A föld olyan, mint egy élő szervezet! James Lovelock tudós hipotézise

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Bolygónk egyedülálló. Ahogyan mindegyikünk különbözik a római istenek kőszobraitól, úgy a Föld is különbözik a Marstól, a Vénusztól és más ismert bolygóktól. Mondjuk el korunk egyik, talán legcsodálatosabb és legvitatottabb hipotézisének történetét, a Gaia-hipotézist, amely arra hív minket, hogy a Földet élő szervezetként tekintsük.

A Föld a mi "okos otthonunk"

James Ephraim Lovelock tavaly nyáron ünnepelte századik évfordulóját. Tudós, feltaláló, mérnök, független gondolkodó, olyan személy, akit nem annyira találmányairól, mint inkább arról a csodálatos feltételezésről ismernek, hogy a Föld önszabályozó szuperorganizmus, amely történelmének nagy részében, az elmúlt hárommilliárd év során kedvező körülményeket tartott fenn. a felszíni életért…

Gaiáról - az ókori görög mitológia istennőjéről, a Földet megtestesítő istennőről nevezték el - a hipotézis a hagyományos tudományokkal ellentétben azt sugallja, hogy a bolygó globális ökoszisztémája biológiai szervezetként viselkedik, nem pedig geológiai folyamatok által irányított élettelen objektumként.

A hagyományos földtudományokkal ellentétben Lovelock azt javasolja, hogy a bolygót ne különálló rendszerek - légkör, litoszféra, hidroszféra és bioszféra - halmazának tekintsék, hanem egyetlen rendszernek, ahol minden alkotóeleme, fejlődve és változóban, befolyásolja a fejlődést. egyéb összetevőkről. Ráadásul ez a rendszer önszabályozó, és az élő szervezetekhez hasonlóan fordított kapcsolati mechanizmusokkal rendelkezik. Más ismert bolygókkal ellentétben a Föld az élő és az élettelen világ közötti inverz összefüggések felhasználásával fenntartja éghajlati és környezeti paramétereit, hogy az élőlények számára kedvező otthon maradhasson.

Ezt az ötletet megjelenése pillanatától kezdve joggal kritizálták, és a tudományos közösség nem fogadta el, ami azonban nem akadályozza meg abban, hogy megmozgassa a fantáziát és sok támogatót gyűjtsön szerte a világon. A századik évforduló ellenére Lovelock, hosszú életének nagy részéhez hasonlóan, a kritika tüze alatt maradva továbbra is védelmezi az elméletet, módosítja és bonyolítja azt, továbbra is dolgozik és tudományos tevékenységet folytat.

Van élet a Marson?

Mielőtt azonban a földi életre fordította volna figyelmét, James Lovelock a Marson keresett életet. 1961-ben, mindössze négy évvel azután, hogy a Szovjetunió felbocsátotta bolygónk első mesterséges műholdját az űrbe, Lovelockot meghívták a NASA-hoz.

A Viking program részeként az ügynökség azt tervezte, hogy két szondát küldenek a Marsra, hogy tanulmányozzák a bolygót, és különösen a mikroorganizmusok létfontosságú tevékenységének nyomait keressék a talajban. A szondák fedélzetére állítólagos életfelderítő eszközöket fejlesztette ki a tudós Pasadenában, a Jet Propulsion Laboratoryban, a NASA számára űrhajókat készítő és karbantartó kutatóközpontban. Egyébként szó szerint együtt dolgozott - ugyanabban az irodában - a híres asztrofizikussal és a tudomány népszerűsítőjével, Karl Sagannal.

A munkája nem pusztán mérnöki tevékenység volt. Biológusok, fizikusok és vegyészek dolgoztak mellette. Ez lehetővé tette számára, hogy fejest ugorjon a kísérletekbe, hogy megtalálja a módját az élet felfedezésének és a probléma minden oldalról történő szemlélésének.

