Pământul este ca un organism viu! Ipoteza savantului James Lovelock

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Planeta noastră este unică. Așa cum fiecare dintre noi este diferit de statuile de piatră ale zeilor romani, Pământul este diferit de Marte, Venus și alte planete cunoscute. Să spunem povestea uneia dintre, poate, cele mai uimitoare și controversate ipoteze ale timpului nostru - ipoteza Gaia, care ne invită să privim Pământul ca pe un organism viu.

Pământul este „casa noastră inteligentă”

James Ephraim Lovelock și-a sărbătorit centenarul vara trecută. Om de știință, inventator, inginer, gânditor independent, o persoană cunoscută nu atât pentru invențiile sale, cât pentru presupunerea uimitoare că Pământul este un superorganism autoreglabil care, în cea mai mare parte a istoriei sale, în ultimii trei miliarde de ani, a menținut condiții favorabile. pentru viata la suprafata…

Numită după Gaia - zeița mitologiei grecești antice, personificând Pământul - ipoteza, spre deosebire de științele tradiționale, sugerează că ecosistemul global al planetei se comportă ca un organism biologic și nu ca un obiect neînsuflețit controlat de procese geologice.

Spre deosebire de științele tradiționale ale pământului, Lovelock propune să considerăm planeta nu ca un set de sisteme separate - atmosfera, litosfera, hidrosfera și biosfera - ci ca un singur sistem, în care fiecare dintre componentele sale, în curs de dezvoltare și schimbare, influențează dezvoltarea. a altor componente. Mai mult, acest sistem este autoreglabil și, ca și organismele vii, are mecanisme de relație inversă. Spre deosebire de alte planete cunoscute, prin utilizarea unor relații inverse între lumea vie și cea neînsuflețită, Pământul își menține parametrii climatici și de mediu pentru a rămâne o casă favorabilă ființelor vii.

Încă din momentul apariției, această idee a fost pe bună dreptate criticată și nu a fost acceptată de comunitatea științifică, ceea ce nu o împiedică, totuși, să entuziasmeze imaginația și să adune mulți susținători în întreaga lume. În ciuda centenarului, Lovelock acum, la fel ca cea mai mare parte a vieții sale lungi, rămânând sub focul criticii, continuă să apere teoria, o modifică și o complică, continuă să lucreze și să se angajeze în activități științifice.

Există viață pe Marte?

Dar înainte de a-și îndrepta atenția către viața de pe Pământ, James Lovelock era ocupat să caute viață pe Marte. În 1961, la doar patru ani după ce URSS a lansat primul satelit artificial al planetei noastre în spațiu, Lovelock a fost invitat să lucreze la NASA.

Ca parte a programului Viking, agenția plănuia să trimită două sonde pe Marte pentru a studia planeta și, în special, pentru a căuta urme ale activității vitale a microorganismelor din solul său. Dispozitivele de detectare a vieții, care trebuiau instalate la bordul sondelor, au fost dezvoltate de omul de știință, lucrând la Pasadena, la Jet Propulsion Laboratory, un centru de cercetare care creează și întreține nave spațiale pentru NASA. Apropo, a lucrat literalmente cot la cot - în același birou - cu celebrul astrofizician și popularizator al științei Karl Sagan.

Meseria lui nu era pur inginerie. Alături de el au lucrat biologi, fizicieni și chimiști. Acest lucru i-a permis să se scufunde cu capul înainte în experimente pentru a găsi modalități de a detecta viața și de a privi problema din toate părțile.

Drept urmare, Lovelock s-a întrebat: „Dacă eu însumi aș fi pe Marte, cum aș putea înțelege că există viață pe Pământ?” Și el a răspuns: „După atmosfera ei, care sfidează orice așteptări firești”. Oxigenul liber reprezintă 20 la sută din atmosfera planetei, în timp ce legile chimiei spun că oxigenul este un gaz extrem de reactiv - și tot el trebuie să fie legat în diferite minerale și roci.

Lovelock a concluzionat că viața - microbii, plantele și animalele, care metabolizează constant materia în energie, transformă lumina soarelui în nutrienți, eliberează și absorb gaze - este ceea ce face atmosfera Pământului ceea ce este. În schimb, atmosfera marțiană este practic moartă și în echilibru cu energie scăzută, aproape fără reacții chimice.

