Нарешті, вчені мають пояснення головоломки ГаяРомоло Тавані / затвор

Ми, ймовірно, ніколи не дізнаємося, як почалося життя на Землі. Можливо, в неглибокому освітленому сонцем басейні. Або в дробильних глибинах океану миль під поверхнею біля тріщин в земній корі, яка викидала гарячий суп, багатий мінералами. Поки є хороші докази на все життя принаймні 3.7 мільярди років тому, ми точно не знаємо, коли це почалося.

Але ці прохідні еони дали щось, можливо, навіть примітніше: життя зберігалося. Незважаючи на величезні наслідки астероїдів, катаклізматичну активність вулканів та екстремальні зміни клімату, життя вдалося не просто чіплятися за наш скелястий світ, а процвітати.

Як це сталося? Дослідження, які ми нещодавно публікували разом з колегами в Тенденції екології та еволюції пропонує важливу частину відповіді, надаючи нове пояснення гіпотези Геї.

Розроблений вченим і винахідником Джеймс Лавлок, і мікробіолог Лінн Маргуліс, Gaia гіпотеза Спочатку пропонувалося, що життя завдяки взаємодії з земною корою, океанами та атмосферою справляє стабілізуючий вплив на умови на поверхні планети - зокрема на склад атмосфери та клімат. Маючи такий саморегулюючий процес, життя змогло вижити в умовах, які знищили б його на нерегулюючих планетах.

Ловелок сформулював гіпотезу Геї, працюючи над NASA в 1960. Він визнав, що життя не було пасивним пасажиром на Землі. Він скоріше переробив планету, створивши нові породи, такі як вапняк, впливаючи на атмосферу, виробляючи кисень, і керуючи циклами елементів, таких як азот, фосфор і вуглець. Зміни клімату, спричинені людиною, що значною мірою є наслідком того, що ми спалюємо викопне паливо і таким чином виділяємо вуглекислий газ, - це лише останній спосіб, яким життя впливає на систему Землі.


Innersele підписатися графіка


Хоча зараз прийнято, що життя є потужною силою на планеті, гіпотеза Геї залишається суперечливою. Незважаючи на докази того, що поверхневі температури, за декількома помітними винятками, залишалися в межах, необхідних для поширення рідкої води, багато вчених відносять це просто до удачі. Якби Земля повністю спустилась у крижаний будинок чи гарячий будинок (думаємо, Марс чи Венера), тоді життя вимерло б, і ми не були б тут, щоб замислитися над тим, як воно існувало так довго. Це форма аргумент антропного відбору що говорить, що немає чого пояснити.

Ясна річ, життя на Землі пощастило. По-перше, Земля знаходиться в межах житлової зони - вона обертається навколо Сонця на відстані, яка виробляє поверхневі температури, необхідні для рідкої води. У Всесвіті є альтернативні і, можливо, більш екзотичні форми життя, але життя, як ми знаємо, потребує води. У житті також пощастило уникнути дуже великих астероїдних ударів. Грудочка гірської породи, значно більша за ту, що призводить до загибелі динозаврів деякі 66м років тому могла повністю стерилізувати Землю.

Але що робити, якщо життя вдалося відсунути на одну сторону від шкали щастя? Що робити, якщо життя в якомусь сенсі зробило власну удачу, зменшивши вплив планетних масштабів? Це призводить до центрального вирішеного питання гіпотези Геї: як має працювати планетарна саморегуляція?

Хоча природний відбір є потужним пояснювальним механізмом, який може спричинити велику частину змін, які ми спостерігаємо у видах з часом, у нас відсутня теорія, яка могла б пояснити, як живі та неживі елементи планети виробляють саморегуляцію. Отже, гіпотеза Гаї, як правило, вважається цікавою, але умоглядною - і ні ґрунтується на будь-якій досліджуваній теорії.

Вибір стабільності

Ми думаємо, що нарешті є пояснення для гіпотези Геї. Механізм - «послідовний відбір». У принципі це дуже просто. Коли життя на планеті виникає, воно починає впливати на умови навколишнього середовища, і це може організовуватися в стабілізуючі стани, які діють як термостат і мають тенденцію до збереження, або дестабілізують утікаючі стани, такі як сніговий кулі Земля події що майже згасло початки складного життя більше, ніж 600м років тому.

Якщо вона стабілізується, тоді створюється сцена для подальшої біологічної еволюції, яка в часі перенастроїть набір взаємодій між життям і планетою. Відомий приклад - це походження кисневого фотосинтезу близько 3 мільярдів років тому, у світі, раніше позбавленому кисню. Якщо ці новіші взаємодії стабілізуються, то планетарна система продовжує саморегулюватись. Але нові взаємодії також можуть призвести до перебоїв і відвертих зворотних зв'язків. У випадку фотосинтезу це призвело до різкого підвищення рівня кисню в атмосфері в «Велика подія окислення"Близько 2.3 мільярдів років тому. Це був один з рідкісних періодів в історії Землі, коли зміни були настільки вираженими, що, ймовірно, знищила значну частину діючої біосфери, ефективно перезавантаживши систему.

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} Механізм відбору.

Шанси на життя та навколишнє середовище, що спонтанно організовуються в саморегулюючі стани, можуть бути набагато вищими, ніж ви очікували. Якщо факт, враховуючи достатнє біорізноманіття, це може бути надзвичайно вірогідним. Але є межа цієї стабільності. Натисніть систему занадто далеко, і вона може вийти за межі переломної точки і швидко руйнуватися до нового і, можливо, зовсім іншого стану.

Це не суто теоретична вправа, оскільки, на нашу думку, ми можемо перевірити цю теорію різними способами. У найменшому масштабі, який би передбачав експерименти з різноманітними бактеріальними колоніями. Набагато більший масштаб залучав би пошук інших біосфер навколо інших зірок, які ми могли б використати для оцінки загальної кількості біосфер у Всесвіті - і так не тільки наскільки ймовірно, що це може виникнути життя, але і збережеться.

Відповідність наших висновків актуальним питанням щодо зміни клімату не оминула нас. Що б люди не робили, життя буде продовжуватися так чи інакше. Але якщо ми продовжуватимемо викидати парникові гази і так змінювати атмосферу, то ми ризикуємо спричинити небезпечні та потенційно утеклі кліматичні зміни. Це може врешті-решт зупинити людську цивілізацію, що впливає на атмосферу, хоча б тому, що не залишиться жодної людської цивілізації.

БесідаГайянська саморегуляція може бути дуже ефективною. Але немає доказів, що він надає перевагу одній формі життя над іншою. Протягом останніх мільярдів років 3.7 з'явилося, а потім зникло безліч видів. У нас немає підстав так думати Хомо сапієнс чи відрізняються в цьому відношенні.

про автора

Джеймс Дайк, доцент кафедри науки про стійкість, Університет Саутгемптона та Тім Лентон, директор Інституту глобальних систем, Університет Ексетера

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon