Jorden er som en levende organisme! Hypotesen til vitenskapsmannen James Lovelock

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Planeten vår er unik. Akkurat som hver av oss er forskjellig fra steinstatuene av de romerske gudene, er jorden forskjellig fra Mars, Venus og andre kjente planeter. La oss fortelle historien om en av, kanskje, de mest fantastiske og kontroversielle hypotesene i vår tid - Gaia-hypotesen, som inviterer oss til å se på jorden som en levende organisme.

Jorden er vårt "smarte hjem"

James Ephraim Lovelock feiret hundreårsjubileum i fjor sommer. Vitenskapsmann, oppfinner, ingeniør, uavhengig tenker, en person kjent ikke så mye for sine oppfinnelser som for den fantastiske antagelsen om at jorden er en selvregulerende superorganisme som i det meste av sin historie, de siste tre milliarder årene, har opprettholdt gunstige forhold for livet på overflaten …

Oppkalt etter Gaia - gudinnen for gammel gresk mytologi, som personifiserer jorden - antyder hypotesen, i motsetning til tradisjonelle vitenskaper, at det globale økosystemet til planeten oppfører seg som en biologisk organisme, og ikke som et livløst objekt kontrollert av geologiske prosesser.

I motsetning til de tradisjonelle geovitenskapene, foreslår Lovelock å betrakte planeten ikke som et sett av separate systemer - atmosfæren, litosfæren, hydrosfæren og biosfæren - men som et enkelt system, der hver av dens komponenter, utvikler seg og endrer seg, påvirker utviklingen. av andre komponenter. Dessuten er dette systemet selvregulerende og har, i likhet med levende organismer, mekanismer med omvendt forhold. I motsetning til andre kjente planeter, gjennom bruk av omvendte forhold mellom de levende og livløse verdener, opprettholder jorden sine klima- og miljøparametre for å forbli et gunstig hjem for levende vesener.

Helt fra det øyeblikket den dukket opp, ble denne ideen med rette kritisert og ble ikke akseptert av det vitenskapelige samfunnet, noe som imidlertid ikke hindrer den i å spennende fantasien og samle mange støttespillere rundt om i verden. Til tross for hundreårsjubileet, fortsetter Lovelock nå, som det meste av sitt lange liv, under ilden av kritikk, å forsvare teorien, modifisere og komplisere den, fortsetter å jobbe og engasjere seg i vitenskapelige aktiviteter.

Er det liv på Mars

Men før han vendte oppmerksomheten mot livet på jorden, var James Lovelock opptatt med å lete etter liv på Mars. I 1961, bare fire år etter at USSR lanserte den første kunstige satellitten til planeten vår ut i verdensrommet, ble Lovelock invitert til å jobbe i NASA.

Som en del av Viking-programmet planla byrået å sende to sonder til Mars for å studere planeten og spesielt lete etter spor etter den vitale aktiviteten til mikroorganismer i jorden. Det var enhetene for å oppdage liv, som skulle være installert om bord på sondene, som forskeren utviklet, og arbeidet i Pasadena, ved Jet Propulsion Laboratory, et forskningssenter som lager og vedlikeholder romfartøy for NASA. Forresten jobbet han bokstavelig talt side om side - på samme kontor - med den berømte astrofysikeren og vitenskapens popularisator Karl Sagan.

Jobben hans var ikke rent ingeniør. Biologer, fysikere og kjemikere jobbet sammen med ham. Dette tillot ham å dykke hodestups ned i eksperimenter for å finne måter å oppdage liv og se på problemet fra alle sider.

Som et resultat spurte Lovelock seg selv: "Hvis jeg selv var på Mars, hvordan kunne jeg forstå at det er liv på jorden?" Og han svarte: "I henhold til hennes atmosfære, som trosser alle naturlige forventninger."Frit oksygen utgjør 20 prosent av planetens atmosfære, mens kjemilovene sier at oksygen er en svært reaktiv gass – og alt må være bundet i ulike mineraler og bergarter.

Lovelock konkluderte med at liv – mikrober, planter og dyr, konstant metabolisering av materie til energi, omdanner sollys til næringsstoffer, frigjør og absorberer gass – er det som gjør jordens atmosfære til det den er. Derimot er Mars-atmosfæren praktisk talt død og i lavenergi-likevekt med nesten ingen kjemiske reaksjoner.

