Zeme ir kā dzīvs organisms! Zinātnieka Džeimsa Lavloka hipotēze

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Mūsu planēta ir unikāla. Tāpat kā katrs no mums atšķiras no romiešu dievu akmens statujām, Zeme atšķiras no Marsa, Veneras un citām zināmām planētām. Stāstīsim par vienu no, iespējams, mūsu laika pārsteidzošākajām un strīdīgākajām hipotēzēm - Gaia hipotēzi, kas aicina paskatīties uz Zemi kā uz dzīvu organismu.

Zeme ir mūsu "gudrā māja"

Džeimss Efraims Lavloks pagājušajā vasarā svinēja savu simtgadi. Zinātnieks, izgudrotājs, inženieris, neatkarīgais domātājs, cilvēks, kurš pazīstams ne tik daudz ar saviem izgudrojumiem, cik ar apbrīnojamo pieņēmumu, ka Zeme ir pašregulējošs superorganisms, kas lielāko savas vēstures daļu, pēdējos trīs miljardus gadu, ir uzturējis labvēlīgus apstākļus. uz dzīvi uz virsmas…

Nosaukta pēc Gaijas - senās grieķu mitoloģijas dievietes, kas personificē Zemi - hipotēze atšķirībā no tradicionālajām zinātnēm liek domāt, ka planētas globālā ekosistēma uzvedas kā bioloģisks organisms, nevis kā nedzīvs objekts, ko kontrolē ģeoloģiskie procesi.

Atšķirībā no tradicionālajām zemes zinātnēm, Lavloks ierosina uzskatīt planētu nevis kā atsevišķu sistēmu kopumu - atmosfēras, litosfēras, hidrosfēras un biosfēras -, bet gan kā vienotu sistēmu, kur katra tās sastāvdaļa, attīstoties un mainoties, ietekmē attīstību. citām sastāvdaļām. Turklāt šī sistēma ir pašregulējoša un, tāpat kā dzīviem organismiem, tai ir apgrieztas attiecības mehānismi. Atšķirībā no citām zināmajām planētām, izmantojot apgrieztās attiecības starp dzīvo un nedzīvo pasauli, Zeme saglabā savus klimata un vides parametrus, lai saglabātu labvēlīgu mājvietu dzīvām būtnēm.

Jau no tās parādīšanās brīža šī ideja tika pamatoti kritizēta un zinātnieku aprindās to nepieņēma, kas tomēr neliedz tai rosināt iztēli un pulcēt daudzus atbalstītājus visā pasaulē. Neskatoties uz simtgadi, Lavloks tagad, tāpat kā lielāko daļu sava garā mūža, paliekot zem kritikas uguns, turpina aizstāvēt teoriju, modificē un sarežģī to, turpina strādāt un iesaistīties zinātniskās darbībās.

Vai uz Marsa ir dzīvība

Taču, pirms pievērsa uzmanību dzīvībai uz Zemes, Džeimss Lavloks bija aizņemts, meklējot dzīvību uz Marsa. 1961. gadā, tikai četrus gadus pēc tam, kad PSRS palaida kosmosā pirmo mūsu planētas mākslīgo pavadoni, Lavloku uzaicināja strādāt NASA.

Vikingu programmas ietvaros aģentūra plānoja nosūtīt uz Marsu divas zondes, lai pētītu planētu un jo īpaši meklētu mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes pēdas tās augsnē. Tieši dzīvības noteikšanas ierīces, kuras bija paredzēts uzstādīt uz zondēm, zinātnieks, strādājot Pasadenā, izstrādāja Jet Propulsion Laboratory, pētniecības centrā, kas NASA kosmosa kuģus izveido un apkalpo. Starp citu, viņš burtiski strādāja plecu pie pleca – vienā kabinetā – ar slaveno astrofiziķi un zinātnes popularizētāju Karlu Saganu.

Viņa darbs nebija tikai inženierija. Kopā ar viņu strādāja biologi, fiziķi un ķīmiķi. Tas viņam ļāva ar galvu ienirt eksperimentos, lai atrastu veidus, kā atklāt dzīvi un paskatīties uz problēmu no visām pusēm.

