Nasza planeta jest wyjątkowa. Tak jak każdy z nas odróżnia się od kamiennych posągów rzymskich bogów, tak Ziemia różni się od Marsa, Wenus i innych znanych planet. Opowiem historię jednej z być może, najbardziej zdumiewających i kontrowersyjnych hipotez naszych czasów – hipotezy Gai, która skłania nas do spojrzenia na Ziemię jak na żywy organizm.

Ziemia jest naszym „inteligentnym domem”

James Ephraim Lovelock obchodził latem 2019r. setną rocznicę urodzin. Naukowiec, wynalazca, inżynier, niezależny myśliciel, człowiek znany nie tyle ze swoich wynalazków, co z zadziwiającego założenia, że Ziemia jest samoregulującym się superorganizmem, który przez większość swojej historii, przez ostatnie trzy miliardy lat, utrzymywał korzystne warunki dla życia na powierzchni … Nazwana na cześć Gai – bogini starożytnej mitologii greckiej, uosabiającej Ziemię – hipoteza, w przeciwieństwie do tradycyjnych nauk, sugeruje, że globalny ekosystem planety zachowuje się jak organizm biologiczny, a nie jak nieożywiony obiekt rządzony przez procesy geologiczne.

W przeciwieństwie do tradycyjnych nauk o Ziemi, Lovelock proponuje rozpatrywać planetę nie jako zbiór odrębnych systemów – atmosferę, litosferę, hydrosferę i biosferę – ale jako jeden system, w którym każdy z jego składników, rozwijając się i zmieniając, wpływa na rozwój innych składników. Co więcej, system ten jest samoregulujący i, podobnie jak organizmy żywe, posiada mechanizmy odwrotnych zależności. W odróżnieniu od innych znanych planet, dzięki wykorzystaniu odwrotnych relacji pomiędzy światem żywym i nieożywionym, Ziemia utrzymuje swój klimat i parametry środowiskowe tak, aby pozostać korzystnym domem dla istot żywych.

Od samego momentu pojawienia się pomysł ten był słusznie krytykowany i nie został zaakceptowany przez środowisko naukowe, co jednak nie przeszkadza mu w pobudzaniu wyobraźni i gromadzeniu wielu zwolenników na całym świecie. Mimo stulecia, Lovelock jak przez większość swojego długiego życia, pozostając pod ostrzałem krytyki, nadal broni teorii, modyfikuje ją i komplikuje, nadal pracuje i angażuje się w działalność naukową.

Czy istnieje życie na Marsie

Zanim jednak zwrócił uwagę na życie na Ziemi, James Lovelock był zajęty poszukiwaniem życia na Marsie. W 1961 roku, zaledwie cztery lata po tym, jak ZSRR wystrzelił w kosmos pierwszego sztucznego satelitę z naszej planety, Lovelock został zaproszony do pracy w NASA.

W ramach programu Viking agencja planowała wysłać na Marsa dwie sondy, których zadaniem było zbadanie planety, a w szczególności poszukiwanie śladów aktywności życiowej mikroorganizmów w jej glebie. To właśnie instrumenty do wykrywania życia, które miały być zainstalowane na pokładzie sond, opracował naukowiec, pracując w Pasadenie, w Jet Propulsion Laboratory, ośrodku badawczym tworzącym i konserwującym statki kosmiczne dla NASA. Przy okazji pracował tam ramię w ramię – w tym samym biurze – ze słynnym astrofizykiem i popularyzatorem nauki Karlem Saganem.

Gale – Krater marsjański

Jego praca nie była czysto inżynierska. Obok niego pracowali biolodzy, fizycy i chemicy. To pozwoliło mu zanurzyć się w eksperymentach mających na celu znalezienie sposobów na wykrycie życia i spojrzeć na problem z każdej strony.