I januar 1965 ble Lovelock invitert til et sentralt møte om søket etter liv på Mars. Som forberedelse til en viktig begivenhet leste forskeren en kort bok av Erwin Schrödinger "Hva er livet". Den samme Schrödinger - en teoretisk fysiker, en av grunnleggerne av kvantemekanikken og forfatteren av det velkjente tankeeksperimentet. Med dette arbeidet ga fysikeren et bidrag til biologien. De to siste kapitlene i boken inneholder Schrödingers refleksjoner over livets natur.

Schrödinger gikk ut fra antagelsen om at en levende organisme i eksistensprosessen kontinuerlig øker sin entropi – eller med andre ord produserer positiv entropi. Han introduserer begrepet negativ entropi, som levende organismer må motta fra omverdenen for å kompensere for veksten av positiv entropi, som fører til termodynamisk likevekt, og derfor til døden. I en enkel forstand er entropi kaos, selvdestruksjon og selvdestruksjon. Negativ entropi er hva kroppen spiser. Ifølge Schrödinger er dette en av hovedforskjellene mellom liv og livløs natur. Et levende system må eksportere entropi for å holde sin egen entropi lav.

Denne boken inspirerte Lovelock til å spørre: "Ville det ikke være lettere å søke etter liv på Mars, på jakt etter lav entropi som en planetarisk egenskap, enn å grave seg ned i regolitten på jakt etter organismer fra Mars?" I dette tilfellet er en enkel atmosfærisk analyse ved hjelp av en gasskromatograf tilstrekkelig for å finne lav entropi. Derfor anbefalte forskeren NASA å spare penger og avbryte Viking-oppdraget.

Til stjernene

James Lovelock ble født 26. juli 1919 i Letchworth, en liten by i Hertfordshire i det sørøstlige England. Denne byen, bygget i 1903 60 kilometer fra London og er en del av dets grønne belte, var den første bosetningen i Storbritannia, grunnlagt i samsvar med det urbane konseptet "hagebyen". På begynnelsen av forrige århundre var det ideen som fanget mange land om fremtidens megabyer, som ville kombinere de beste egenskapene til en by og en landsby. James ble født inn i en arbeiderklassefamilie, foreldrene hans hadde ingen utdannelse, men de gjorde alt for at sønnen deres skulle få den.

I 1941 ble Lovelock uteksaminert fra University of Manchester - et av de ledende britiske universitetene blant de berømte "Red Brick Universities". Der studerte han med professor Alexander Todd, en fremragende engelsk organisk kjemiker, nobelprisvinner for studiet av nukleotider og nukleinsyrer.

I 1948 mottok Lovelock sin doktorgrad fra London Institute of Hygiene and Tropical Medicine. I løpet av denne perioden av livet hans er den unge forskeren engasjert i medisinsk forskning og oppfinner enhetene som er nødvendige for disse eksperimentene.

Lovelock ble preget av en veldig human holdning til laboratoriedyr - til det punktet at han var klar til å utføre eksperimenter på seg selv. I en av studiene hans så Lovelock og andre forskere etter årsaken til skade på levende celler og vev under frostskader. Forsøksdyrene – hamsterne som forsøket ble utført på – skulle fryses, for så å varmes opp og vekkes til live igjen.

Men hvis fryseprosessen var relativt smertefri for dyr, antydet tining at gnagerne måtte legge varme spiseskjeer på brystet for å varme hjertet og tvinge blodet til å sirkulere gjennom kroppen. Det var en ekstremt smertefull prosedyre. Men i motsetning til Lovelock, syntes ikke hans medbiologer synd på laboratoriegnagere.

Så oppfant forskeren en enhet som hadde nesten alt som kan forventes av en vanlig mikrobølgeovn - faktisk var dette det. Du kunne sette en frossen hamster der, stille inn en timer, og etter en viss tid våknet han. En dag, av nysgjerrighet, varmet Lovelock opp lunsjen sin på samme måte. Han tenkte imidlertid ikke på å få patent på oppfinnelsen sin i tide.

I 1957 oppfant Lovelock elektronfangstdetektoren, en usedvanlig følsom enhet som revolusjonerte målingen av ultralave konsentrasjoner av gasser i atmosfæren og spesielt i deteksjonen av kjemiske forbindelser som utgjør en trussel mot miljøet.

