Zem je ako živý organizmus! Hypotéza vedca Jamesa Lovelocka

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Naša planéta je jedinečná. Tak ako sa každý z nás líši od kamenných sôch rímskych bohov, Zem sa líši od Marsu, Venuše a iných známych planét. Rozprávajme príbeh jednej z možno najúžasnejších a najkontroverznejších hypotéz našej doby – hypotézy Gaia, ktorá nás pozýva pozrieť sa na Zem ako na živý organizmus.

Zem je náš „inteligentný dom“

James Ephraim Lovelock oslávil minulé leto storočnicu. Vedec, vynálezca, inžinier, nezávislý mysliteľ, človek známy ani nie tak svojimi vynálezmi, ako úžasným predpokladom, že Zem je samoregulačný superorganizmus, ktorý si väčšinu svojej histórie, posledné tri miliardy rokov, udržiaval priaznivé podmienky. pre život na povrchu…

Hypotéza pomenovaná po Gaii - bohyni starovekej gréckej mytológie, zosobňujúcej Zem - na rozdiel od tradičných vied naznačuje, že globálny ekosystém planéty sa správa ako biologický organizmus, a nie ako neživý objekt ovládaný geologickými procesmi.

Na rozdiel od tradičných vied o Zemi Lovelock navrhuje považovať planétu nie za súbor samostatných systémov - atmosféru, litosféru, hydrosféru a biosféru - ale za jeden systém, v ktorom každá z jej zložiek, vyvíjajúcich sa a meniacich sa, ovplyvňuje vývoj. iných komponentov. Okrem toho je tento systém samoregulačný a podobne ako živé organizmy má mechanizmy inverzného vzťahu. Na rozdiel od iných známych planét si Zem pomocou inverzných vzťahov medzi živým a neživým svetom zachováva svoje klimatické a environmentálne parametre, aby zostala priaznivým domovom pre živé bytosti.

Táto myšlienka bola od svojho objavenia právom kritizovaná a vedecká komunita ju neprijala, čo jej však nebráni vo vzbudzovaní fantázie a získavaní mnohých priaznivcov po celom svete. Napriek storočnici, Lovelock teraz, ako väčšina svojho dlhého života, zostáva pod paľbou kritiky, naďalej obhajuje teóriu, upravuje a komplikuje ju, pokračuje v práci a zapája sa do vedeckých aktivít.

Existuje život na Marse

Ale predtým, ako obrátil svoju pozornosť na život na Zemi, bol James Lovelock zaneprázdnený hľadaním života na Marse. V roku 1961, len štyri roky po tom, čo ZSSR vypustil do vesmíru prvý umelý satelit našej planéty, bol Lovelock pozvaný, aby pracoval v NASA.

Agentúra v rámci programu Viking plánovala vyslať na Mars dve sondy, ktoré budú skúmať planétu a najmä hľadať stopy životnej činnosti mikroorganizmov v jej pôde. Práve zariadenia na zisťovanie života, ktoré mali byť nainštalované na palube sond, vedec vyvinul, pracujúci v Pasadene, vo výskumnom centre Jet Propulsion Laboratory, ktoré vytvára a udržiava kozmické lode pre NASA. Mimochodom, doslova bok po boku – v jednej kancelárii – pracoval so slávnym astrofyzikom a popularizátorom vedy Karlom Saganom.

Jeho práca nebola čisto inžinierska. Spolu s ním pracovali biológovia, fyzici a chemici. To mu umožnilo vrhnúť sa bezhlavo do experimentov, aby našiel spôsoby, ako odhaliť život a pozrieť sa na problém zo všetkých strán.

V dôsledku toho sa Lovelock opýtal sám seba: "Keby som bol na Marse, ako by som mohol pochopiť, že na Zemi je život?" A on odpovedal: "Podľa jej atmosféry, ktorá popiera akékoľvek prirodzené očakávania."Voľný kyslík tvorí 20 percent atmosféry planéty, zatiaľ čo zákony chémie hovoria, že kyslík je vysoko reaktívny plyn – a všetok musí byť viazaný v rôznych mineráloch a horninách.

Lovelock dospel k záveru, že život – mikróby, rastliny a zvieratá, ktoré neustále metabolizujú hmotu na energiu, premieňajú slnečné svetlo na živiny, uvoľňujú a absorbujú plyn – je to, čo robí atmosféru Zeme tým, čím je. Na rozdiel od toho je marťanská atmosféra prakticky mŕtva a v nízkoenergetickej rovnováhe takmer bez chemických reakcií.