W rezultacie Lovelock zadał sobie pytanie: „Gdybym sam znalazł się na Marsie, jak mógłbym zrozumieć, że na Ziemi istnieje życie?”. I odpowiedział: „Przez jej atmosferę, która przeczy wszelkim naturalnym oczekiwaniom”. Wolny tlen stanowi 20 procent atmosfery planety, podczas gdy prawa chemii mówią, że tlen jest gazem wysoce reaktywnym – i cały musi być związany w różnych minerałach i skałach.

Lovelock doszedł do wniosku, że życie – mikroby, rośliny i zwierzęta, nieustannie metabolizujące materię w energię, przekształcające światło słoneczne w składniki odżywcze, uwalniające i pochłaniające gaz – są tym, co sprawia, że atmosfera Ziemi jest tym, czym jest. Dla kontrastu, atmosfera marsjańska jest praktycznie martwa i znajduje się w niskoenergetycznej równowadze, w której nie zachodzą prawie żadne reakcje chemiczne.

W styczniu 1965 roku Lovelock został zaproszony na kluczowe spotkanie w sprawie poszukiwania życia na Marsie. Przygotowując się do ważnego wydarzenia, naukowiec przeczytał krótką książkę Erwina Schrödingera „Czym jest życie”. Tenże Schrödinger – fizyk teoretyczny, jeden z twórców mechaniki kwantowej i autor znanego eksperymentu myślowego. Tą pracą fizyk wniósł wkład do biologii. Dwa ostatnie rozdziały książki zawierają rozważania Schrödingera na temat natury życia.

Schrödinger wyciągnął wniosek, że żywy organizm w procesie istnienia stale zwiększa swoją entropię – lub inaczej mówiąc, wytwarza entropię dodatnią. Wprowadza on pojęcie entropii ujemnej, którą organizmy żywe muszą otrzymać ze świata zewnętrznego, aby skompensować wzrost entropii dodatniej, co prowadzi do równowagi termodynamicznej, a więc do śmierci. W prostym ujęciu entropia to chaos, samozniszczenie i autodestrukcja. Ujemna entropia jest tym, co organizm zjada. Według Schrödingera jest to jedna z głównych różnic między życiem a przyrodą nieożywioną. System żywy musi eksportować entropię, aby utrzymać swoją własną entropię na niskim poziomie.

Książka ta zainspirowała Lovelocka do zadania pytania: „Czy nie łatwiej byłoby szukać życia na Marsie, poszukując niskiej entropii jako właściwości planety, niż grzebać w regolicie w poszukiwaniu marsjańskich organizmów?”. W tym przypadku prosta analiza atmosfery przy użyciu chromatografu gazowego jest wystarczająca do znalezienia niskiej entropii. Dlatego naukowiec zalecił NASA oszczędzanie pieniędzy i odwołanie misji Viking.

Do gwiazd

James Lovelock urodził się 26 lipca 1919 r. w Letchworth, małym miasteczku w Hertfordshire w południowo-wschodniej Anglii. To miasto, zbudowane w 1903 roku 60 kilometrów od Londynu i było pierwszą osadą w Wielkiej Brytanii, założoną zgodnie z urbanistyczną koncepcją „miasta-ogrodu”. Na początku ubiegłego wieku była to idea, która zawładnęła wieloma krajami, dotycząca megalopolis przyszłości, które łączyłyby w sobie najlepsze cechy miasta i wsi. James urodził się w rodzinie robotniczej, jego rodzice nie mieli wykształcenia, ale zrobili wszystko, aby ich syn je otrzymał.

James Lovelock / © wikipedia

W 1941 r. Lovelock ukończył Uniwersytet w Manchesterze – jedną z czołowych uczelni brytyjskich spośród słynnych „uniwersytetów z czerwonej cegły”. Studiował tam u profesora Alexandra Todda, wybitnego angielskiego chemika organicznego, laureata Nagrody Nobla za badania nad nukleotydami i kwasami nukleinowymi.

W 1948 r. Lovelock uzyskał tytuł magistra medycyny w londyńskim Instytucie Higieny i Medycyny Tropikalnej. W tym okresie swojego życia młody naukowiec zaangażował się w badania medyczne i wymyśla urządzenia niezbędne do tych eksperymentów.