På slutten av 1950-tallet ble enheten brukt til å demonstrere at planetens atmosfære var full av rester fra plantevernmiddelet DDT (diklordifenyltrikloretan). Dette ekstremt effektive og lett tilgjengelige plantevernmiddelet har vært mye brukt siden andre verdenskrig. For oppdagelsen av dens unike egenskaper ble den sveitsiske kjemikeren Paul Müller tildelt Nobelprisen i medisin i 1948. Denne prisen ble delt ut ikke bare for de reddede avlingene, men også for de millioner av liv som ble reddet: DDT ble brukt under krigen for å bekjempe malaria og tyfus blant sivile og militært personell.

Det var først på slutten av 50-tallet at tilstedeværelsen av et farlig plantevernmiddel ble oppdaget nesten overalt på jorden – fra pingvinlever i Antarktis til morsmelk fra ammende mødre i USA.

Detektoren ga nøyaktige data for boken «Silent Spring» fra 1962, skrevet av den amerikanske økologen Rachel Carson, som lanserte den internasjonale kampanjen for å forby bruken av DDT. Boken hevdet at DDT og andre plantevernmidler forårsaket kreft og at bruken av dem i landbruket utgjorde en trussel mot dyrelivet, spesielt fugler. Publikasjonen var en landemerkebegivenhet i miljøbevegelsen og forårsaket et bredt offentlig ramaskrik, som til slutt førte til forbud mot landbruksbruk av DDT i USA og deretter rundt om i verden i 1972.

Litt senere, etter å ha startet arbeidet ved NASA, reiste Lovelock til Antarktis og oppdaget ved hjelp av sin detektor den allestedsnærværende tilstedeværelsen av klorfluorkarboner - kunstige gasser som nå er kjent for å bryte ned det stratosfæriske ozonlaget. Begge disse funnene var ekstremt viktige for planetens miljøbevegelse.

Så da US Aeronautics and Space Administration planla sine måne- og planetariske oppdrag på begynnelsen av 1960-tallet og begynte å lete etter noen som kunne lage sensitivt utstyr som kunne sendes ut i verdensrommet, henvendte de seg til Lovelock. Etter å ha vært fascinert av science fiction siden barndommen, aksepterte han tilbudet med entusiasme og kunne selvfølgelig ikke nekte.

Planeter levende og døde

Å jobbe ved Jet Propulsion Laboratory ga Lovelock en utmerket mulighet til å motta det første beviset på Mars og Venus natur som ble overført av romsonder. Og disse var utvilsomt helt døde planeter, påfallende forskjellige fra vår blomstrende og levende verden.

Jorden har en atmosfære som er termodynamisk ustabil. Gasser som oksygen, metan og karbondioksid produseres i store mengder, men eksisterer samtidig i stabil dynamisk likevekt.

Den merkelige og ustabile atmosfæren vi puster inn krever noe på jordoverflaten som kontinuerlig kan syntetisere enorme mengder av disse gassene, samt fjerne dem fra atmosfæren på samme tid. Samtidig er planetens klima ganske følsomt for overflod av polyatomiske gasser som metan og karbondioksid.

Lovelock utvikler gradvis en idé om den regulerende rollen til slike sykluser av stoffer i naturen - analogt med metabolske prosesser i kroppen til et dyr. Og jordisk liv er involvert i disse prosessene, som ifølge Lovelocks teori ikke bare deltar i dem, men også lærte å opprettholde de nødvendige eksistensbetingelsene for seg selv, etter å ha inngått en form for gjensidig fordelaktig samarbeid med planeten.

Og hvis først alt dette var ren spekulasjon, hadde Lovelock i 1971 muligheten til å diskutere dette emnet med den fremragende biologen Lynn Margulis, skaperen av den moderne versjonen av teorien om symbiogenese og den første kona til Carl Sagan.

Margulis var medforfatter av Gaia-hypotesen. Hun foreslo at mikroorganismer skulle spille en forbindelsesrolle i samspillet mellom liv og planeten. Som Lovelock bemerket i et av intervjuene hans, "Det ville være rettferdig å si at hun satte kjøtt i beinene til mitt fysiologiske konsept om en levende planet."

