Zemlja je kao živi organizam! Hipoteza naučnika Jamesa Lovelocka

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Naša planeta je jedinstvena. Kao što se svako od nas razlikuje od kamenih statua rimskih bogova, tako se Zemlja razlikuje od Marsa, Venere i drugih poznatih planeta. Ispričajmo priču o jednoj od, možda, najnevjerovatnijih i najkontroverznijih hipoteza našeg vremena - hipotezi Geje, koja nas poziva da Zemlju pogledamo kao živi organizam.

Zemlja je naš "pametni dom"

James Ephraim Lovelock je prošlog ljeta proslavio stogodišnjicu. Naučnik, pronalazač, inženjer, nezavisni mislilac, osoba poznata ne toliko po svojim izumima koliko po neverovatnoj pretpostavci da je Zemlja samoregulišući superorganizam koji je tokom većeg dela svoje istorije, poslednje tri milijarde godina, održavao povoljne uslove. za zivot na povrsini…

Nazvana po Geji - boginji starogrčke mitologije, koja personificira Zemlju - hipoteza, za razliku od tradicionalnih znanosti, sugerira da se globalni ekosistem planete ponaša kao biološki organizam, a ne kao neživi objekt kontroliran geološkim procesima.

Za razliku od tradicionalnih nauka o Zemlji, Lovelock predlaže da se planeta posmatra ne kao skup odvojenih sistema - atmosfere, litosfere, hidrosfere i biosfere - već kao jedinstven sistem, gdje svaka od njegovih komponenti, razvijajući se i mijenjajući, utiče na razvoj ostalih komponenti. Štaviše, ovaj sistem je samoregulirajući i, kao i živi organizmi, ima mehanizme inverznog odnosa. Za razliku od drugih poznatih planeta, korištenjem inverznih odnosa između živog i neživog svijeta, Zemlja održava svoje klimatske i ekološke parametre kako bi ostala povoljan dom za živa bića.

Od samog trenutka kada se pojavila, ova ideja je s pravom bila kritizirana i nije prihvaćena od strane naučne zajednice, što je, međutim, ne sprječava da uzbudi maštu i okupi brojne pristalice širom svijeta. Uprkos stogodišnjici, Lovelock sada, kao i većinu svog dugog života, ostajući na udaru kritika, nastavlja da brani teoriju, modifikuje je i komplikuje, nastavlja da radi i bavi se naučnim aktivnostima.

Ima li života na Marsu

Ali prije nego što je skrenuo pažnju na život na Zemlji, James Lovelock je bio zauzet traženjem života na Marsu. Godine 1961, samo četiri godine nakon što je SSSR lansirao prvi vještački satelit naše planete u svemir, Lovelock je pozvan da radi u NASA-i.

U okviru programa Viking, agencija je planirala da pošalje dvije sonde na Mars kako bi proučavali planetu, a posebno traženje tragova vitalne aktivnosti mikroorganizama u njegovom tlu. Upravo je uređaje za otkrivanje života, koji su trebali biti instalirani na sondama, naučnik razvio radeći u Pasadeni, u Laboratoriji za mlazni pogon, istraživačkom centru koji kreira i održava svemirske letjelice za NASA-u. Inače, bukvalno je radio rame uz rame - u istoj kancelariji - sa poznatim astrofizičarem i popularizatorom nauke Karlom Saganom.

Njegov posao nije bio isključivo inženjering. Uz njega su radili biolozi, fizičari i hemičari. To mu je omogućilo da bezglavo zaroni u eksperimente kako bi pronašao načine da otkrije život i sagleda problem sa svih strana.

Kao rezultat toga, Lovelock se zapitao: "Da sam i ja na Marsu, kako bih shvatio da na Zemlji postoji život?" A on je odgovorio: "Prema njenoj atmosferi, koja prkosi svim prirodnim očekivanjima."Slobodni kiseonik čini 20 posto atmosfere planete, dok zakoni hemije kažu da je kiseonik veoma reaktivan gas – i sav mora biti vezan u raznim mineralima i stenama.

Lovelock je zaključio da je život – mikrobi, biljke i životinje, koji neprestano metaboliziraju materiju u energiju, pretvaraju sunčevu svjetlost u hranjive tvari, oslobađaju i upijaju plin – ono što Zemljinu atmosferu čini onakvom kakva jeste. Nasuprot tome, atmosfera Marsa je praktički mrtva i u niskoenergetskoj ravnoteži bez gotovo nikakvih kemijskih reakcija.