Ennek eredményeként Lovelock feltette magának a kérdést: "Ha én magam a Marson lennék, hogyan tudnám megérteni, hogy van élet a Földön?" Ő pedig így válaszolt: "A légköre szerint, amely minden természetes elvárásnak dacára esik."A szabad oxigén a bolygó légkörének 20 százalékát teszi ki, míg a kémia törvényei szerint az oxigén nagyon reaktív gáz – és mindezt különféle ásványokban és kőzetekben kell megkötni.

Lovelock arra a következtetésre jutott, hogy az élet – mikrobák, növények és állatok, amelyek folyamatosan energiává alakítják az anyagot, a napfényt tápanyaggá alakítják, gázokat bocsátanak ki és elnyelnek – az, ami a Föld légkörét olyanná teszi, amilyen. Ezzel szemben a marsi légkör gyakorlatilag halott, és alacsony energiájú egyensúlyban van, szinte kémiai reakciók nélkül.

1965 januárjában Lovelockot meghívták egy kulcsfontosságú találkozóra, amely a marsi élet keresésével foglalkozott. Egy fontos eseményre készülve a tudós elolvasta Erwin Schrödinger „Mi az élet” című rövid könyvét. Ugyanez Schrödinger - elméleti fizikus, a kvantummechanika egyik alapítója és a jól ismert gondolatkísérlet szerzője. Ezzel a munkával a fizikus hozzájárult a biológiához. A könyv utolsó két fejezete Schrödinger elmélkedéseit tartalmazza az élet természetéről.

Schrödinger abból a feltevésből indult ki, hogy egy élő szervezet a létezés folyamatában folyamatosan növeli entrópiáját – vagy más szóval pozitív entrópiát hoz létre. Bevezeti a negatív entrópia fogalmát, amelyet az élő szervezeteknek meg kell kapniuk a környező világtól, hogy kompenzálják a pozitív entrópia növekedését, ami termodinamikai egyensúlyhoz, tehát halálhoz vezet. Egyszerű értelemben az entrópia káosz, önpusztítás és önpusztítás. A negatív entrópia az, amit a test megeszik. Schrödinger szerint ez az egyik fő különbség az élet és az élettelen természet között. Egy élő rendszernek entrópiát kell exportálnia, hogy saját entrópiáját alacsonyan tartsa.

Ez a könyv arra inspirálta Lovelockot, hogy megkérdezze: "Nem lenne egyszerűbb életet keresni a Marson, alacsony entrópiát keresve, mint bolygótulajdonságot, mint beásni a regolitba marsi organizmusok után kutatni?" Ebben az esetben egy egyszerű légköri elemzés gázkromatográf segítségével elegendő az alacsony entrópia meghatározásához. Ezért a tudós azt javasolta a NASA-nak, hogy takarítson meg pénzt, és mondja le a Viking küldetést.

A csillagokig

James Lovelock 1919. július 26-án született Letchworthben, a délkelet-angliai Hertfordshire-i kisvárosban. Ez a város, amely 1903-ban épült Londontól 60 kilométerre, és a zöldövezet része, volt az első település az Egyesült Királyságban, amelyet a "kertváros" városi koncepciója szerint alapítottak. A múlt század elején sok országot megragadt a gondolat a jövő megavárosairól, amelyek egy város és egy falu legjobb tulajdonságait egyesítenék. James munkáscsaládba született, szülei nem tanultak, de mindent megtettek azért, hogy fiuk megkapja.

1941-ben Lovelock a Manchesteri Egyetemen szerzett diplomát, amely az egyik vezető brit egyetem a híres "vörös tégla egyetemek" közül. Ott tanult Alexander Todd professzornál, egy kiváló angol szerves kémikusnál, aki a nukleotidok és nukleinsavak kutatásáért Nobel-díjas.

1948-ban Lovelock a londoni higiéniai és trópusi orvostudományi intézetben diplomázott. Életének ebben az időszakában a fiatal tudós orvosi kutatásokkal foglalkozik, és feltalálja az ezekhez a kísérletekhez szükséges eszközöket.