På grunn av nyheten i konseptet og dets inkonsistens med tradisjonelle vitenskaper, trengte Lovelock et kort og minneverdig navn. Det var da, i 1969, en venn og nabo til vitenskapsmannen, fysikeren og forfatteren, nobelprisvinneren, samt forfatteren av romanen Lord of the Flies, William Golding, foreslått å kalle denne ideen Gaia - til ære for gammel gresk gudinne av jorden.

Hvordan det fungerer

I følge Lovelocks konsept er livsutviklingen, det vil si helheten av alle biologiske organismer på planeten, så nært knyttet til utviklingen av deres fysiske miljø på global skala at de sammen danner et enkelt selvutviklende system med selvet. -regulatoriske egenskaper som ligner de fysiologiske egenskapene til en levende organisme.

Livet tilpasser seg ikke bare planeten: det endrer det for sine egne formål. Evolusjon er en pardans der alt levende og livløst spinner. Fra denne dansen kommer essensen til Gaia frem.

Lovelock introduserer konseptet geofysiologi, som innebærer en systemtilnærming til jordvitenskap. Geofysiologi presenteres som en syntetisk jordvitenskap som studerer egenskapene og utviklingen til et integrert system, der de nært beslektede komponentene er biota, atmosfære, hav og jordskorpen.

Dens oppgaver inkluderer søk og studier av selvreguleringsmekanismer på planetnivå. Geofysiologi har som mål å etablere koblinger mellom sykliske prosesser på cellulært-molekylært nivå med lignende prosesser på andre relaterte nivåer, slik som organismen, økosystemene og planeten som helhet.

I 1971 ble det antydet at levende organismer er i stand til å produsere stoffer som har regulatorisk betydning for klimaet. Dette ble bekreftet da det i 1973 ble oppdaget utslipp av dimetylsulfid fra døende planktoniske organismer.

Dimetylsulfiddråper som kommer inn i atmosfæren, tjener som kjerner for kondensering av vanndamp, noe som forårsaker dannelse av skyer. Tettheten og området av skydekke påvirker albedoen til planeten vår betydelig - dens evne til å reflektere solstråling.

Samtidig, som faller til bakken sammen med regnet, fremmer disse svovelforbindelsene veksten av planter, som igjen akselererer utvaskingen av steiner. Biogenene som dannes som følge av utvasking, vaskes ut i elver og ender til slutt opp i havene, noe som fremmer veksten av planktonalger.

Reisesyklusen for dimetylsulfid er lukket. Til støtte for dette ble det i 1990 funnet at uklarhet over havene korrelerer med utbredelsen av plankton.

I følge Lovelock, i dag, når atmosfæren er overopphetet som følge av menneskelig aktivitet, blir den biogene mekanismen for regulering av skydekket ekstremt viktig.

Et annet regulatorisk element i Gaia er karbondioksid, som geofysiologi anser som en viktig metabolsk gass. Klima, plantevekst og produksjon av fritt atmosfærisk oksygen avhenger av konsentrasjonen. Jo mer karbon som er lagret, jo mer oksygen slippes ut i atmosfæren.

Ved å kontrollere konsentrasjonen av karbondioksid i atmosfæren, regulerer biota dermed gjennomsnittstemperaturen på planeten. I 1981 ble det antydet at slik selvregulering skjer gjennom biogen forbedring av forvitringsprosessen til bergarter.

Lovelock sammenligner vanskeligheten med å forstå prosessene som skjer på planeten med vanskeligheten med å forstå økonomien. 1700-tallsøkonomen Adam Smith er mest kjent for å ha introdusert konseptet om den "usynlige hånden" i stipend, som får uhemmet kommersiell egeninteresse til å fungere til felles beste.

Det er det samme med planeten, sier Lovelock: da den "modnet", begynte den å opprettholde forhold som var egnet for eksistensen av liv, og den "usynlige hånden" var i stand til å lede organismenes forskjellige interesser til den vanlige årsaken til å opprettholde disse forholdene.

Darwin mot Lovelock

Gaia: A New Look at Life on Earth ble publisert i 1979 og ble en bestselger. Den ble godt mottatt av miljøvernere, men ikke av forskere, de fleste avviste ideene den inneholdt.