V januári 1965 bol Lovelock pozvaný na kľúčové stretnutie o hľadaní života na Marse. V rámci prípravy na dôležitú udalosť si vedec prečítal krátku knihu od Erwina Schrödingera „Čo je život“. Ten istý Schrödinger – teoretický fyzik, jeden zo zakladateľov kvantovej mechaniky a autor známeho myšlienkového experimentu. Touto prácou fyzik prispel k biológii. Posledné dve kapitoly knihy obsahujú Schrödingerove úvahy o podstate života.

Schrödinger vychádzal z predpokladu, že živý organizmus v procese existencie neustále zvyšuje svoju entropiu – alebo inými slovami, produkuje pozitívnu entropiu. Zavádza pojem negatívnej entropie, ktorú musia živé organizmy prijímať z okolitého sveta, aby kompenzovali rast pozitívnej entropie, čo vedie k termodynamickej rovnováhe, a teda k smrti. V jednoduchom zmysle je entropia chaos, sebazničenie a sebazničenie. Záporná entropia je to, čo telo žerie. Podľa Schrödingera je to jeden z hlavných rozdielov medzi životom a neživou prírodou. Živý systém musí exportovať entropiu, aby si udržal nízku vlastnú entropiu.

Táto kniha inšpirovala Lovelocka k otázke: „Nebolo by jednoduchšie hľadať život na Marse, hľadať nízku entropiu ako planetárnu vlastnosť, ako sa zahrabať do regolitu pri hľadaní marťanských organizmov?“V tomto prípade stačí na nájdenie nízkej entropie jednoduchá atmosferická analýza pomocou plynového chromatografu. Vedec preto odporučil NASA ušetriť peniaze a zrušiť misiu Viking.

Ku hviezdam

James Lovelock sa narodil 26. júla 1919 v Letchworthe, malom mestečku v Hertfordshire na juhovýchode Anglicka. Toto mesto, postavené v roku 1903 60 kilometrov od Londýna a je súčasťou jeho zeleného pásu, bolo prvou osadou vo Veľkej Británii založenou v súlade s urbanistickým konceptom „záhradného mesta“. Na začiatku minulého storočia to bola myšlienka, ktorá zaujala mnohé krajiny o megamestách budúcnosti, ktoré by spojili tie najlepšie vlastnosti mesta a dediny. James sa narodil v robotníckej rodine, jeho rodičia nemali žiadne vzdelanie, no robili všetko pre to, aby ho ich syn dostal.

V roku 1941 Lovelock promoval na Univerzite v Manchestri – jednej z popredných britských univerzít spomedzi známych „univerzít z červených tehál“. Tam študoval u profesora Alexandra Todda, vynikajúceho anglického organického chemika, nositeľa Nobelovej ceny za štúdium nukleotidov a nukleových kyselín.

V roku 1948 získal Lovelock titul M. D. na Londýnskom inštitúte hygieny a tropickej medicíny. V tomto období svojho života sa mladý vedec venuje medicínskemu výskumu a vymýšľa prístroje potrebné na tieto experimenty.

Lovelock sa vyznačoval veľmi humánnym prístupom k laboratórnym zvieratám - až do tej miery, že bol pripravený vykonávať experimenty na sebe. Lovelock a ďalší vedci v jednej zo svojich štúdií hľadali príčinu poškodenia živých buniek a tkanív pri omrzlinách. Pokusné zvieratá - škrečky, na ktorých sa experiment uskutočnil - mali byť zmrazené, potom zahriate a privedené späť k životu.

Ale ak bol proces zmrazovania pre zvieratá pomerne bezbolestný, potom rozmrazovanie naznačovalo, že hlodavce si museli dávať horúce polievkové lyžice na hruď, aby im zahriali srdce a prinútili krv cirkulovať v tele. Bol to mimoriadne bolestivý zákrok. Ale na rozdiel od Lovelocka jeho kolegovia biológovia nemali s laboratórnymi hlodavcami ľútosť.

Potom vedec vynašiel zariadenie, ktoré malo takmer všetko, čo možno očakávať od bežnej mikrovlnnej rúry – v skutočnosti to bolo toto. Dalo sa tam dať zamrznutého škrečka, nastaviť časovač a po uplynutí nastaveného času sa zobudil. Jedného dňa si Lovelock zo zvedavosti rovnakým spôsobom zohrial obed. Nemyslel však na to, aby si svoj vynález nechal včas patentovať.

V roku 1957 Lovelock vynašiel detektor elektrónového záchytu, mimoriadne citlivé zariadenie, ktoré spôsobilo revolúciu v meraní ultranízkych koncentrácií plynov v atmosfére a najmä v detekcii chemických zlúčenín, ktoré predstavujú hrozbu pre životné prostredie.