Lovelockot a laboratóriumi állatokkal szembeni nagyon humánus hozzáállás jellemezte - olyan mértékben, hogy készen állt kísérleteket végezni önmagán. Lovelock és más tudósok egyik tanulmányában az élő sejtek és szövetek fagyhalál során bekövetkező károsodásának okát keresték. A kísérleti állatokat - a hörcsögöket, amelyeken a kísérletet végezték - le kellett fagyasztani, majd felmelegíteni és újra életre kelteni.

De ha a fagyasztási eljárás viszonylag fájdalommentes volt az állatok számára, akkor a leolvasztás azt sugallta, hogy a rágcsálóknak forró evőkanálokat kellett a mellkasukra tenniük, hogy felmelegítsék szívüket, és a vér keringésére kényszerítsék a testet. Rendkívül fájdalmas eljárás volt. De Lovelockkal ellentétben biológus társai nem sajnálták a laboratóriumi rágcsálókat.

Aztán a tudós feltalált egy olyan eszközt, amelyben szinte minden megtalálható, ami egy közönséges mikrohullámú sütőtől elvárható - valójában ez volt az. Oda lehetett tenni egy fagyott hörcsögöt, beállítani az időzítőt, és egy meghatározott idő után felébredt. Egy nap, kíváncsiságból, Lovelock ugyanúgy felmelegítette az ebédjét. Arra azonban nem gondolt, hogy időben szabadalmat szerezzen találmányára.

1957-ben Lovelock feltalálja az elektronbefogó detektort, egy rendkívül érzékeny eszközt, amely forradalmasította a légkör ultraalacsony gázkoncentrációinak mérését, és különösen a környezetre veszélyt jelentő kémiai vegyületek kimutatását.

Az 1950-es évek végén a készüléket annak demonstrálására használták, hogy a bolygó légköre tele van a DDT (diklór-difenil-triklór-etán) növényvédő szer maradékaival. Ezt a rendkívül hatékony és könnyen beszerezhető növényvédő szert a második világháború óta széles körben alkalmazzák. Egyedülálló tulajdonságainak felfedezéséért Paul Müller svájci kémikus 1948-ban orvosi Nobel-díjat kapott. Ezt a díjat nemcsak a megmentett termésekért, hanem a több millió megmentett életért is odaítélték: a DDT-t a háború alatt a malária és a tífusz leküzdésére használták civilek és katonai személyzet körében.

Csak az 50-es évek végén fedezték fel a veszélyes növényvédő szer jelenlétét a Földön szinte mindenütt – az Antarktiszon élő pingvinmájtól az Egyesült Államokban élő szoptatós anyák anyatejéig.

A detektor pontos adatokat szolgáltatott az 1962-ben megjelent, Rachel Carson amerikai ökológus "Csendes tavasz" című könyvéhez, amely elindította a nemzetközi kampányt a DDT használatának betiltására. A könyv azzal érvelt, hogy a DDT és más peszticidek rákot okoztak, és hogy mezőgazdasági felhasználásuk veszélyt jelent a vadon élő állatokra, különösen a madarakra. A kiadvány mérföldkőnek számított a környezetvédelmi mozgalomban, és széles közfelháborodást váltott ki, ami végül a DDT mezőgazdasági felhasználásának betiltásához vezetett az Egyesült Államokban, majd az egész világon 1972-ben.

Kicsit később, miután megkezdte munkáját a NASA-nál, Lovelock az Antarktiszra utazott, és detektora segítségével felfedezte a klór-fluor-szénhidrogének – mesterséges gázok – mindenütt jelen lévő jelenlétét, amelyekről ma már tudjuk, hogy lebontják a sztratoszféra ózonrétegét. Mindkét felfedezés rendkívül fontos volt a bolygó környezetvédelmi mozgalma szempontjából.