Den anerkjente kritikeren av kreasjonisme og intelligent design, professor ved University of Oxford og forfatter av The Selfish Gene, Richard Dawkins, fordømte Gaias teori som en «dypt mangelfull» kjetteri mot grunnprinsippet i Darwinistisk naturlig utvalg: «de sterkeste overlever». Likevel fordi Gaias teori sier at dyr, planter og mikroorganismer ikke bare konkurrerer, men også samarbeider for å opprettholde miljøet.

Da Gaias teori først ble diskutert, var darwinistiske biologer blant hennes argeste motstandere. De hevdet at samarbeidet som er nødvendig for selvregulering av jorden aldri kan kombineres med konkurransen som er nødvendig for naturlig utvalg.

I tillegg til selve essensen, forårsaket også navnet, hentet fra mytologien, misnøye. Alt dette så ut som en ny religion, der selve jorden ble gjenstand for guddommeliggjøring. Den talentfulle polemikeren Richard Dawkins utfordret Lovelocks teori med samme energi som han senere brukte i forhold til konseptet om Guds eksistens.

Lovelock fortsatte med å tilbakevise kritikken deres med bevis på selvregulering samlet fra hans forskning og matematiske modeller som illustrerte hvordan planetarisk klimaselvregulering fungerer. Gaias teori er et top-down, fysiologisk syn på jordsystemet. Hun ser på Jorden som en dynamisk responsiv planet og forklarer hvorfor den er så forskjellig fra Mars eller Venus.

Kritikken var hovedsakelig basert på misoppfatningen om at den nye hypotesen var anti-darwinistisk.

"Naturlig utvalg favoriserer forsterkere," sa Lovelock. Teorien hans beskriver bare Darwins teori, og antyder at naturen favoriserer organismer som etterlater miljøet i bedre form for at avkom skal overleve.

De artene av levende ting som negativt påvirker miljøet, gjør det mindre egnet for ettertiden og vil til slutt bli fordrevet fra planeten - samt svakere, evolusjonært ikke-tilpassede arter, hevdet Lovelock.

Copernicus venter på sin Newton

Oppsummert må det sies at det vitenskapelige konseptet om Jorden som et integrert levende system, en levende superorganisme, har blitt utviklet av naturalistiske forskere og tenkere siden 1700-tallet. Dette emnet ble diskutert av faren til moderne geologi og geokronologi James Hutton, naturforsker som ga verden begrepet "biologi" Jean-Baptiste Lamarck, naturforsker og reisende, en av grunnleggerne av geografi som en uavhengig vitenskap, Alexander von Humboldt.

På XX århundre ble ideen utviklet i et vitenskapelig fundert konsept av biosfæren til den fremragende russiske og sovjetiske vitenskapsmannen og tenkeren Vladimir Ivanovich Vernadsky. I sin vitenskapelige og teoretiske del ligner konseptet Gaia på "Biosfæren". Men på 70-tallet av forrige århundre var Lovelock ennå ikke kjent med verkene til Vernadsky. På den tiden var det ingen vellykkede oversettelser av arbeidet hans til engelsk: som Lovelock sa det, er engelsktalende forskere tradisjonelt "døve" for å jobbe på andre språk.

Lovelock, som sin mangeårige kollega Lynn Margulis, insisterer ikke lenger på at Gaia er en superorganisme. I dag erkjenner han at begrepet "organisme" på mange måter bare er en nyttig metafor.

Charles Darwins konsept om «kamp for å overleve» kan imidlertid betraktes som en metafor med samme grunn. Samtidig hindret ikke dette den darwinistiske teorien i å erobre verden. Metaforer som disse kan stimulere vitenskapelig tankegang, flytte oss lenger og lenger langs kunnskapens vei.

I dag har Gaia-hypotesen blitt en drivkraft for utviklingen av en moderne versjon av jordens systemiske organismevitenskap - geofysiologi. Kanskje vil det over tid bli den syntetiske biosfærevitenskapen som Vernadsky en gang drømte om å skape. Nå er den på vei til å bli og forvandle seg til et tradisjonelt, allment anerkjent kunnskapsfelt.

Det er ingen tilfeldighet at den eminente britiske evolusjonsbiologen William Hamilton - mentor til en av de mest desperate kritikerne av teorien, Richard Dawkins, og forfatteren av uttrykket "det egoistiske genet" brukt av sistnevnte i tittelen på boken hans - kalt James Lovelock "Copernicus venter på sin Newton".