Koncom 50. rokov bolo zariadenie použité na demonštráciu toho, že atmosféra planéty je plná zvyškov pesticídu DDT (dichlórdifenyltrichlóretán). Tento mimoriadne účinný a ľahko dostupný pesticíd je široko používaný už od druhej svetovej vojny. Za objav jeho jedinečných vlastností bol švajčiarsky chemik Paul Müller v roku 1948 ocenený Nobelovou cenou za medicínu. Toto ocenenie nebolo udelené len za zachránenú úrodu, ale aj za milióny zachránených životov: DDT sa počas vojny používalo na boj proti malárii a týfusu medzi civilistami a vojenským personálom.

Až koncom 50. rokov bola prítomnosť nebezpečného pesticídu objavená takmer všade na Zemi – od pečene tučniaka v Antarktíde až po materské mlieko dojčiacich matiek v Spojených štátoch.

Detektor poskytol presné údaje pre knihu „Silent Spring“z roku 1962, ktorú napísala americká ekologička Rachel Carson a ktorá spustila medzinárodnú kampaň za zákaz používania DDT. Kniha tvrdila, že DDT a iné pesticídy spôsobujú rakovinu a že ich používanie v poľnohospodárstve predstavuje hrozbu pre voľne žijúce živočíchy, najmä vtáky. Publikácia bola prelomovou udalosťou v environmentálnom hnutí a vyvolala široké verejné pobúrenie, ktoré nakoniec viedlo k zákazu poľnohospodárskeho používania DDT v Spojených štátoch a potom na celom svete v roku 1972.

O niečo neskôr, po začatí práce v NASA, Lovelock odcestoval do Antarktídy a pomocou svojho detektora objavil všadeprítomnú prítomnosť chlórofluorokarbónov – umelých plynov, o ktorých je dnes známe, že poškodzujú stratosférickú ozónovú vrstvu. Oba tieto objavy boli mimoriadne dôležité pre environmentálne hnutie planéty.

Keď teda americký Úrad pre letectvo a vesmír naplánoval svoje lunárne a planetárne misie do začiatku 60. rokov 20. storočia a začal hľadať niekoho, kto by dokázal vytvoriť citlivé vybavenie, ktoré by sa dalo poslať do vesmíru, obrátili sa na Lovelocka. Keďže ho od detstva fascinovala sci-fi, ponuku prijal s nadšením a, samozrejme, nemohol odmietnuť.

Planéty živé a mŕtve

Práca v Jet Propulsion Laboratory poskytla Lovelockovi vynikajúcu príležitosť získať prvé dôkazy o povahe Marsu a Venuše prenášané vesmírnymi sondami. A boli to nepochybne úplne mŕtve planéty, nápadne odlišné od nášho prekvitajúceho a živého sveta.

Zem má atmosféru, ktorá je termodynamicky nestabilná. Plyny ako kyslík, metán a oxid uhličitý vznikajú vo veľkých množstvách, ale koexistujú v stabilnej dynamickej rovnováhe.

Podivná a nestabilná atmosféra, ktorú dýchame, si vyžaduje na zemskom povrchu niečo, čo dokáže nepretržite syntetizovať obrovské množstvá týchto plynov a zároveň ich odstraňovať z atmosféry. Klíma planéty je zároveň dosť citlivá na množstvo viacatómových plynov, ako je metán a oxid uhličitý.

Lovelock postupne rozvíja predstavu o regulačnej úlohe takýchto cyklov látok v prírode - analogicky s metabolickými procesmi v tele zvieraťa. A do týchto procesov je zapojený aj pozemský život, ktorý sa na nich podľa Lovelockovej teórie nielen podieľa, ale naučil sa aj sám pre seba udržiavať potrebné podmienky existencie tým, že vstúpil do určitej formy vzájomne výhodnej spolupráce s planétou.

A ak to boli spočiatku čisté špekulácie, v roku 1971 mal Lovelock príležitosť diskutovať o tejto téme s vynikajúcou biológiou Lynn Margulis, tvorkyňou modernej verzie teórie symbiogenézy a prvou manželkou Carla Sagana.

Margulis bol spoluautorom hypotézy Gaia. Navrhla, aby mikroorganizmy zohrávali spojovaciu úlohu v oblasti interakcie medzi životom a planétou. Ako Lovelock poznamenal v jednom zo svojich rozhovorov: "Bolo by fér povedať, že vložila mäso do kostí môjho fyziologického konceptu živej planéty."