U januaru 1965. Lovelock je pozvan na ključni sastanak o potrazi za životom na Marsu. Pripremajući se za važan događaj, naučnik je pročitao kratku knjigu Erwina Schrödingera "Šta je život". Taj isti Schrödinger - teorijski fizičar, jedan od osnivača kvantne mehanike i autor poznatog misaonog eksperimenta. Ovim radom fizičar je dao doprinos biologiji. Posljednja dva poglavlja knjige sadrže Schrödingerova razmišljanja o prirodi života.

Schrödinger je polazio od pretpostavke da živi organizam u procesu postojanja kontinuirano povećava svoju entropiju - ili, drugim riječima, proizvodi pozitivnu entropiju. On uvodi koncept negativne entropije, koju živi organizmi moraju primiti iz okolnog svijeta kako bi kompenzirali rast pozitivne entropije, što dovodi do termodinamičke ravnoteže, a time i smrti. U jednostavnom smislu, entropija je haos, samouništenje i samouništenje. Negativna entropija je ono što tijelo jede. Prema Schrödingeru, ovo je jedna od glavnih razlika između života i nežive prirode. Živi sistem mora da izvozi entropiju da bi sopstvenu entropiju održao niskom.

Ova knjiga inspirisala je Lovelocka da se zapita: "Zar ne bi bilo lakše tražiti život na Marsu, tražeći nisku entropiju kao planetarno svojstvo, nego zariti se u regolit u potrazi za marsovskim organizmima?" U ovom slučaju, jednostavna analiza atmosfere pomoću plinskog hromatografa je dovoljna da se pronađe niska entropija. Stoga je naučnik preporučio NASA-i da uštedi novac i otkaže misiju Viking.

Do zvijezda

James Lovelock rođen je 26. jula 1919. u Letchworthu, malom gradu u Hertfordshireu na jugoistoku Engleske. Ovaj grad, sagrađen 1903. godine na 60 kilometara od Londona i dio njegovog zelenog pojasa, bio je prvo naselje u Velikoj Britaniji, osnovano u skladu sa urbanističkim konceptom „grada vrta“. Početkom prošlog veka, ideja je koja je zaokupila mnoge zemlje o megagradima budućnosti, koji će kombinovati najbolja svojstva grada i sela. Džejms je rođen u radničkoj porodici, njegovi roditelji nisu imali obrazovanje, ali su učinili sve da njihov sin to dobije.

Godine 1941. Lovelock je diplomirao na Univerzitetu u Manchesteru - jednom od vodećih britanskih univerziteta među poznatim "Red Brick Universities". Tamo je studirao kod profesora Aleksandra Toda, izvanrednog engleskog organskog hemičara, dobitnika Nobelove nagrade za proučavanje nukleotida i nukleinskih kiselina.

Godine 1948. Lovelock je doktorirao na Londonskom institutu za higijenu i tropsku medicinu. Tokom ovog perioda svog života, mladi naučnik se bavi medicinskim istraživanjima i izmišlja uređaje neophodne za ove eksperimente.

Lovelock se odlikovao vrlo humanim odnosom prema laboratorijskim životinjama - do te mjere da je bio spreman provoditi eksperimente na sebi. U jednoj od svojih studija, Lovelock i drugi naučnici tražili su uzrok oštećenja živih ćelija i tkiva tokom promrzlina. Pokusne životinje - hrčci na kojima je eksperiment izveden - trebalo je zamrznuti, a zatim zagrijati i vratiti u život.

Ali ako je proces smrzavanja bio relativno bezbolan za životinje, onda je odmrzavanje sugeriralo da glodavci moraju staviti vruće žlice na prsa kako bi zagrijali svoja srca i prisilili krv da cirkulira tijelom. Bio je to izuzetno bolan postupak. Ali za razliku od Lovelocka, njegovim kolegama biolozima nije bilo žao laboratorijskih glodara.

Tada je naučnik izumio uređaj koji je imao gotovo sve što se može očekivati od obične mikrotalasne pećnice - u stvari, to je bilo to. Mogli ste tamo staviti smrznutog hrčka, postaviti tajmer i nakon određenog vremena on se probudio. Jednog dana, iz radoznalosti, Lovelock je na isti način zagrijao svoj ručak. Međutim, nije razmišljao da na vrijeme dobije patent za svoj izum.