Rezultātā Lavloks sev uzdeva jautājumu: "Ja es pats atrastos uz Marsa, kā es varētu saprast, ka uz Zemes ir dzīvība?" Un viņš atbildēja: "Saskaņā ar viņas atmosfēru, kas ir pretrunā ar jebkādām dabiskajām cerībām."Brīvais skābeklis veido 20 procentus no planētas atmosfēras, savukārt ķīmijas likumi saka, ka skābeklis ir ļoti reaģējoša gāze – un tam visam jābūt saistītam dažādos minerālos un iežos.

Lovloks secināja, ka dzīvība – mikrobi, augi un dzīvnieki, nepārtraukti pārvēršot vielu enerģijā, pārvēršot saules gaismu barības vielās, izlaižot un absorbējot gāzes – ir tas, kas padara Zemes atmosfēru tādu, kāda tā ir. Turpretim Marsa atmosfēra ir praktiski mirusi un zemas enerģijas līdzsvarā, gandrīz bez ķīmiskām reakcijām.

1965. gada janvārī Lavloku uzaicināja uz galveno sanāksmi par dzīvības meklējumiem uz Marsa. Gatavojoties svarīgam notikumam, zinātnieks izlasīja īsu Ervina Šrēdingera grāmatu "Kas ir dzīve". Tas pats Šrēdingers - teorētiskais fiziķis, viens no kvantu mehānikas pamatlicējiem un labi zināmā domu eksperimenta autors. Ar šo darbu fiziķis sniedza ieguldījumu bioloģijā. Pēdējās divas grāmatas nodaļas satur Šrēdingera pārdomas par dzīves būtību.

Šrēdingers balstījās uz pieņēmumu, ka dzīvs organisms pastāvēšanas procesā nepārtraukti palielina savu entropiju jeb, citiem vārdiem sakot, rada pozitīvu entropiju. Viņš ievieš negatīvās entropijas jēdzienu, kas dzīviem organismiem jāsaņem no apkārtējās pasaules, lai kompensētu pozitīvās entropijas pieaugumu, kas noved pie termodinamiskā līdzsvara un līdz ar to arī nāves. Vienkāršā nozīmē entropija ir haoss, pašiznīcināšanās un pašiznīcināšanās. Negatīvā entropija ir tas, ko ķermenis ēd. Pēc Šrēdingera domām, šī ir viena no galvenajām atšķirībām starp dzīvību un nedzīvo dabu. Dzīvai sistēmai ir jāeksportē entropija, lai saglabātu savu entropiju zemu.

Šī grāmata iedvesmoja Lavloku uzdot jautājumu: "Vai nebūtu vieglāk meklēt dzīvību uz Marsa, meklējot zemu entropiju kā planētas īpašību, nekā ierakties regolītā, meklējot Marsa organismus?" Šajā gadījumā pietiek ar vienkāršu atmosfēras analīzi, izmantojot gāzu hromatogrāfu, lai atrastu zemu entropiju. Tāpēc zinātnieks ieteica NASA ietaupīt naudu un atcelt Vikingu misiju.

Uz zvaigznēm

Džeimss Lavloks dzimis 1919. gada 26. jūlijā Letčvortā, mazā Hertfordšīras pilsētiņā Anglijas dienvidaustrumos. Šī pilsēta, kas celta 1903. gadā 60 kilometrus no Londonas un ir daļa no tās zaļās joslas, bija pirmā apdzīvotā vieta Apvienotajā Karalistē, kas dibināta saskaņā ar "dārza pilsētas" pilsētvides koncepciju. Pagājušā gadsimta sākumā daudzas valstis aizrāva ideja par nākotnes megapilsētām, kas apvienotu pilsētas un ciema labākās īpašības. Džeimss dzimis strādnieku ģimenē, viņa vecākiem nebija izglītības, taču viņi darīja visu, lai dēls to iegūtu.

1941. gadā Lavloka absolvēja Mančestras Universitāti – vienu no vadošajām Lielbritānijas universitātēm no slavenajām "Sarkano ķieģeļu universitātēm". Tur viņš mācījās pie profesora Aleksandra Toda, izcilā angļu organiskā ķīmiķa, Nobela prēmijas laureāta par nukleotīdu un nukleīnskābju izpēti.