Kvôli novosti konceptu a jeho nesúladu s tradičnými vedami potreboval Lovelock krátke a zapamätateľné meno. Vtedy, v roku 1969, priateľ a sused vedca, fyzika a spisovateľa, nositeľa Nobelovej ceny, ako aj autora románu Pán múch Williama Goldinga, navrhol nazvať túto myšlienku Gaia – na počesť starogrécka bohyňa Zeme.

Ako to funguje

Podľa Lovelockovej koncepcie evolúcia života, teda súhrnu všetkých biologických organizmov na planéte, tak úzko súvisí s evolúciou ich fyzického prostredia v globálnom meradle, že spolu tvoria jediný sebarozvíjajúci sa systém so sebou samým. -regulačné vlastnosti podobné fyziologickým vlastnostiam živého organizmu.

Život sa planéte nielen prispôsobuje: mení ju pre svoje vlastné účely. Evolúcia je párový tanec, v ktorom sa točí všetko živé i neživé. Z tohto tanca vychádza podstata Gaie.

Lovelock predstavuje koncept geofyziológie, ktorý zahŕňa systémový prístup k vedám o Zemi. Geofyziológia je prezentovaná ako syntetická veda o Zemi, ktorá študuje vlastnosti a vývoj integrálneho systému, ktorého úzko súvisiacimi zložkami sú biota, atmosféra, oceány a zemská kôra.

Medzi jej úlohy patrí hľadanie a štúdium samoregulačných mechanizmov na planetárnej úrovni. Geofyziológia má za cieľ vytvoriť prepojenia medzi cyklickými procesmi na bunkovo-molekulárnej úrovni s podobnými procesmi na iných súvisiacich úrovniach, ako je organizmus, ekosystémy a planéta ako celok.

V roku 1971 bolo navrhnuté, že živé organizmy sú schopné produkovať látky, ktoré majú regulačný význam pre klímu. To sa potvrdilo, keď v roku 1973 bola objavená emisia dimetylsulfidu z umierajúcich planktónových organizmov.

Kvapky dimetylsulfidu vstupujúce do atmosféry slúžia ako zárodky kondenzácie vodnej pary, čo spôsobuje tvorbu oblakov. Hustota a plocha oblačnosti výrazne ovplyvňuje albedo našej planéty – jej schopnosť odrážať slnečné žiarenie.

Zároveň tieto zlúčeniny síry, padajúce na zem spolu s dažďom, podporujú rast rastlín, ktoré zase urýchľujú vyplavovanie hornín. Biogény vytvorené v dôsledku vylúhovania sa vyplavujú do riek a nakoniec skončia v oceánoch, čím podporujú rast planktónových rias.

Cyklus pohybu dimetylsulfidu je uzavretý. Na podporu toho sa v roku 1990 zistilo, že oblačnosť nad oceánmi koreluje s distribúciou planktónu.

Podľa Lovelocka dnes, keď sa v dôsledku ľudskej činnosti prehrieva atmosféra, naberá na biogénnom mechanizme regulácie oblačnosti mimoriadny význam.

Ďalším regulačným prvkom Gaie je oxid uhličitý, ktorý geofyziológia považuje za kľúčový metabolický plyn. Od jeho koncentrácie závisí klíma, rast rastlín a produkcia voľného vzdušného kyslíka. Čím viac uhlíka je uložených, tým viac kyslíka sa uvoľňuje do atmosféry.

Riadením koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére biota reguluje priemernú teplotu planéty. V roku 1981 sa navrhlo, že k takejto samoregulácii dochádza prostredníctvom biogénneho posilnenia procesu zvetrávania hornín.

Lovelock porovnáva ťažkosti s pochopením procesov prebiehajúcich na planéte s ťažkosťami s pochopením ekonomiky. Ekonóm z 18. storočia Adam Smith je známy tým, že do učenia zaviedol koncept „neviditeľnej ruky“, vďaka ktorému bezuzdný komerčný vlastný záujem funguje pre všeobecné dobro.

Rovnako je to aj s planétou, hovorí Lovelock: keď „dozrela“, začala si udržiavať podmienky vhodné na existenciu života a „neviditeľná ruka“dokázala nasmerovať rôznorodé záujmy organizmov k spoločnej veci zachovania tieto podmienky.

Darwin verzus Lovelock

Kniha Gaia: Nový pohľad na život na Zemi vyšla v roku 1979 a stala sa bestsellerom. Environmentalisti ho dobre prijali, no vedci nie, z ktorých väčšina odmietala myšlienky, ktoré obsahoval.