Lovelock odznaczał się bardzo humanitarnym stosunkiem do zwierząt laboratoryjnych – do tego stopnia, że był gotów przeprowadzać eksperymenty na sobie. W jednym ze swoich badań Lovelock wraz z innymi naukowcami poszukiwał przyczyny uszkodzeń żywych komórek i tkanek w wyniku odmrożeń. Zwierzęta doświadczalne – chomiki, na których przeprowadzano eksperyment – miały być zamrażane, a następnie ogrzewane i przywracane do życia.

Ale jeśli proces zamrażania był stosunkowo bezbolesny dla zwierząt, to rozmrażanie sugerowało, że gryzoniom trzeba przyłożyć do klatki piersiowej rozgrzane do czerwoności łyżki stołowe, aby rozgrzać ich serca i zmusić krew do krążenia w organizmie. Była to niezwykle bolesna procedura. Ale w przeciwieństwie do Lovelocka, jego koledzy biolodzy nie współczuli gryzoniom laboratoryjnym. Wtedy naukowiec wynalazł urządzenie, które miało prawie wszystko, czego można oczekiwać od zwykłej kuchenki mikrofalowej. Można było tam włożyć zamrożonego chomika, nastawić timer, a po ustalonym czasie on się budził. Pewnego dnia, z ciekawości, Lovelock podgrzał w ten sam sposób swój obiad. Nie pomyślał jednak, by w porę uzyskać patent na swój wynalazek.

W 1957 r. Lovelock wynalazł detektor wychwytu elektronów, niezwykle czułe urządzenie, które zrewolucjonizowało pomiary ultraniskich stężeń gazów w atmosferze, a w szczególności wykrywanie związków chemicznych stanowiących zagrożenie dla środowiska.

Detektor przechwytywania elektronicznego / © wikipedia

Pod koniec lat 50-tych urządzenie to zostało wykorzystane do wykazania, że atmosfera naszej planety jest pełna pozostałości pestycydu DDT (dichlorodifenylotrichloroetanu). Ten niezwykle skuteczny i łatwy do zdobycia pestycyd był powszechnie stosowany od czasów II wojny światowej. Za odkrycie jego unikalnych właściwości szwajcarski chemik Paul Müller otrzymał w 1948 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny. Nagroda ta została przyznana nie tylko za uratowane uprawy, ale również za miliony uratowanych ludzkich istnień: DDT był używany podczas wojny do zwalczania malarii i tyfusu wśród ludności cywilnej i personelu wojskowego.

Dopiero pod koniec lat 50-tych odkryto obecność niebezpiecznego pestycydu niemal wszędzie na Ziemi – od wątroby pingwinów na Antarktydzie po mleko karmiących matek.

Detektor dostarczył dokładnych danych dla książki „Silent Spring” z 1962 roku autorstwa amerykańskiej ekolog Rachel Carson, która zapoczątkowała międzynarodową kampanię na rzecz zakazu stosowania DDT. Książka dowodziła, że DDT i inne pestycydy powodowały raka i że ich stosowanie w rolnictwie stanowiło zagrożenie dla dzikich zwierząt, zwłaszcza ptaków. Publikacja była przełomowym wydarzeniem w ruchu ekologicznym i wywołała szerokie oburzenie opinii publicznej, które ostatecznie doprowadziło do zakazu stosowania DDT w rolnictwie w Stanach Zjednoczonych w 1972 r., a następnie na całym świecie.

Później, po rozpoczęciu pracy w NASA, Lovelock udał się na Antarktydę i z pomocą swojego detektora odkrył wszechobecność chlorofluorowęglowodorów – sztucznych gazów, o których obecnie wiadomo, że zubożają stratosferyczną warstwę ozonową. Oba te odkrycia były niezwykle ważne dla ruchu ekologicznego na naszej planecie.