Így amikor az Egyesült Államok Repülési és Űrhajózási Hatósága az 1960-as évek elejére megtervezte hold- és bolygóküldetéseit, és elkezdett keresni valakit, aki érzékeny, az űrbe küldhető berendezést tud létrehozni, Lovelockhoz fordultak. Mivel gyermekkora óta lenyűgözte a sci-fi, lelkesedéssel fogadta az ajánlatot, és természetesen nem tudta visszautasítani.

Élő és holt bolygók

A Jet Propulsion Laboratory-ban végzett munka kiváló lehetőséget nyújtott Lovelocknak, hogy megkapja a Mars és a Vénusz természetének első bizonyítékait, amelyeket űrszondák közvetítenek. És ezek kétségtelenül teljesen halott bolygók voltak, amelyek feltűnően különböztek virágzó és élő világunktól.

A Föld légköre termodinamikailag instabil. A gázok, például az oxigén, a metán és a szén-dioxid nagy mennyiségben keletkeznek, de stabil dinamikus egyensúlyban együtt léteznek.

Az általunk belélegzett furcsa és instabil légkör megkíván valamit a Föld felszínén, ami folyamatosan képes ezeket a gázokat hatalmas mennyiségben szintetizálni, és egyúttal eltávolítani a légkörből. Ugyanakkor a bolygó klímája meglehetősen érzékeny a sok többatomos gázra, például a metánra és a szén-dioxidra.

Lovelock fokozatosan kialakítja az ilyen anyagciklusok szabályozó szerepét a természetben - az állat testében zajló anyagcsere-folyamatokhoz hasonlóan. És ezekben a folyamatokban részt vesz a földi élet, amely Lovelock elmélete szerint nemcsak részt vesz bennük, hanem megtanulta fenntartani magának a szükséges létfeltételeket, miután valamilyen kölcsönösen előnyös együttműködést kötött a bolygóval.

És ha eleinte mindez puszta spekuláció volt, akkor 1971-ben Lovelocknak lehetősége nyílt megvitatni ezt a témát Lynn Margulis kiváló biológussal, a szimbiogenezis elmélet modern változatának megalkotójával és Carl Sagan első feleségével.

Margulis társszerzője volt a Gaia-hipotézisnek. Azt javasolta, hogy a mikroorganizmusoknak összekötő szerepet kell játszaniuk az élet és a bolygó közötti kölcsönhatás terén. Ahogy Lovelock az egyik interjújában megjegyezte: "Jó lenne azt mondani, hogy húst tett az élő bolygóról alkotott fiziológiai elképzelésem csontjaiba."

A koncepció újszerűsége és a hagyományos tudományokkal való összeegyeztethetetlensége miatt Lovelocknak rövid és emlékezetes névre volt szüksége. Ekkor, 1969-ben a Nobel-díjas tudós, fizikus és író barátja és szomszédja, valamint a Legyek ura című regény szerzője, William Golding javasolta, hogy ezt a gondolatot Gaiának nevezzék – a a Föld ókori görög istennője.

Hogyan működik

Lovelock felfogása szerint az élet evolúciója, vagyis a bolygó összes biológiai organizmusának összessége olyan szorosan összefügg fizikai környezetük globális léptékű evolúciójával, hogy együtt egyetlen önfejlesztő rendszert alkotnak önmagával. -az élő szervezet élettani tulajdonságaihoz hasonló szabályozó tulajdonságok.

Az élet nem csak alkalmazkodik a bolygóhoz, hanem megváltoztatja azt saját céljai érdekében. Az evolúció egy páros tánc, amelyben minden élő és élettelen pörög. Ebből a táncból kirajzolódik Gaia esszenciája.

Lovelock bevezeti a geofiziológia fogalmát, amely a földtudományok rendszerszemléletű megközelítését jelenti. A geofiziológiát szintetikus földtudományként mutatják be, amely egy integrált rendszer tulajdonságait és fejlődését vizsgálja, amelynek szorosan összefüggő összetevői a biota, a légkör, az óceánok és a földkéreg.