În ianuarie 1965, Lovelock a fost invitat la o întâlnire esențială privind căutarea vieții pe Marte. În pregătirea unui eveniment important, omul de știință a citit o carte scurtă de Erwin Schrödinger „Ce este viața”. Același Schrödinger - un fizician teoretician, unul dintre fondatorii mecanicii cuantice și autorul cunoscutului experiment gândit. Cu această lucrare, fizicianul a adus o contribuție la biologie. Ultimele două capitole ale cărții conțin reflecțiile lui Schrödinger asupra naturii vieții.

Schrödinger a pornit de la presupunerea că un organism viu în procesul de existență își crește continuu entropia - sau, cu alte cuvinte, produce entropie pozitivă. El introduce conceptul de entropie negativă, pe care organismele vii trebuie să o primească din lumea înconjurătoare pentru a compensa creșterea entropiei pozitive, ducând la echilibru termodinamic și, prin urmare, la moarte. Într-un sens simplu, entropia este haos, autodistrugere și autodistrugere. Entropia negativă este ceea ce mănâncă corpul. Potrivit lui Schrödinger, aceasta este una dintre principalele diferențe dintre viață și natura neînsuflețită. Un sistem viu trebuie să exporte entropie pentru a-și menține propria entropie scăzută.

Această carte l-a inspirat pe Lovelock să întrebe: „Nu ar fi mai ușor să cauți viața pe Marte, căutând o entropie scăzută ca proprietate planetară, decât să te îngrozi în regolit în căutarea organismelor marțiane?” În acest caz, o simplă analiză atmosferică folosind un cromatograf în gaz este suficientă pentru a găsi entropie scăzută. Prin urmare, omul de știință a recomandat NASA să economisească bani și să anuleze misiunea Viking.

Catre stele

James Lovelock s-a născut pe 26 iulie 1919 în Letchworth, un mic oraș din Hertfordshire, în sud-estul Angliei. Acest oraș, construit în 1903 la 60 de kilometri de Londra și face parte din centura sa verde, a fost prima așezare din Marea Britanie, fondată în conformitate cu conceptul urban de „oraș grădină”. La începutul secolului trecut, a fost ideea care a capturat multe țări despre megaorașele viitorului, care să îmbine cele mai bune proprietăți ale unui oraș și ale unui sat. James s-a născut într-o familie muncitoare, părinții săi nu aveau educație, dar au făcut totul pentru ca fiul lor să o primească.

În 1941, Lovelock a absolvit Universitatea din Manchester - una dintre cele mai importante universități britanice dintre celebrele „Universitații din cărămidă roșie”. Acolo a studiat cu profesorul Alexander Todd, un remarcabil chimist organic englez, laureat al Premiului Nobel pentru studiul nucleotidelor și acizilor nucleici.

În 1948, Lovelock și-a primit doctoratul de la Institutul de Igienă și Medicină Tropicală din Londra. În această perioadă a vieții sale, tânărul om de știință este angajat în cercetări medicale și inventează dispozitivele necesare acestor experimente.

Lovelock se distingea printr-o atitudine foarte umană față de animalele de laborator - până la punctul în care era gata să efectueze experimente pe el însuși. Într-unul dintre studiile sale, Lovelock și alți oameni de știință au căutat cauza deteriorării celulelor și țesuturilor vii în timpul degerăturilor. Animalele de experiment - hamsterii pe care a fost efectuat experimentul - urmau să fie înghețate, apoi încălzite și readuse la viață.

Dar dacă procesul de congelare a fost relativ nedureros pentru animale, atunci dezghețarea a sugerat că rozătoarele trebuie să pună linguri fierbinți pe piept pentru a-și încălzi inimile și pentru a forța sângele să circule prin corp. A fost o procedură extrem de dureroasă. Dar, spre deosebire de Lovelock, colegilor săi biologi nu le era milă de rozătoarele de laborator.

Apoi, omul de știință a inventat un dispozitiv care avea aproape tot ceea ce se poate aștepta de la un cuptor obișnuit cu microunde - de fapt, acesta era. Ai putea să pui acolo un hamster înghețat, să setezi un cronometru și, după un timp stabilit, s-a trezit. Într-o zi, din curiozitate, Lovelock și-a încălzit prânzul în același mod. Cu toate acestea, nu s-a gândit să obțină un brevet pentru invenția sa la timp.

În 1957, Lovelock inventează detectorul de captare a electronilor, un dispozitiv extraordinar de sensibil care a revoluționat măsurarea concentrațiilor ultra-scăzute de gaze din atmosferă și, în special, în detectarea compușilor chimici care reprezintă o amenințare pentru mediu.