Kiedy więc US Aeronautics and Space Administration zaplanowała swoje misje księżycowe i planetarne na początku lat 60. i zaczęła szukać kogoś, kto mógłby stworzyć wrażliwe urządzenia, które można by wysłać w kosmos, zwrócono się do Lovelocka. Zafascynowany od dzieciństwa fantastyką naukową, przyjął ofertę z entuzjazmem i oczywiście nie mógł odmówić.

Planety żywe i martwe

Praca w Jet Propulsion Laboratory dała Lovelockowi doskonałą okazję do otrzymania pierwszych dowodów na naturę Marsa i Wenus, przekazywanych przez sondy kosmiczne. A były to, bez wątpienia, planety całkowicie martwe, uderzająco różne od naszego kwitnącego i żywego świata. Ziemia ma atmosferę, która jest termodynamicznie niestabilna. Gazy takie jak tlen, metan i dwutlenek węgla są produkowane w dużych ilościach, ale współistnieją w stabilnej równowadze dynamicznej.

Atmosfera Ziemi / © wikipedia

Dziwna i niestabilna atmosfera, którą oddychamy, wymaga obecności na powierzchni Ziemi czegoś, co może stale syntetyzować ogromne ilości takich gazów, jak również jednocześnie usuwać je z atmosfery. Jednocześnie klimat planety jest dość wrażliwy na obfitość gazów wieloatomowych, takich jak metan i dwutlenek węgla.

Lovelock stopniowo rozwija myśl o regulacyjnej roli takich cykli substancji w przyrodzie – przez analogię do procesów metabolicznych w organizmie zwierzęcia. A w procesy te włączone jest ziemskie życie, które, zgodnie z teorią Lovelocka, nie tylko w nich uczestniczy, ale także nauczyło się utrzymywać dla siebie niezbędne warunki egzystencji, nawiązawszy z planetą jakąś formę wzajemnie korzystnej współpracy. I jeśli na początku wszystko to były wyłącznie hipotezy, to w 1971 roku Lovelock miał okazję przedyskutować ten temat z wybitną biolog Lynn Margulis, twórczynią współczesnej wersji teorii symbiogenezy i pierwszą żoną Carla Sagana.

Margulis jest współautorką hipotezy Gai. Zasugerowała, że mikroorganizmy powinny odgrywać rolę łącznika w dziedzinie interakcji między życiem a planetą. Jak zauważył Lovelock w jednym z wywiadów: „Można powiedzieć, że to ona nadała kształt mojej fizjologicznej koncepcji żyjącej planety”.

Ze względu na nowość koncepcji i jej niespójność z tradycyjnymi naukami, Lovelock potrzebował krótkiej i zapadającej w pamięć nazwy. Wtedy to, w 1969 roku, przyjaciel i sąsiad naukowca, fizyk i pisarz, laureat Nagrody Nobla, autor powieści Władca much, William Golding, zaproponował, by nazwać tę ideę Gaja – na cześć starożytnej greckiej bogini Ziemi.

Jak to działa?

Zgodnie z koncepcją Lovelocka ewolucja życia, czyli ogółu organizmów biologicznych na naszej planecie, jest tak ściśle związana z ewolucją ich środowiska fizycznego w skali globalnej, że razem tworzą one jeden samorozwijający się system o właściwościach samoregulacyjnych podobnych do fizjologicznych właściwości żywego organizmu. Życie nie tylko dostosowuje się do planety: zmienia ją dla własnych celów. Ewolucja jest tańcem w parze, w którym wiruje wszystko, co żywe i nieożywione. Z tego tańca wyłania się istota Gai. Lovelock wprowadza pojęcie geofizjologii, które implikuje systemowe podejście do nauk o Ziemi. Geofizjologia przedstawiona jest jako syntetyczna nauka o Ziemi, która bada właściwości i rozwój integralnego systemu, którego ściśle powiązanymi składnikami są fauna i flora, atmosfera, oceany i skorupa ziemska.

Do jej zadań należy poszukiwanie i badanie mechanizmów samoregulacji na poziomie planetarnym. Geofizjologia dąży do ustalenia powiązań między cyklicznymi procesami na poziomie komórkowo-molekularnym z podobnymi procesami na innych, pokrewnych poziomach, takich jak organizm, ekosystemy i cała planeta.