1948. gadā Lavloka ieguva doktora grādu Londonas Higiēnas un tropiskās medicīnas institūtā. Šajā dzīves posmā jaunais zinātnieks nodarbojas ar medicīniskiem pētījumiem un izgudro šiem eksperimentiem nepieciešamās ierīces.

Lavloks izcēlās ar ļoti humānu attieksmi pret laboratorijas dzīvniekiem - līdz tam, ka viņš bija gatavs veikt eksperimentus ar sevi. Vienā no saviem pētījumiem Lavloks un citi zinātnieki meklēja dzīvu šūnu un audu bojājumu cēloni apsaldējuma laikā. Eksperimenta dzīvnieki - kāmji, ar kuriem tika veikts eksperiments - bija jāsasaldē, pēc tam jāsasilda un jāatdzīvina.

Bet, ja sasaldēšanas process dzīvniekiem bija salīdzinoši nesāpīgs, tad atkausēšana lika domāt, ka grauzējiem bija jāliek uz krūtīm karstas ēdamkarotes, lai sasildītu sirdis un liktu asinīm cirkulēt caur ķermeni. Tā bija ārkārtīgi sāpīga procedūra. Taču atšķirībā no Lavloka viņa kolēģiem biologiem nebija žēl laboratorijas grauzēju.

Tad zinātnieks izgudroja ierīci, kurā bija gandrīz viss, ko var sagaidīt no parastas mikroviļņu krāsns - patiesībā tas bija tas. Tur varēja nolikt sasalušu kāmi, iestatīt taimeri, un pēc noteikta laika viņš pamodās. Kādu dienu ziņkārības vadīts Lavloks tādā pašā veidā sasildīja pusdienas. Tomēr viņš nedomāja laicīgi iegūt patentu savam izgudrojumam.

1957. gadā Lovelock izgudro elektronu uztveršanas detektoru, īpaši jutīgu ierīci, kas radīja revolūciju ļoti zemas gāzu koncentrācijas mērīšanā atmosfērā un jo īpaši ķīmisko savienojumu noteikšanā, kas apdraud vidi.

1950. gadu beigās ierīci izmantoja, lai demonstrētu, ka planētas atmosfēra ir pilna ar pesticīda DDT (dihlordifeniltrihloretāna) atliekām. Šis ārkārtīgi efektīvais un viegli iegūstamais pesticīds ir plaši izmantots kopš Otrā pasaules kara. Par tā unikālo īpašību atklāšanu Šveices ķīmiķim Polam Milleram 1948. gadā tika piešķirta Nobela prēmija medicīnā. Šī balva tika piešķirta ne tikai par izglābtajām ražām, bet arī par miljoniem izglābto dzīvību: DDT tika izmantots kara laikā, lai cīnītos pret malāriju un tīfu civiliedzīvotāju un militārpersonu vidū.

Tikai līdz 50. gadu beigām bīstamu pesticīdu klātbūtne tika atklāta gandrīz visur uz Zemes - no pingvīnu aknām Antarktīdā līdz mātes pienam, kas baro bērnu ar krūti Amerikas Savienotajās Valstīs.

Detektors sniedza precīzus datus par 1962. gada grāmatu "Klusais pavasaris", ko sarakstījusi amerikāņu ekoloģe Reičela Kārsone un kas aizsāka starptautisku kampaņu, lai aizliegtu DDT izmantošanu. Grāmatā tika apgalvots, ka DDT un citi pesticīdi izraisa vēzi un ka to izmantošana lauksaimniecībā apdraud savvaļas dzīvniekus, īpaši putnus. Publikācija bija nozīmīgs notikums vides kustībā un izraisīja plašu sabiedrības rezonansi, kas galu galā noveda pie DDT izmantošanas lauksaimniecībā aizlieguma ASV un pēc tam visā pasaulē 1972. gadā.

Nedaudz vēlāk, pēc darba uzsākšanas NASA, Lavloks devās uz Antarktīdu un ar sava detektora palīdzību atklāja visuresošu hlorfluorogļūdeņražu – mākslīgo gāzu, kas tagad, kā zināms, noārda stratosfēras ozona slāni, klātbūtni. Abi šie atklājumi bija ārkārtīgi svarīgi planētas vides kustībai.