Feladatai közé tartozik a bolygószintű önszabályozó mechanizmusok felkutatása és tanulmányozása. A geofiziológia célja, hogy kapcsolatot létesítsen a sejt-molekuláris szintű ciklikus folyamatok és más kapcsolódó szinteken zajló hasonló folyamatok között, mint például a szervezet, az ökoszisztémák és a bolygó egésze.

1971-ben felvetették, hogy az élő szervezetek képesek olyan anyagokat előállítani, amelyeknek szabályozói jelentősége van az éghajlat szempontjából. Ezt erősítették meg, amikor 1973-ban felfedezték a haldokló plankton szervezetekből származó dimetil-szulfid kibocsátását.

A légkörbe jutó dimetil-szulfid cseppek a vízgőz kondenzációs magjaként szolgálnak, felhőképződést okozva. A felhőtakaró sűrűsége és területe jelentősen befolyásolja bolygónk albedóját - a napsugárzás visszaverő képességét.

Ugyanakkor az esővel együtt a földre esve ezek a kénvegyületek elősegítik a növények növekedését, ami viszont felgyorsítja a kőzetek kimosódását. A kimosódás eredményeként keletkező biogének a folyókba mosódnak, és végül az óceánokba kerülnek, elősegítve a planktoni algák növekedését.

A dimetil-szulfid mozgási ciklusa zárt. Ennek alátámasztására 1990-ben megállapították, hogy az óceánok feletti felhőzet korrelál a plankton eloszlásával.

Lovelock szerint manapság, amikor az emberi tevékenység következtében túlmelegszik a légkör, rendkívül fontossá válik a felhőtakaró biogén szabályozási mechanizmusa.

A Gaia másik szabályozó eleme a szén-dioxid, amelyet a geofiziológia kulcsfontosságú anyagcseregáznak tekint. Koncentrációjától függ az éghajlat, a növények növekedése és a szabad légköri oxigén termelése. Minél több szén tárolódik, annál több oxigén kerül a légkörbe.

A légkör szén-dioxid-koncentrációjának szabályozásával a bióta szabályozza a bolygó átlaghőmérsékletét. 1981-ben felmerült, hogy az ilyen önszabályozás a kőzetek mállási folyamatának biogén fokozásán keresztül megy végbe.

Lovelock összehasonlítja a bolygón zajló folyamatok megértésének nehézségét a gazdaság megértésének nehézségeivel. A 18. századi közgazdász, Adam Smith legismertebb arról, hogy bevezette a „láthatatlan kéz” fogalmát a tudományosságba, amely a féktelen kereskedelmi önérdeket valamilyen módon a közjó érdekében teszi.

Ugyanez a helyzet a bolygóval, mondja Lovelock: amikor „beérett”, elkezdte fenntartani az élet létéhez megfelelő feltételeket, és a „láthatatlan kéz” képes volt az élőlények eltérő érdekeit a fenntartás közös ügyére irányítani. ezeket a feltételeket.

Darwin vs. Lovelock

Az 1979-ben megjelent Gaia: A New Look at Life on Earth bestseller lett. A környezetvédők jól fogadták, de a tudósok nem, a legtöbben elutasították a benne foglalt ötleteket.

A kreacionizmus és az intelligens tervezés neves kritikusa, az Oxfordi Egyetem professzora és Az önző gén szerzője, Richard Dawkins Gaia elméletét „mélyen hibás” eretnekségként ítélte el a darwini természetes kiválasztódás alaptétele ellen: „a legalkalmasabb marad életben”. Mégis, mert Gaia elmélete azt állítja, hogy az állatok, növények és mikroorganizmusok nemcsak versengenek, hanem együttműködnek is a környezet fenntartása érdekében.

Amikor Gaia elméletét először megvitatták, a darwini biológusok a leghevesebb ellenfelei közé tartoztak. Amellett érveltek, hogy a Föld önszabályozásához szükséges együttműködés soha nem párosítható a természetes kiválasztáshoz szükséges versengéssel.