W 1971 r. zasugerowano, że organizmy żywe są zdolne do wytwarzania substancji, które mają regulacyjne znaczenie dla klimatu. Zostało to potwierdzone, gdy w 1973 roku odkryto emisję siarczku dimetylu z umierających organizmów planktonicznych.

Kropelki siarczku dimetylu, przedostając się do atmosfery, służą jako jądra kondensacji pary wodnej, powodując powstawanie chmur. Gęstość i powierzchnia pokrywy chmur znacząco wpływa na albedo naszej planety – jej zdolność do odbijania promieniowania słonecznego. Jednocześnie, opadając na ziemię wraz z deszczem, związki siarki sprzyjają rozwojowi roślin, które z kolei przyspieszają wymywanie skał. Powstałe w wyniku wymywania biogeny są wypłukiwane do rzek i ostatecznie trafiają do oceanów, sprzyjając rozwojowi glonów planktonowych.

Cykl przemieszczania się siarczku dimetylu jest zamknięty. Na poparcie tej tezy w 1990 roku stwierdzono, że zachmurzenie nad oceanami koreluje z rozmieszczeniem planktonu.

Kolejnym elementem regulacyjnym Gai jest dwutlenek węgla, który geofizjologia uznaje za kluczowy gaz metaboliczny. Od jego stężenia zależy klimat, wzrost roślin i produkcja wolnego tlenu atmosferycznego. Im więcej węgla jest magazynowane, tym więcej tlenu jest uwalniane do atmosfery.  Kontrolując stężenie dwutlenku węgla w atmosferze, fauna i flora reguluje w ten sposób średnią temperaturę na naszej planecie. W 1981 r. zasugerowano, że taka samoregulacja zachodzi poprzez biogeniczną intensyfikację procesu wietrzenia skał. Lovelock porównuje trudności w zrozumieniu procesów zachodzących na naszej planecie do trudności w zrozumieniu ekonomii. Osiemnastowieczny ekonomista Adam Smith jest najbardziej znany z wprowadzenia do nauki koncepcji „niewidzialnej ręki”, która sprawia, że niepohamowany komercyjny interes własny w jakiś sposób działa na rzecz dobra wspólnego.

Tak samo jest z planetą, mówi Lovelock: kiedy „dojrzała”, zaczęła utrzymywać warunki odpowiednie dla istnienia życia, a „niewidzialna ręka” była w stanie skierować rozbieżne interesy organizmów do wspólnej sprawy utrzymania tych warunków.

Darwin kontra Lovelock

Wydana w 1979 r. Gaia: Nowe spojrzenie na życie na Ziemi stała się bestsellerem. Została ona dobrze przyjęta przez ekologów, ale nie przez naukowców, z których większość odrzuciła zawarte w niej idee. Znany krytyk kreacjonizmu i inteligentnego projektu, profesor Uniwersytetu Oksfordzkiego i autor Samolubnego genu, Richard Dawkins, potępił teorię Gai jako „głęboko wadliwą” herezję przeciwko podstawowemu założeniu darwinowskiej selekcji naturalnej: „najsilniejszy przetrwa”. Niemniej jednak, teoria Gai stwierdza, że zwierzęta, rośliny i mikroorganizmy nie tylko konkurują, ale także współpracują w celu utrzymania środowiska.

Kiedy teoria Gai była po raz pierwszy dyskutowana, biolodzy darwinowscy byli jednymi z jej najzacieklejszych przeciwników. Argumentowali oni, że współpraca niezbędna do samoregulacji Ziemi nigdy nie może być połączona z konkurencją niezbędną dla doboru naturalnego.

Oprócz samej istoty, niezadowolenie wywoływała również nazwa, zaczerpnięta z mitologii. Wszystko to wyglądało jak nowa religia, w której przedmiotem deifikacji stała się sama Ziemia. Utalentowany polemista Richard Dawkins zakwestionował teorię Lovelocka z takim samym zapałem, z jakim później odnosił się do koncepcji istnienia Boga.