Tātad, kad ASV Aeronautikas un kosmosa administrācija plānoja savas Mēness un planētu misijas līdz 1960. gadu sākumam un sāka meklēt kādu, kas varētu izveidot jutīgu aprīkojumu, ko varētu nosūtīt kosmosā, viņi vērsās pie Lovelock. Kopš bērnības aizrāvies ar zinātnisko fantastiku, viņš piedāvājumu pieņēma ar entuziasmu un, protams, nevarēja atteikties.

Planētas dzīvas un mirušas

Darbs reaktīvo dzinēju laboratorijā sniedza Lavlokam lielisku iespēju saņemt pirmos kosmosa zondes pārraidītos pierādījumus par Marsa un Veneras dabu. Un tās, bez šaubām, bija pilnīgi mirušas planētas, kas pārsteidzoši atšķiras no mūsu plaukstošās un dzīvās pasaules.

Zemei ir termodinamiski nestabila atmosfēra. Gāzes, piemēram, skābeklis, metāns un oglekļa dioksīds, tiek ražotas lielos daudzumos, taču tās pastāv līdzās stabilā dinamiskā līdzsvarā.

Dīvainajai un nestabilajai atmosfērai, ko elpojam, ir nepieciešams kaut kas uz Zemes virsmas, kas spēj nepārtraukti sintezēt milzīgu daudzumu šo gāzu, kā arī vienlaikus tās izņemt no atmosfēras. Tajā pašā laikā planētas klimats ir diezgan jutīgs pret daudzu atomu gāzu, piemēram, metāna un oglekļa dioksīda, pārpilnību.

Lovelock pakāpeniski veido priekšstatu par šādu vielu ciklu regulējošo lomu dabā - pēc analoģijas ar vielmaiņas procesiem dzīvnieka ķermenī. Un šajos procesos ir iesaistīta zemes dzīvība, kas, pēc Lavloka teorijas, tajos ne tikai piedalās, bet arī iemācījās uzturēt sev nepieciešamos eksistences apstākļus, noslēdzot kādu abpusēji izdevīgu sadarbību ar planētu.

Un, ja sākumā tas viss bija tīra spekulācija, tad 1971. gadā Lavlokam bija iespēja apspriest šo tēmu ar izcilo biologu Linu Marguli, simbioģenēzes teorijas modernās versijas veidotāju un Karla Sagana pirmo sievu.

Margulis bija Gaia hipotēzes līdzautors. Viņa ierosināja, ka mikroorganismiem vajadzētu spēlēt savienojošo lomu dzīvības un planētas mijiedarbības jomā. Kā Lavloks atzīmēja vienā no savām intervijām: "Būtu godīgi teikt, ka viņa ielika miesu manā fizioloģiskās koncepcijas par dzīvu planētu kauliem."

Tā kā koncepcija bija novitāte un tā neatbilst tradicionālajām zinātnēm, Lovelokam bija nepieciešams īss un neaizmirstams vārds. Toreiz, 1969. gadā, zinātnieka, fiziķa un rakstnieka, Nobela prēmijas laureāta, kā arī romāna Mušu pavēlnieka autora Viljama Goldinga draugs un kaimiņš ierosināja šo ideju saukt par Gaiju – par godu seno grieķu zemes dieviete.

Kā tas strādā

Saskaņā ar Loveloka koncepciju dzīvības evolūcija, tas ir, visu bioloģisko organismu kopums uz planētas, ir tik cieši saistīta ar viņu fiziskās vides attīstību globālā mērogā, ka kopā tie veido vienotu pašattīstošu sistēmu ar sevi. -regulējošas īpašības, kas līdzīgas dzīva organisma fizioloģiskajām īpašībām.

Dzīve ne tikai pielāgojas planētai: tā maina to saviem mērķiem. Evolūcija ir pāru deja, kurā griežas viss dzīvais un nedzīvais. No šīs dejas izriet Gaia būtība.

Lovelock ievieš ģeofizioloģijas jēdzienu, kas nozīmē sistēmisku pieeju zemes zinātnēm. Ģeofizioloģija tiek pasniegta kā sintētiska zemes zinātne, kas pēta neatņemamas sistēmas īpašības un attīstību, kuras cieši saistītas sastāvdaļas ir biota, atmosfēra, okeāni un zemes garoza.