A lényegen túl a mitológiából átvett név is elégedetlenséget keltett. Mindez egy új vallásnak tűnt, ahol maga a Föld lett az istenítés tárgya. A tehetséges polemikus Richard Dawkins ugyanazzal az energiával vitatta Lovelock elméletét, amelyet később az Isten létezésének fogalmával kapcsolatban használt.

Lovelock a továbbiakban az önszabályozásra vonatkozó kutatásaiból összegyűjtött bizonyítékokkal és matematikai modellekkel cáfolta kritikájukat, amelyek bemutatták a bolygók éghajlati önszabályozásának működését. Gaia elmélete a Föld rendszerének felülről lefelé irányuló, fiziológiai nézete. A Földet dinamikusan reagáló bolygónak tekinti, és elmagyarázza, miért különbözik annyira a Marstól vagy a Vénusztól.

A kritika főként azon a tévhiten alapult, hogy az új hipotézis Darwin-ellenes volt.

"A természetes szelekció előnyben részesíti a fokozókat" - mondta Lovelock. Elmélete csak részletezi Darwin elméletét, ami arra utal, hogy a természet olyan organizmusokat részesít előnyben, amelyek jobb formában hagyják el a környezetet, hogy az utódok túlélhessenek.

Azok az élőlények, amelyek negatívan hatnak a környezetre, kevésbé alkalmassá teszik azt az utókor számára, és végül kiszorulnak a bolygóról – csakúgy, mint a gyengébb, evolúciósan nem alkalmazkodó fajokat – érvelt Lovelock.

Kopernikusz Newtonjára vár

Összegezve elmondható, hogy a Földnek, mint integrált élő rendszernek, élő szuperorganizmusnak a tudományos felfogását a 18. századtól a naturalista tudósok és gondolkodók dolgozták ki. Ezt a témát a modern geológia és geokronológia atyja, James Hutton, természettudós, Jean-Baptiste Lamarck természettudós, természettudós és utazó, a földrajz mint önálló tudomány egyik megalapítója, a földrajz mint önálló tudomány egyik megalapítója tárgyalta.

A XX. században az ötletet a kiváló orosz és szovjet tudós és gondolkodó, Vlagyimir Ivanovics Vernadszkij bioszférájának tudományosan megalapozott koncepciójában dolgozták ki. Tudományos és elméleti részében a Gaia fogalma hasonló a „bioszférához”. A múlt század 70-es éveiben Lovelock azonban még nem ismerte Vernadsky műveit. Abban az időben még nem készültek sikeres fordítások angolra: ahogy Lovelock fogalmazott, az angolul beszélő tudósok hagyományosan "süketek" más nyelveken dolgozni.

Lovelock, akárcsak régi kollégája, Lynn Margulis, már nem ragaszkodik ahhoz, hogy Gaia szuperorganizmus. Ma már felismeri, hogy az „organizmus” kifejezés sok szempontból csak egy hasznos metafora.

Charles Darwin „küzdelem a túlélésért” koncepciója azonban ugyanezen okból metaforának tekinthető. Ugyanakkor ez nem akadályozta meg a darwini elméletet abban, hogy meghódítsa a világot. Az ehhez hasonló metaforák ösztönözhetik a tudományos gondolkodást, és egyre előrébb visznek bennünket a tudás útján.

Ma a Gaia-hipotézis lendületté vált a Föld szisztémás organizmustudományának modern változatának, a geofiziológiának a kidolgozásához. Talán idővel ez lesz az a szintetikus bioszféra-tudomány, amelynek létrehozásáról Vernadsky egykor álmodott. Most a hagyományos, általánosan elismert tudásterületté válás és átalakulás útján halad.

Nem véletlen, hogy a kiváló brit evolúcióbiológus, William Hamilton – az elmélet egyik legelkeseredettebb kritikusának, Richard Dawkinsnak a mentora, és az utóbbi által könyve címében használt „az önző gén” kifejezés szerzője. - James Lovelocknak nevezte: „Kopernikusz várja Newtonját”.