Godine 1957. Lovelock izume detektor za hvatanje elektrona, izuzetno osjetljiv uređaj koji je napravio revoluciju u mjerenju ultra-niskih koncentracija plinova u atmosferi i, posebno, u detekciji kemijskih spojeva koji predstavljaju prijetnju okolišu.

Kasnih 1950-ih, uređaj je korišten da se pokaže da je atmosfera planete puna ostataka pesticida DDT (dihlorodifeniltrikloretan). Ovaj izuzetno efikasan i lako dostupan pesticid se široko koristi od Drugog svetskog rata. Za otkriće njegovih jedinstvenih svojstava, švicarski hemičar Paul Müller dobio je Nobelovu nagradu za medicinu 1948. godine. Ova nagrada nije dodijeljena samo za spašene usjeve, već i za milione spašenih života: DDT je korišten tokom rata u borbi protiv malarije i tifusa među civilima i vojnim osobljem.

Tek krajem 50-ih je prisustvo opasnog pesticida otkriveno gotovo svuda na Zemlji - od jetre pingvina na Antarktiku do majčinog mlijeka dojilja u Sjedinjenim Državama.

Detektor je dao tačne podatke za knjigu "Tiho proljeće" iz 1962. godine, koju je napisala američka ekologinja Rachel Carson, koja je pokrenula međunarodnu kampanju za zabranu upotrebe DDT-a. U knjizi se tvrdi da DDT i drugi pesticidi uzrokuju rak i da njihova upotreba u poljoprivredi predstavlja prijetnju divljim životinjama, posebno pticama. Publikacija je bila značajan događaj u ekološkom pokretu i izazvala je široku javnost negodovanja, što je na kraju dovelo do zabrane poljoprivredne upotrebe DDT-a u Sjedinjenim Državama, a zatim i širom svijeta 1972. godine.

Nešto kasnije, nakon što je počeo raditi u NASA-i, Lovelock je otputovao na Antarktik i uz pomoć svog detektora otkrio sveprisutno prisustvo hlorofluorougljika - umjetnih plinova za koje se danas zna da oštećuju ozonski omotač stratosfere. Oba ova otkrića bila su izuzetno važna za ekološki pokret planete.

Dakle, kada je američka uprava za aeronautiku i svemir planirala svoje lunarne i planetarne misije do ranih 1960-ih i počela tražiti nekoga ko bi mogao stvoriti osjetljivu opremu koja bi se mogla poslati u svemir, okrenuli su se Lovelocku. Budući da je od djetinjstva bio fasciniran naučnom fantastikom, prihvatio je ponudu s oduševljenjem i, naravno, nije mogao odbiti.

Planete žive i mrtve

Rad u Laboratoriji za mlazni pogon pružio je Lovelocku odličnu priliku da dobije prve dokaze o prirodi Marsa i Venere koje su prenijele svemirske sonde. A to su, nesumnjivo, bile potpuno mrtve planete, zapanjujuće različite od našeg cvetajućeg i živog sveta.

Zemlja ima atmosferu koja je termodinamički nestabilna. Plinovi kao što su kisik, metan i ugljični dioksid proizvode se u velikim količinama, ali koegzistiraju u stabilnoj dinamičkoj ravnoteži.

Čudna i nestabilna atmosfera koju udišemo zahtijeva nešto na površini Zemlje što može kontinuirano sintetizirati ogromne količine ovih plinova, ali i istovremeno ih uklanjati iz atmosfere. Istovremeno, klima planete je prilično osjetljiva na obilje poliatomskih plinova kao što su metan i ugljični dioksid.

Lovelock postupno razvija ideju o regulatornoj ulozi takvih ciklusa tvari u prirodi - po analogiji s metaboličkim procesima u tijelu životinje. I zemaljski život je uključen u te procese, koji, prema Lovelockovoj teoriji, ne samo da sudjeluje u njima, već je naučio održavati potrebne uvjete postojanja za sebe, stupivši u neki oblik obostrano korisne suradnje s planetom.

I ako je u početku sve ovo bila čista nagađanja, onda je Lovelock 1971. godine imao priliku razgovarati o ovoj temi s izvanrednom biologom Lynn Margulis, kreatorom moderne verzije teorije simbiogeneze i prvom suprugom Carla Sagana.

Margulis je koautor hipoteze Gaje. Ona je sugerirala da bi mikroorganizmi trebali igrati povezujuću ulogu u polju interakcije između života i planete. Kao što je Lovelock primijetio u jednom od svojih intervjua, "Bilo bi pošteno reći da je stavila meso u kosti mog fiziološkog koncepta žive planete."