La sfârșitul anilor 1950, dispozitivul a fost folosit pentru a demonstra că atmosfera planetei era plină de reziduuri de la pesticidul DDT (diclorodifeniltricloretan). Acest pesticid extrem de eficient și ușor de obținut a fost utilizat pe scară largă încă din al Doilea Război Mondial. Pentru descoperirea proprietăților sale unice, chimistul elvețian Paul Müller a fost distins cu Premiul Nobel pentru Medicină în 1948. Acest premiu a fost acordat nu numai pentru culturile salvate, ci și pentru milioanele de vieți salvate: DDT-ul a fost folosit în timpul războiului pentru combaterea malariei și a tifosului în rândul civililor și al personalului militar.

Abia la sfârșitul anilor 50 a fost descoperită prezența unui pesticid periculos aproape peste tot pe Pământ - de la ficatul de pinguin din Antarctica până la laptele matern al mamelor care alăptează din Statele Unite.

Detectorul a furnizat date precise pentru cartea din 1962 „Primăvara tăcută”, scrisă de ecologistul american Rachel Carson, care a lansat campania internațională de interzicere a folosirii DDT-ului. Cartea a susținut că DDT-ul și alte pesticide au cauzat cancer și că utilizarea lor în agricultură reprezintă o amenințare pentru fauna sălbatică, în special pentru păsări. Publicarea a fost un eveniment de referință în mișcarea ecologistă și a provocat un protest public larg, care a dus în cele din urmă la interzicerea utilizării agricole a DDT-ului în Statele Unite și apoi în întreaga lume, în 1972.

Puțin mai târziu, după ce a început să lucreze la NASA, Lovelock a călătorit în Antarctica și cu ajutorul detectorului său a descoperit prezența omniprezentă a clorofluorocarburilor - gaze artificiale despre care se știe acum că epuizează stratul de ozon stratosferic. Ambele descoperiri au fost extrem de importante pentru mișcarea ecologică a planetei.

Așa că, când Administrația Aeronautică și Spațială din SUA și-a planificat misiunile lunare și planetare până la începutul anilor 1960 și a început să caute pe cineva care ar putea crea echipamente sensibile care ar putea fi trimise în spațiu, s-au apelat la Lovelock. Fascinat de science fiction încă din copilărie, a acceptat oferta cu entuziasm și, desigur, nu a putut refuza.

Planete vii și moarte

Lucrul la Jet Propulsion Laboratory i-a oferit lui Lovelock o oportunitate excelentă de a primi primele dovezi ale naturii lui Marte și Venus transmise de sondele spațiale. Și acestea erau, fără îndoială, planete complet moarte, izbitor de diferite de lumea noastră înfloritoare și vie.

Pământul are o atmosferă instabilă termodinamic. Gaze precum oxigenul, metanul și dioxidul de carbon sunt produse în cantități mari, dar coexistă în echilibru dinamic stabil.

Atmosfera ciudată și instabilă pe care o respirăm necesită ceva pe suprafața Pământului care să poată sintetiza continuu cantități mari din aceste gaze, precum și să le elimine din atmosferă în același timp. În același timp, clima planetei este destul de sensibilă la abundența gazelor poliatomice precum metanul și dioxidul de carbon.

Lovelock dezvoltă treptat o idee despre rolul reglator al unor astfel de cicluri de substanțe în natură - prin analogie cu procesele metabolice din corpul unui animal. Și viața pământească este implicată în aceste procese, care, conform teoriei lui Lovelock, nu numai că participă la ele, dar a învățat și să mențină pentru sine condițiile necesare de existență, intrând într-o formă de cooperare reciproc avantajoasă cu planeta.

Și dacă la început toate acestea au fost pure speculații, atunci în 1971 Lovelock a avut ocazia să discute acest subiect cu remarcabilul biolog Lynn Margulis, creatorul versiunii moderne a teoriei simbiogenezei și prima soție a lui Carl Sagan.

Margulis a fost coautor al ipotezei Gaia. Ea a sugerat că microorganismele ar trebui să joace un rol de legătură în domeniul interacțiunii dintre viață și planetă. După cum a remarcat Lovelock într-unul dintre interviurile sale, „Ar fi corect să spun că ea a pus carne în oasele conceptului meu fiziologic despre o planetă vie”.