Tās uzdevumi ietver pašregulācijas mehānismu meklēšanu un izpēti planētu līmenī. Ģeofizioloģijas mērķis ir izveidot saikni starp cikliskiem procesiem šūnu-molekulārā līmenī ar līdzīgiem procesiem citos saistītos līmeņos, piemēram, organismā, ekosistēmās un planētas kopumā.

1971. gadā tika uzskatīts, ka dzīvie organismi spēj ražot vielas, kurām ir regulējoša nozīme klimatā. Tas tika apstiprināts, kad 1973. gadā tika atklāta dimetilsulfīda emisija no mirstošiem planktona organismiem.

Dimetilsulfīda pilieni, nonākot atmosfērā, kalpo kā ūdens tvaiku kondensācijas kodoli, izraisot mākoņu veidošanos. Mākoņu segas blīvums un platība būtiski ietekmē mūsu planētas albedo - tās spēju atspoguļot saules starojumu.

Tajā pašā laikā, nokrītot zemē līdz ar lietu, šie sēra savienojumi veicina augu augšanu, kas savukārt paātrina iežu izskalošanos. Izskalošanās rezultātā izveidotie biogēni tiek izskaloti upēs un galu galā nonāk okeānos, veicinot planktona aļģu augšanu.

Dimetilsulfīda kustības cikls ir slēgts. To pamatojot, 1990. gadā tika konstatēts, ka mākoņainība virs okeāniem korelē ar planktona izplatību.

Pēc Lavloka teiktā, mūsdienās, kad cilvēka darbības rezultātā atmosfēra tiek pārkarsēta, mākoņu segas regulēšanas biogēnais mehānisms kļūst ārkārtīgi svarīgs.

Vēl viens Gaia regulējošais elements ir oglekļa dioksīds, ko ģeofizioloģija uzskata par galveno vielmaiņas gāzi. Klimats, augu augšana un brīvā atmosfēras skābekļa ražošana ir atkarīga no tā koncentrācijas. Jo vairāk oglekļa tiek uzkrāts, jo vairāk skābekļa izdalās atmosfērā.

Kontrolējot oglekļa dioksīda koncentrāciju atmosfērā, biota tādējādi regulē planētas vidējo temperatūru. 1981. gadā tika ierosināts, ka šāda pašregulācija notiek, biogēniski uzlabojot iežu laikapstākļu procesu.

Lovelock salīdzina grūtības izprast uz planētas notiekošos procesus ar grūtībām izprast ekonomiku. 18. gadsimta ekonomists Adams Smits ir vislabāk pazīstams ar to, ka zinātnē ieviesa “neredzamās rokas” jēdzienu, kas liek neierobežotām komerciālajām pašlabumam kaut kādā veidā darboties kopējā labuma labā.

Tas pats ir ar planētu, saka Lavloks: kad tā “nobriedusi”, tā sāka uzturēt dzīvības pastāvēšanai piemērotus apstākļus, un “neredzamā roka” spēja novirzīt organismu atšķirīgās intereses kopējam uzturēšanas mērķim. šos nosacījumus.

Darvins pret Lavloku

1979. gadā publicētā grāmata Gaia: A New Look at Life on Earth kļuva par bestselleru. To labi uzņēma vides aizstāvji, bet ne zinātnieki, no kuriem lielākā daļa noraidīja tajā ietvertās idejas.

Slavenais kreacionisma un inteliģentā dizaina kritiķis, Oksfordas Universitātes profesors un grāmatas "Savtīgais gēns" autors Ričards Dokinss nosodīja Gaijas teoriju kā "dziļi kļūdainu" ķecerību pret Darvina dabiskās atlases pamatprincipu: "izdzīvo labākais". Tomēr, jo Gaia teorija apgalvo, ka dzīvnieki, augi un mikroorganismi ne tikai sacenšas, bet arī sadarbojas, lai uzturētu vidi.

Kad Gaijas teorija pirmo reizi tika apspriesta, darvina biologi bija vieni no viņas sīvākajiem pretiniekiem. Viņi apgalvoja, ka Zemes pašregulācijai nepieciešamo sadarbību nekad nevar apvienot ar konkurenci, kas nepieciešama dabiskajai atlasei.

