7 Milliarden Jahren gibt, wissen wir nicht genau, wann es angefangen hat.
Aber diese vorübergehenden Äonen haben etwas vielleicht noch Bemerkenswerteres hervorgebracht: Das Leben hat bestanden., Trotz massiver Asteroideneinschläge, katastrophaler Vulkanaktivität und extremem Klimawandel ist es dem Leben gelungen, sich nicht nur an unsere felsige Welt zu klammern, sondern zu gedeihen.
Wie ist das passiert? Forschung, die wir kürzlich mit Kollegen in Trends in Ökologie und Evolution veröffentlicht haben, bietet einen wichtigen Teil der Antwort und liefert eine neue Erklärung für die Gaia-Hypothese.,
Die von dem Wissenschaftler und Erfinder James Lovelock und der Mikrobiologin Lynn Margulis entwickelte Gaia-Hypothese schlug ursprünglich vor, dass das Leben durch seine Wechselwirkungen mit der Erdkruste, den Ozeanen und der Atmosphäre eine stabilisierende Wirkung auf die Bedingungen auf der Oberfläche des Planeten hat – insbesondere auf die Zusammensetzung der Atmosphäre und das Klima. Mit einem solchen selbstregulierenden Prozess konnte das Leben unter Bedingungen überleben, die es auf nicht regulierenden Planeten ausgelöscht hätten.
Lovelock formulierte die Gaia-Hypothese während seiner Arbeit für die NASA in den 1960er Jahren., Er erkannte, dass das Leben kein passiver Passagier auf der Erde war. Vielmehr hat es den Planeten grundlegend umgebaut, neue Gesteine wie Kalkstein geschaffen, die Atmosphäre beeinflusst, indem es Sauerstoff produziert und die Zyklen von Elementen wie Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff antreibt. Der vom Menschen verursachte Klimawandel, der größtenteils darauf zurückzuführen ist, dass wir fossile Brennstoffe verbrennen und so Kohlendioxid freisetzen, ist nur die neueste Art und Weise, wie sich das Leben auf das Erdsystem auswirkt.
Während es jetzt akzeptiert wird, dass das Leben eine mächtige Kraft auf dem Planeten ist, bleibt die Gaia-Hypothese umstritten., Trotz der Beweise, dass die Oberflächentemperaturen bis auf wenige bemerkenswerte Ausnahmen innerhalb des für weit verbreitetes flüssiges Wasser erforderlichen Bereichs geblieben sind, führen viele Wissenschaftler dies einfach auf Glück zurück. Wenn die Erde vollständig in ein Eishaus oder ein heißes Haus abgestiegen wäre (denken Sie an Mars oder Venus), wäre das Leben ausgestorben und wir wären nicht hier, um uns zu fragen, wie es so lange gedauert hätte. Dies ist eine Form des anthropischen Auswahlarguments, das besagt, dass es nichts zu erklären gibt.,
Offensichtlich hat das Leben auf der Erde Glück gehabt. Im ersten Fall befindet sich die Erde innerhalb der bewohnbaren Zone – sie umkreist die Sonne in einer Entfernung, die Oberflächentemperaturen erzeugt, die für flüssiges Wasser erforderlich sind. Es gibt alternative und vielleicht exotischere Lebensformen im Universum, aber das Leben, wie wir es kennen, erfordert Wasser. Das Leben hatte auch Glück, sehr große Asteroideneinschläge zu vermeiden., Ein Gesteinsklumpen, der deutlich größer ist als der, der vor 66 Millionen Jahren zum Untergang der Dinosaurier führte, hätte die Erde vollständig sterilisieren können.
Aber was wäre, wenn das Leben auf einer Seite der Skalen des Glücks nach unten drücken könnte? Was wäre, wenn das Leben in gewissem Sinne sein eigenes Glück hätte, indem es die Auswirkungen planetarischer Störungen verringert hätte? Dies führt zu dem zentralen offenen Thema in der Gaia-Hypothese: Wie soll die planetarische Selbstregulierung funktionieren?,
Während die natürliche Selektion ein mächtiger Erklärungsmechanismus ist, der einen Großteil der Veränderungen erklären kann, die wir im Laufe der Zeit an Arten beobachten, fehlt uns eine Theorie, die erklären könnte, wie die lebenden und nicht lebenden Elemente eines Planeten Selbstregulierung erzeugen. Folglich wurde die Gaia-Hypothese typischerweise als interessant, aber spekulativ angesehen – und nicht in einer testbaren Theorie begründet.