Zbog novosti koncepta i njegove neusklađenosti s tradicionalnim naukama, Lovelocku je trebao kratko i nezaboravno ime. Tada je, 1969. godine, prijatelj i komšija naučnika, fizičara i pisca, nobelovca, kao i autor romana Gospodar muva, William Golding, predložio da se ova ideja nazove Gaia - u čast starogrčka boginja Zemlje.

Kako radi

Prema Lovelockovom konceptu, evolucija života, odnosno ukupnosti svih bioloških organizama na planeti, toliko je usko povezana s evolucijom njihovog fizičkog okruženja na globalnoj razini da zajedno čine jedan sistem koji se samorazvija sa sobom. -regulatorna svojstva slična fiziološkim svojstvima živog organizma.

Život se ne prilagođava samo planeti: on je mijenja za svoje potrebe. Evolucija je ples u paru u kojem se vrti sve živo i neživo. Iz ovog plesa proizlazi suština Geje.

Lovelock uvodi koncept geofiziologije, koji podrazumijeva sistemski pristup naukama o Zemlji. Geofiziologija je predstavljena kao sintetička nauka o Zemlji koja proučava svojstva i razvoj integralnog sistema čije su usko povezane komponente biota, atmosfera, okeani i zemljina kora.

Njegovi zadaci uključuju traženje i proučavanje mehanizama samoregulacije na planetarnom nivou. Geofiziologija ima za cilj da uspostavi veze između cikličkih procesa na ćelijsko-molekularnom nivou sa sličnim procesima na drugim srodnim nivoima, kao što su organizam, ekosistemi i planeta u celini.

Godine 1971. sugerirano je da su živi organizmi sposobni proizvoditi tvari koje imaju regulatorni značaj za klimu. To je potvrđeno kada je 1973. godine otkrivena emisija dimetil sulfida iz umirućih planktonskih organizama.

Kapljice dimetil sulfida, ulazeći u atmosferu, služe kao jezgra kondenzacije vodene pare, uzrokujući stvaranje oblaka. Gustoća i površina oblačnog pokrivača značajno utječu na albedo naše planete - njegovu sposobnost da reflektira sunčevo zračenje.

U isto vrijeme, padajući na zemlju zajedno s kišom, ova jedinjenja sumpora potiču rast biljaka, što zauzvrat ubrzava ispiranje stijena. Biogeni koji nastaju kao rezultat ispiranja se ispiru u rijeke i na kraju završavaju u okeanima, podstičući rast planktonskih algi.

Ciklus putovanja dimetil sulfida je zatvoren. U prilog tome, 1990. godine ustanovljeno je da je oblačnost iznad okeana u korelaciji sa distribucijom planktona.

Prema Lovelocku, danas, kada je atmosfera pregrijana kao rezultat ljudske aktivnosti, biogeni mehanizam regulacije naoblake postaje izuzetno važan.

Drugi regulatorni element Gaie je ugljični dioksid, koji geofiziologija smatra ključnim metaboličkim plinom. Klima, rast biljaka i proizvodnja slobodnog atmosferskog kisika zavise od njegove koncentracije. Što se više ugljika skladišti, to se više kisika oslobađa u atmosferu.

Kontrolom koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi, biota na taj način regulira prosječnu temperaturu planete. Godine 1981. sugerirano je da se takva samoregulacija odvija putem biogenog poboljšanja procesa trošenja stijena.

Lovelock upoređuje poteškoće u razumijevanju procesa koji se dešavaju na planeti sa poteškoćama u razumijevanju ekonomije. Ekonomista iz 18. vijeka Adam Smith najpoznatiji je po uvođenju koncepta “nevidljive ruke” u nauku, zbog čega neobuzdani komercijalni lični interesi nekako rade za opšte dobro.

Isto je i sa planetom, kaže Lovelock: kada je "sazrela", počela je da održava uslove pogodne za postojanje života, a "nevidljiva ruka" je bila u stanju da različite interese organizama usmeri ka zajedničkom cilju održavanja ovim uslovima.

Darwin protiv Lovelocka

Objavljen 1979. godine, Gaia: Novi pogled na život na Zemlji postao je bestseler. Dobro su ga prihvatili ekolozi, ali ne i naučnici, od kojih je većina odbacila ideje koje sadrži.