Din cauza noutății conceptului și a inconsecvenței sale cu științele tradiționale, Lovelock avea nevoie de un nume scurt și memorabil. Atunci, în 1969, un prieten și vecin al omului de știință, fizician și scriitor, laureat al Premiului Nobel, precum și autorul romanului Lord of the Flies, William Golding, și-au propus să numească această idee Gaia - în cinstea vechea zeiță greacă a Pământului.

Cum functioneaza

Conform conceptului lui Lovelock, evoluția vieții, adică totalitatea tuturor organismelor biologice de pe planetă, este atât de strâns legată de evoluția mediului lor fizic la scară globală încât împreună formează un singur sistem de auto-dezvoltare cu sine. -proprietati reglatoare asemanatoare proprietatilor fiziologice ale unui organism viu.

Viața nu se adaptează doar planetei, ci o schimbă în scopuri proprii. Evoluția este un dans în pereche în care tot ceea ce este viu și neînsuflețit se rotește. Din acest dans reiese esența Gaiei.

Lovelock introduce conceptul de geofiziologie, care implică o abordare sistemică a științelor pământului. Geofiziologia este prezentată ca o știință sintetică a pământului care studiază proprietățile și dezvoltarea unui sistem integral, ale cărui componente strâns legate sunt biota, atmosfera, oceanele și scoarța terestră.

Sarcinile sale includ căutarea și studiul mecanismelor de autoreglare la nivel planetar. Geofiziologia își propune să stabilească legături între procesele ciclice la nivel celular-molecular cu procese similare la alte niveluri înrudite, cum ar fi organismul, ecosistemele și planeta în ansamblu.

În 1971, s-a sugerat că organismele vii sunt capabile să producă substanțe care au o semnificație de reglementare pentru climă. Acest lucru a fost confirmat când, în 1973, a fost descoperită emisia de sulfură de dimetil din organismele planctonice aflate pe moarte.

Picăturile de sulfură de dimetil, care intră în atmosferă, servesc ca nuclee de condensare a vaporilor de apă, determinând formarea norilor. Densitatea și aria acoperirii norilor afectează în mod semnificativ albedo-ul planetei noastre - capacitatea sa de a reflecta radiația solară.

În același timp, căzând la pământ odată cu ploaia, acești compuși ai sulfului favorizează creșterea plantelor, care, la rândul lor, accelerează scurgerea rocilor. Biogenii formați ca urmare a leșierii sunt spălați în râuri și ajung în cele din urmă în oceane, promovând creșterea algelor planctonice.

Ciclul de călătorie al sulfurei de dimetil este închis. În sprijinul acestui fapt, s-a constatat în 1990 că înnorabilitatea deasupra oceanelor se corelează cu distribuția planctonului.

Potrivit lui Lovelock, astăzi, când atmosfera este supraîncălzită ca urmare a activității umane, mecanismul biogen de reglare a acoperirii norilor devine extrem de important.

Un alt element de reglementare al Gaiei este dioxidul de carbon, pe care geofiziologia îl consideră un gaz metabolic cheie. Clima, creșterea plantelor și producția de oxigen liber din atmosferă depind de concentrația acestuia. Cu cât este stocat mai mult carbon, cu atât mai mult oxigen este eliberat în atmosferă.

Prin controlul concentrației de dioxid de carbon din atmosferă, biota reglează astfel temperatura medie a planetei. În 1981, s-a sugerat că o astfel de autoreglare are loc prin îmbunătățirea biogenică a procesului de intemperii al rocilor.

Lovelock compară dificultatea de a înțelege procesele care au loc pe planetă cu dificultatea de a înțelege economia. Economistul din secolul al XVIII-lea Adam Smith este cel mai bine cunoscut pentru introducerea conceptului de „mână invizibilă” în studii, ceea ce face ca interesul comercial nestăpânit să lucreze cumva pentru binele comun.

La fel este și cu planeta, spune Lovelock: când s-a „maturat”, a început să mențină condiții adecvate existenței vieții, iar „mâna invizibilă” a reușit să direcționeze interesele disparate ale organismelor către cauza comună a menținerii. aceste conditii.

Darwin împotriva Lovelock

Publicat în 1979, Gaia: A New Look at Life on Earth a devenit un bestseller. A fost bine primit de ecologiști, dar nu de oamenii de știință, dintre care majoritatea au respins ideile pe care le conținea.