Lovelock obalił ich krytykę, przedstawiając dowody na samoregulację zebrane podczas swoich badań oraz modele matematyczne, które ilustrowały, w jaki sposób zachodzi samoregulacja klimatu planety. Teoria Gai jest odgórnym, fizjologicznym spojrzeniem na system ziemski. Postrzega ona Ziemię jako dynamicznie reagującą planetę i wyjaśnia, dlaczego jest ona tak różna od Marsa czy Wenus. Krytyka opierała się głównie na błędnym przekonaniu, że nowa hipoteza jest antydarwinowska. „Selekcja naturalna faworyzuje wzmacniacze” – powiedział Lovelock. Jego teoria jedynie uszczegóławia teorię Darwina, sugerując, że natura faworyzuje organizmy, które pozostawiają środowisko w lepszym stanie, aby potomstwo mogło przetrwać. Te gatunki istot żywych, które negatywnie wpływają na środowisko, czynią je mniej odpowiednim dla potomnych i w końcu zostaną usunięte z planety – podobnie jak słabsze, ewolucyjnie nieprzystosowane gatunki, argumentował Lovelock.

Kopernik czekający na swojego Newtona

Podsumowując, trzeba powiedzieć, że naukowa koncepcja Ziemi jako integralnego systemu żywego, żywego superorganizmu rozwijana jest przez naturalistycznych naukowców i myślicieli od XVIII wieku. Temat ten poruszali m.in. ojciec współczesnej geologii i geochronologii James Hutton, przyrodnik, który dał światu termin „biologia”, Jean-Baptiste Lamarck, przyrodnik i podróżnik, jeden z twórców geografii jako samodzielnej nauki Alexander von Humboldt.

W XX wieku idea ta została rozwinięta w ugruntowanej naukowo koncepcji biosfery wybitnego rosyjskiego i radzieckiego naukowca i myśliciela Władimira Iwanowicza Vernadsky’ego. W swojej części naukowej i teoretycznej koncepcja Gai jest podobna do „Biosfery”. Jednak w latach 70-tych ubiegłego wieku Lovelock nie znał jeszcze prac Vernadsky’ego. W tym czasie nie było udanych tłumaczeń jego prac na język angielski: jak to ujął Lovelock, naukowcy anglojęzyczni są tradycyjnie „głusi” na prace w innych językach.

Lovelock, podobnie jak jego wieloletnia sojuszniczka Lynn Margulis, nie upiera się już, że Gaja jest superorganizmem. Dziś uznaje on, że pod wieloma względami jego termin „organizm” jest tylko użyteczną metaforą.

Jednak koncepcja Karola Darwina „walki o przetrwanie” może być uważana za metaforę z tego samego powodu. Jednocześnie nie przeszkodziło to teorii darwinowskiej w podbiciu świata. Metafory takie jak te mogą stymulować myśl naukową, posuwając nas coraz dalej na drodze wiedzy. Dziś Hipoteza Gai stała się impulsem do rozwoju nowoczesnej wersji systemowej nauki o organizmie Ziemi – geofizjologii. Być może z czasem stanie się ona tą syntetyczną nauką o biosferze, o której stworzeniu marzył kiedyś Vernadsky. Obecnie jest ona na drodze do stania się i przekształcenia w tradycyjną, ogólnie uznaną dziedzinę wiedzy.

Nie przypadkiem wybitny brytyjski biolog ewolucyjny William Hamilton – mentor jednego z najbardziej zdesperowanych krytyków tej teorii Richarda Dawkinsa i autor użytego przez tego ostatniego w tytule książki sformułowania „samolubny gen” – nazwał Jamesa Lovelocka „Kopernikiem czekającym na swojego Newtona”.


Opracował: Amon
www.strefa44.pl
0 Udostępnień
Kategorie: Nauka / Kosmos, Polecane

Zostaw komentarz


*

code


  • Facebook

Szukaj temat