Poznati kritičar kreacionizma i inteligentnog dizajna, profesor na Univerzitetu u Oksfordu i autor Sebičnog gena, Richard Dawkins, osudio je Gajinu teoriju kao "duboko pogrešnu" jeres protiv osnovnog načela darvinističke prirodne selekcije: "najsposobniji preživljava". Ipak, zato što Gejina teorija kaže da se životinje, biljke i mikroorganizmi ne samo takmiče, već i sarađuju u održavanju životne sredine.

Kada se o Gejinoj teoriji prvi put raspravljalo, darvinistički biolozi bili su među njenim najžešćim protivnicima. Oni su tvrdili da se saradnja neophodna za samoregulaciju Zemlje nikada ne može kombinovati sa nadmetanjem neophodnim za prirodnu selekciju.

Osim same suštine, nezadovoljstvo je izazvalo i ime, preuzeto iz mitologije. Sve je to izgledalo kao nova religija, u kojoj je sama Zemlja postala predmet oboženja. Talentovani polemičar Richard Dawkins osporio je Lovelockovu teoriju s istom energijom koju je kasnije koristio u odnosu na koncept postojanja Boga.

Lovelock je nastavio pobijati njihovu kritiku dokazima o samoregulaciji prikupljenim iz njegovih istraživanja i matematičkih modela koji su ilustrirali kako funkcionira samoregulacija planetarne klime. Gejina teorija je fiziološki pogled na Zemljin sistem odozgo prema dolje. Ona gleda na Zemlju kao na dinamičku planetu i objašnjava zašto se toliko razlikuje od Marsa ili Venere.

Kritike su se uglavnom zasnivale na pogrešnom shvatanju da je nova hipoteza antidarvinistička.

"Prirodna selekcija favorizira pojačivače", rekao je Lovelock. Njegova teorija samo detaljno opisuje Darwinovu teoriju, implicirajući da priroda favorizira organizme koji ostavljaju okolinu u boljem stanju kako bi potomci mogli preživjeti.

One vrste živih bića koje negativno utječu na okoliš, čine ga manje pogodnim za potomstvo i na kraju će biti protjerane sa planete - kao i slabije, evolucijski neprilagođene vrste, tvrdio je Lovelock.

Kopernik čeka svog Njutna

Sumirajući, mora se reći da su naučni koncept Zemlje kao integralnog živog sistema, živog superorganizma razvijali prirodoslovci i mislioci još od 18. veka. O ovoj temi govorio je otac moderne geologije i geohronologije Džejms Haton, prirodnjak koji je svetu dao termin "biologija" Jean-Baptiste Lamarck, prirodnjak i putnik, jedan od osnivača geografije kao samostalne nauke, Alexander von Humboldt.

U XX veku, ideja je razvijena u naučno utemeljenom konceptu biosfere istaknutog ruskog i sovjetskog naučnika i mislioca Vladimira Ivanoviča Vernadskog. U svom naučnom i teorijskom dijelu koncept Geje je sličan "biosferi". Međutim, 70-ih godina prošlog stoljeća, Lovelock još nije bio upoznat sa radovima Vernadskog. U to vrijeme nije bilo uspješnih prijevoda njegovog rada na engleski: kako je to rekao Lovelock, naučnici koji govore engleski su tradicionalno "gluvi" za rad na drugim jezicima.

Lovelock, kao i njegova dugogodišnja kolegica Lynn Margulis, više ne insistira na tome da je Gaia superorganizam. Danas on prepoznaje da je, na mnogo načina, njegov izraz "organizam" samo korisna metafora.

Međutim, koncept "borbe za opstanak" Charlesa Darwina može se smatrati metaforom iz istog razloga. U isto vrijeme, to nije spriječilo darvinističku teoriju da osvoji svijet. Ovakve metafore mogu potaknuti naučnu misao, pomičući nas sve dalje i dalje na putu znanja.

Danas je hipoteza o Gaii postala poticaj za razvoj moderne verzije sistemske nauke o organizmima o Zemlji - geofiziologije. Možda će s vremenom postati sintetička nauka o biosferi koju je Vernadsky jednom sanjao da stvori. Sada je na putu da postane i transformiše se u tradicionalno, opštepriznato polje znanja.

Nije slučajno da je eminentni britanski evolucijski biolog William Hamilton - mentor jednog od najočajnijih kritičara teorije Richarda Dawkinsa i autor fraze "sebični gen" koju je potonji koristio u naslovu svoje knjige. - nazvao je James Lovelock "Kopernik čeka svog Njutna".