Renomovaný kritik kreacionizmu a inteligentného dizajnu, profesor Oxfordskej univerzity a autor knihy Sebecký gén, Richard Dawkins, odsúdil Gaiinu teóriu ako „hlboko chybnú“herézu proti základnému princípu darwinovského prirodzeného výberu: „najschopnejší prežije“. Napriek tomu, pretože teória Gaie tvrdí, že zvieratá, rastliny a mikroorganizmy nielen súťažia, ale aj spolupracujú na udržiavaní životného prostredia.

Keď sa prvýkrát hovorilo o Gaiinej teórii, darwiniskí biológovia patrili k jej najzúrivejším odporcom. Tvrdili, že spolupráca potrebná na samoreguláciu Zeme sa nikdy nedá spojiť s konkurenciou nevyhnutnou pre prirodzený výber.

Okrem samotnej podstaty vyvolával nespokojnosť aj názov prevzatý z mytológie. Všetko to vyzeralo ako nové náboženstvo, kde sa samotná Zem stala predmetom zbožštenia. Talentovaný polemik Richard Dawkins spochybnil Lovelockovu teóriu s rovnakou energiou, akú neskôr použil vo vzťahu ku konceptu existencie Boha.

Lovelock ďalej vyvracal ich kritiku dôkazmi o samoregulácii zhromaždenými z jeho výskumu a matematických modelov, ktoré ilustrovali, ako funguje samoregulácia planetárnej klímy. Teória Gaie je fyziologický pohľad zhora nadol na systém Zeme. Pozerá sa na Zem ako na dynamicky reagujúcu planétu a vysvetľuje, prečo je taká odlišná od Marsu alebo Venuše.

Kritika vychádzala najmä z mylnej predstavy, že nová hypotéza bola protidarwinovská.

"Prirodzený výber uprednostňuje zosilňovače," povedal Lovelock. Jeho teória iba podrobne opisuje Darwinovu teóriu, z čoho vyplýva, že príroda uprednostňuje organizmy, ktoré zanechávajú prostredie v lepšom stave, aby potomstvo mohlo prežiť.

Tie druhy živých vecí, ktoré negatívne ovplyvňujú životné prostredie, robia ho menej vhodným pre potomkov a nakoniec budú z planéty vyhnané – rovnako ako slabšie, evolučne neprispôsobené druhy, tvrdil Lovelock.

Kopernik čaká na svojho Newtona

Keď to zhrnieme, treba povedať, že vedecký koncept Zeme ako integrálneho živého systému, živého superorganizmu rozvíjali naturalistickí vedci a myslitelia už od 18. storočia. Na túto tému diskutoval otec modernej geológie a geochronológie James Hutton, prírodovedec, ktorý dal svetu výraz „biológia“Jean-Baptiste Lamarck, prírodovedec a cestovateľ, jeden zo zakladateľov geografie ako samostatnej vedy, Alexander von Humboldt.

V XX storočí bola myšlienka rozvinutá vo vedecky podloženej koncepcii biosféry vynikajúceho ruského a sovietskeho vedca a mysliteľa Vladimíra Ivanoviča Vernadského. Vo svojej vedeckej a teoretickej časti je pojem Gaia podobný „biosfére“. V 70. rokoch minulého storočia však Lovelock ešte nepoznal diela Vernadského. V tom čase neexistovali žiadne úspešné preklady jeho práce do angličtiny: ako povedal Lovelock, anglicky hovoriaci vedci sú tradične „hluchí“na prácu v iných jazykoch.

Lovelock, podobne ako jeho dlhoročná kolegyňa Lynn Margulis, už netrvá na tom, že Gaia je superorganizmus. Dnes si uvedomuje, že v mnohých ohľadoch je jeho pojem „organizmus“len užitočnou metaforou.

Koncept „boja o prežitie“Charlesa Darwina však možno považovať za metaforu z rovnakého dôvodu. To zároveň nezabránilo darwinovskej teórii dobyť svet. Takéto metafory môžu stimulovať vedecké myslenie a posúvať nás ďalej a ďalej na ceste poznania.

Hypotéza Gaia sa dnes stala impulzom pre rozvoj modernej verzie systémovej organizačnej vedy o Zemi – geofyziológie. Možno sa časom stane syntetickou biosférickou vedou, o ktorej Vernadsky kedysi sníval. Teraz je na ceste stať sa tradičnou, všeobecne uznávanou oblasťou vedomostí a transformovať sa na ňu.

Nie je náhoda, že významný britský evolučný biológ William Hamilton – mentor jedného z najzúfalejších kritikov teórie Richarda Dawkinsa a autora frázy „sebecký gén“, ktorú použil v názve svojej knihy. - nazval Jamesa Lovelocka „Kopernikom čakajúcim na svojho Newtona“.