Critic renumit al creaționismului și al designului inteligent, profesorul de la Universitatea din Oxford și autorul cărții The Selfish Gene, Richard Dawkins, a condamnat teoria lui Gaia drept o erezie „profund viciată” împotriva principiului de bază al selecției naturale darwiniene: „cel mai apt supraviețuiește”. Totuși, pentru că teoria lui Gaia afirmă că animalele, plantele și microorganismele nu numai că concurează, ci și cooperează pentru a menține mediul.

Când teoria lui Gaia a fost discutată pentru prima dată, biologii darwinieni au fost printre cei mai înverșunați oponenți ai ei. Ei au susținut că cooperarea necesară pentru autoreglementarea Pământului nu poate fi niciodată combinată cu competiția necesară selecției naturale.

Pe lângă esența însăși, numele, preluat din mitologie, a provocat și nemulțumiri. Toate acestea păreau o nouă religie, în care Pământul însuși a devenit subiect de îndumnezeire. Talentatul polemist Richard Dawkins a contestat teoria lui Lovelock cu aceeași energie pe care a folosit-o mai târziu în legătură cu conceptul de existență a lui Dumnezeu.

Lovelock a continuat să respingă criticile lor cu dovezi de autoreglare adunate din cercetările sale și modelele matematice care au ilustrat modul în care funcționează autoreglementarea climatică planetară. Teoria lui Gaia este o vedere de sus în jos, fiziologică, a sistemului Pământului. Ea vede Pământul ca pe o planetă dinamică și explică de ce este atât de diferită de Marte sau Venus.

Critica s-a bazat în principal pe concepția greșită că noua ipoteză era anti-darwiniană.

„Selecția naturală favorizează potențiatorii”, a spus Lovelock. Teoria lui detaliază doar teoria lui Darwin, sugerând că natura favorizează organismele care lasă mediul într-o formă mai bună pentru ca urmașii să supraviețuiască.

Acele specii de viețuitoare care afectează negativ mediul înconjurător, îl fac mai puțin potrivit pentru posteritate și vor fi în cele din urmă expulzați de pe planetă – precum și specii mai slabe, neadaptate evolutiv, a susținut Lovelock.

Copernic își așteaptă Newtonul

Rezumând, trebuie spus că conceptul științific al Pământului ca sistem viu integral, un superorganism viu a fost dezvoltat de oamenii de știință și gânditori naturaliști încă din secolul al XVIII-lea. Acest subiect a fost discutat de părintele geologiei și geocronologiei moderne James Hutton, om de știință naturală care a dat lumii termenul de „biologie” Jean-Baptiste Lamarck, naturalist și călător, unul dintre fondatorii geografiei ca știință independentă, Alexander von Humboldt.

În secolul XX, ideea a fost dezvoltată într-un concept bazat științific al biosferei remarcabilului om de știință și gânditor rus și sovietic Vladimir Ivanovici Vernadsky. În partea sa științifică și teoretică, conceptul de Gaia este similar cu „Biosferă”. Cu toate acestea, în anii 70 ai secolului trecut, Lovelock nu era încă familiarizat cu lucrările lui Vernadsky. La acea vreme, nu existau traduceri de succes ale lucrării sale în engleză: așa cum spunea Lovelock, oamenii de știință vorbitori de limbă engleză sunt în mod tradițional „surzi” pentru a lucra în alte limbi.

Lovelock, la fel ca colegul lui de multă vreme Lynn Margulis, nu mai insistă că Gaia este un superorganism. Astăzi el recunoaște că, în multe privințe, termenul său „organism” este doar o metaforă utilă.

Cu toate acestea, conceptul lui Charles Darwin de „luptă pentru supraviețuire” poate fi considerat o metaforă cu același motiv. În același timp, acest lucru nu a împiedicat teoria darwiniană să cucerească lumea. Metafore ca acestea pot stimula gândirea științifică, deplasându-ne din ce în ce mai departe pe calea cunoașterii.

Astăzi, Ipoteza Gaia a devenit un impuls pentru dezvoltarea unei versiuni moderne a științei organice sistemice a Pământului - geofiziologia. Poate că, în timp, va deveni știința sintetică a biosferei pe care Vernadsky a visat cândva să o creeze. Acum este pe cale să devină și să se transforme într-un domeniu de cunoaștere tradițional, general recunoscut.

Nu este o coincidență că eminentul biolog evoluționist britanic William Hamilton - mentorul unuia dintre cei mai disperați critici ai teoriei, Richard Dawkins, și autorul expresiei „gena egoistă” folosită de acesta din urmă în titlul cărții sale. - l-a numit pe James Lovelock „Copernic în așteptarea lui Newton”.