Auswahl für Stabilität
Wir glauben, dass es endlich eine Erklärung für die Gaia-Hypothese gibt., Der Mechanismus basiert auf „sequential selection“, ein Konzept, das zuerst vorgeschlagen von Klima-Wissenschaftler Richard Betts, der in den frühen 2000er Jahren. Im Prinzip ist es ganz einfach. Wenn das Leben auf einem Planeten auftaucht, beginnt es, die Umweltbedingungen zu beeinflussen, und dies kann sich in stabilisierende Zustände organisieren, die wie ein Thermostat wirken und dazu neigen, zu bestehen, oder in destabilisierende außer Kontrolle geratene Zustände wie die Schneeball-Erdereignisse, die die Anfänge des komplexen Lebens vor mehr als 600m Jahren fast ausgelöscht hätten.,
Wenn es sich stabilisiert, wird die Szene für die weitere biologische Evolution festgelegt, die mit der Zeit die Wechselwirkungen zwischen Leben und Planet neu konfigurieren wird. Ein berühmtes Beispiel ist der Ursprung der sauerstoffproduzierenden Photosynthese vor etwa 3 Milliarden Jahren in einer Welt ohne Sauerstoff. Wenn sich diese neueren Wechselwirkungen stabilisieren, reguliert sich das Planetensystem weiter selbst. Neue Interaktionen können aber auch zu Störungen und außer Kontrolle geratenen Feedbacks führen. Im Falle der Photosynthese führte dies zu einem abrupten Anstieg des atmosphärischen Sauerstoffgehalts im „Großen Oxidationsereignis“ um 2.,3 Milliarden Jahren. Dies war eine der seltenen Perioden in der Erdgeschichte, in denen die Veränderung so ausgeprägt war, dass sie wahrscheinlich einen Großteil der etablierten Biosphäre auslöschte und das System effektiv neu startete.
Die Chancen, dass sich Leben und Umwelt spontan in selbstregulierende Zustände organisieren, sind möglicherweise viel höher als erwartet. Wenn tatsächlich, bei ausreichender Biodiversität, kann es sehr wahrscheinlich sein. Aber dieser Stabilität ist eine Grenze gesetzt. Schieben Sie das System zu weit und es kann über einen Wendepunkt hinausgehen und schnell in einen neuen und möglicherweise sehr anderen Zustand zusammenbrechen.,
Dies ist keine rein theoretische Übung, da wir der Meinung sind, dass wir die Theorie auf verschiedene Arten testen können. Im kleinsten Maßstab würde das Experimente mit verschiedenen Bakterienkolonien beinhalten. In einem viel größeren Maßstab würde es die Suche nach anderen Biosphären um andere Sterne beinhalten, mit denen wir die Gesamtzahl der Biosphären im Universum schätzen könnten-und damit nicht nur, wie wahrscheinlich es ist, dass das Leben entsteht, sondern auch bestehen bleibt.
Die Relevanz unserer Ergebnisse für aktuelle Bedenken hinsichtlich des Klimawandels ist uns nicht entgangen. Was auch immer Menschen tun, das Leben wird auf die eine oder andere Weise weitergehen. Aber wenn wir weiterhin Treibhausgase ausstoßen und so die Atmosphäre verändern, riskieren wir einen gefährlichen und potenziell außer Kontrolle geratenen Klimawandel. Dies könnte schließlich die menschliche Zivilisation stoppen, die die Atmosphäre beeinflusst, schon allein deshalb, weil es keine menschliche Zivilisation mehr geben wird.
Gaian Selbstregulierung kann sehr effektiv sein., Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass es eine Lebensform einer anderen vorzieht. Unzählige Arten sind in den letzten 3, 7 Milliarden Jahren entstanden und dann von der Erde verschwunden. Wir haben keinen Grund zu der Annahme, dass Homo sapiens in dieser Hinsicht anders sind.