Bez pašas būtības neapmierinātību izraisīja arī no mitoloģijas pārņemtais nosaukums. Tas viss izskatījās pēc jaunas reliģijas, kur pati Zeme kļuva par dievišķošanas objektu. Talantīgais polemiķis Ričards Dokinss apstrīdēja Lavloka teoriju ar tādu pašu enerģiju, ko viņš vēlāk izmantoja saistībā ar Dieva esamības jēdzienu.

Lavloks turpināja atspēkot viņu kritiku ar pašregulācijas pierādījumiem, kas iegūti no viņa pētījumiem un matemātiskajiem modeļiem, kas ilustrēja planētas klimata pašregulācijas darbību. Gaia teorija ir no augšas uz leju vērsts fizioloģisks Zemes sistēmas skatījums. Viņa uzskata Zemi par dinamiski reaģējošu planētu un izskaidro, kāpēc tā tik ļoti atšķiras no Marsa vai Veneras.

Kritika galvenokārt balstījās uz nepareizu priekšstatu, ka jaunā hipotēze bija anti-darvinistiska.

"Dabiskā atlase dod priekšroku pastiprinātājiem," sacīja Loveloka. Viņa teorija tikai precizē Darvina teoriju, norādot, ka daba dod priekšroku organismiem, kas atstāj vidi labākā formā, lai pēcnācēji varētu izdzīvot.

Tās dzīvo būtņu sugas, kas negatīvi ietekmē vidi, padara to mazāk piemērotu pēcnācējiem un galu galā tiks izraidītas no planētas, kā arī vājākas, evolucionāri nepielāgotas sugas, apgalvoja Loveloks.

Koperniks gaida savu Ņūtonu

Rezumējot, jāsaka, ka zinātnisko priekšstatu par Zemi kā vienotu dzīvu sistēmu, dzīvu superorganismu naturālistikas zinātnieki un domātāji veidojuši jau kopš 18. gadsimta. Šo tēmu apsprieda mūsdienu ģeoloģijas un ģeohronoloģijas tēvs Džeimss Hatons, dabaszinātnieks, kurš pasaulei deva terminu "bioloģija" Žans Batists Lamarks, dabaszinātnieks un ceļotājs, viens no ģeogrāfijas kā neatkarīgas zinātnes pamatlicējiem Aleksandrs fon Humbolts.

XX gadsimtā ideja tika izstrādāta izcilā krievu un padomju zinātnieka un domātāja Vladimira Ivanoviča Vernadska zinātniski pamatotā biosfēras koncepcijā. Savā zinātniskajā un teorētiskajā daļā Gaia jēdziens ir līdzīgs "Biosfērai". Tomēr pagājušā gadsimta 70. gados Loveloks vēl nebija pazīstams ar Vernadska darbiem. Tolaik nebija veiksmīgu viņa darbu tulkojumu angļu valodā: kā izteicās Lavloks, angliski runājošie zinātnieki tradicionāli ir "kurli", lai strādātu citās valodās.

Lavloks, tāpat kā viņa ilggadējais kolēģis Lins Margulis, vairs neuzstāj, ka Gaija ir superorganisms. Šodien viņš atzīst, ka daudzējādā ziņā viņa termins "organisms" ir tikai noderīga metafora.

Tomēr Čārlza Darvina jēdzienu "cīņa par izdzīvošanu" var uzskatīt par metaforu ar tādu pašu iemeslu. Tajā pašā laikā tas netraucēja Darvina teorijai iekarot pasauli. Šādas metaforas var rosināt zinātnisko domu, virzot mūs arvien tālāk pa zināšanu ceļu.

Mūsdienās Gaia hipotēze ir kļuvusi par impulsu Zemes sistēmiskās organismu zinātnes modernās versijas - ģeofizioloģijas - attīstībai. Iespējams, ar laiku tā kļūs par sintētisko biosfēras zinātni, par kādu kādreiz sapņoja Vernadskis. Tagad tas ir ceļā uz tradicionālu, vispāratzītu zināšanu jomu un pārtapšanu par to.

Nav nejaušība, ka izcilais britu evolūcijas biologs Viljams Hamiltons - viena no izmisīgākajiem teorijas kritiķiem Ričarda Dokinsa mentors un frāzes "savtīgais gēns" autors, ko viņš izmantoja savas grāmatas nosaukumā. - sauca Džeimsu Lavloku "Koperniks gaida savu Ņūtonu".