Zemlja je kao živi organizam! Hipoteza znanstvenika Jamesa Lovelocka

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Naš planet je jedinstven. Kao što se svatko od nas razlikuje od kamenih kipova rimskih bogova, Zemlja se razlikuje od Marsa, Venere i drugih poznatih planeta. Ispričajmo priču o jednoj od, možda, najnevjerojatnijih i najkontroverznijih hipoteza našeg vremena - hipotezi Gaie, koja nas poziva da Zemlju promatramo kao živi organizam.

Zemlja je naš "pametni dom"

James Ephraim Lovelock prošlog je ljeta proslavio stotu obljetnicu. Znanstvenik, izumitelj, inženjer, neovisni mislilac, osoba poznata ne toliko po svojim izumima koliko po nevjerojatnoj pretpostavci da je Zemlja samoregulirajući superorganizam koji je veći dio svoje povijesti, posljednje tri milijarde godina, održavao povoljne uvjete za život na površini…

Nazvana po Gaii - božici starogrčke mitologije, koja personificira Zemlju - hipoteza, za razliku od tradicionalnih znanosti, sugerira da se globalni ekosustav planeta ponaša kao biološki organizam, a ne kao neživi objekt kontroliran geološkim procesima.

Za razliku od tradicionalnih znanosti o Zemlji, Lovelock predlaže da se planet promatra ne kao skup zasebnih sustava - atmosfere, litosfere, hidrosfere i biosfere - već kao jedinstven sustav, gdje svaka od njegovih komponenti, razvijajući se i mijenjajući, utječe na razvoj ostalih komponenti. Štoviše, ovaj sustav je samoregulirajući i, poput živih organizama, ima mehanizme inverznog odnosa. Za razliku od drugih poznatih planeta, korištenjem inverznih odnosa između živog i neživog svijeta, Zemlja održava svoje klimatske i okolišne parametre kako bi ostala povoljan dom za živa bića.

Od samog trenutka kada se pojavila, ova ideja je s pravom bila kritizirana i nije je prihvatila znanstvena zajednica, što je, međutim, ne sprječava da uzbuđuje maštu i okuplja brojne pristaše diljem svijeta. Unatoč stogodišnjici, Lovelock sada, kao i veći dio svog dugog života, ostajući pod vatrom kritika, nastavlja braniti teoriju, modificira je i komplicira, nastavlja raditi i baviti se znanstvenim aktivnostima.

Ima li života na Marsu

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

U sklopu programa Viking, agencija je planirala poslati dvije sonde na Mars za proučavanje planeta i, posebice, traženje tragova vitalne aktivnosti mikroorganizama u njegovu tlu. Upravo je uređaje za otkrivanje života, koji su trebali biti instalirani na sondama, znanstvenik razvio radeći u Pasadeni, u Laboratoriju za mlazni pogon, istraživačkom centru koji stvara i održava svemirske letjelice za NASA-u. Inače, doslovce je radio rame uz rame – u istom uredu – s poznatim astrofizičarem i popularizatorom znanosti Karlom Saganom.

Njegov posao nije bio isključivo inženjering. Uz njega su radili biolozi, fizičari i kemičari. 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 sam bio na Marsu, kako bih mogao razumjeti da na Zemlji postoji život?" A on je odgovorio: "Prema njenoj atmosferi koja prkosi svim prirodnim očekivanjima."Slobodni kisik čini 20 posto atmosfere planeta, dok zakoni kemije kažu da je kisik vrlo reaktivan plin – i sav mora biti vezan u raznim mineralima i stijenama.

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

U siječnju 1965. Lovelock je pozvan na ključni sastanak o potrazi za životom na Marsu. Pripremajući se za važan događaj, znanstvenik je pročitao kratku knjigu Erwina Schrödingera "Što je život". Taj isti Schrödinger - teorijski fizičar, jedan od utemeljitelja 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 nadoknadili rast pozitivne entropije, što dovodi do termodinamičke ravnoteže, a time i smrti. U jednostavnom smislu, entropija je kaos, samouništenje i samouništenje. Negativna entropija je ono što tijelo jede. Prema Schrödingeru, to je jedna od glavnih razlika između života i nežive prirode. Živi sustav mora izvoziti entropiju kako bi svoju vlastitu entropiju održao niskom.

Ova je knjiga inspirirala Lovelocka da se zapita: "Ne bi li bilo lakše tražiti život na Marsu, tražeći nisku entropiju kao planetarno svojstvo, nego se ukopavati u regolit u potrazi za marsovskim organizmima?" U ovom slučaju, jednostavna analiza atmosfere pomoću plinskog kromatografa dovoljna je za pronalaženje niske entropije. Stoga je znanstvenik preporučio NASA-i da uštedi novac i otkaže misiju Viking.

Do zvijezda

James Lovelock rođen je 26. srpnja 1919. u Letchworthu, gradiću u Hertfordshireu na jugoistoku Engleske. Ovaj grad, sagrađen 1903. godine 60 kilometara od Londona i dio je njegova zelenog pojasa, bio je prvo naselje u Velikoj Britaniji, osnovano u skladu s urbanističkim konceptom "grad-vrta". Početkom prošlog stoljeća upravo je ideja koja je zarobila mnoge zemlje o megagradima budućnosti, koja bi spojila najbolja svojstva grada i sela. James je rođen u radničkoj obitelji, njegovi roditelji nisu imali obrazovanje, ali su učinili sve da ih sin dobije.

Godine 1941. Lovelock je diplomirao na Sveučilištu u Manchesteru - jednom od vodećih britanskih sveučilišta među poznatim "Sveučilištima Red Brick". Tamo je studirao kod profesora Alexandera Todda, izvanrednog engleskog organskog kemičara, dobitnika Nobelove nagrade za proučavanje nukleotida i nukleinskih kiselina.

Godine 1948. Lovelock je doktorirao na Londonskom institutu za higijenu i tropsku medicinu. U tom razdoblju svog života, mladi znanstvenik se bavi medicinskim istraživanjima i izmišlja uređaje potrebne za te 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 znanstvenici tražili su uzrok oštećenja živih stanica i tkiva tijekom ozeblina. Pokusne životinje - hrčci na kojima je pokus 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 trebaju staviti vruće žlice na prsa kako bi zagrijali svoja srca i natjerali krv da cirkulira tijelom. Bio je to iznimno bolan postupak. No, za razliku od Lovelocka, njegovim kolegama biolozima nije bilo žao laboratorijskih glodavaca.

Tada je znanstvenik izumio uređaj koji je imao gotovo sve što se može očekivati od obične mikrovalne pećnice - zapravo, 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 mislio na vrijeme dobiti patent za svoj izum.

Godine 1957. Lovelock je izumio detektor za hvatanje elektrona, izvanredno osjetljiv uređaj koji je napravio revoluciju u mjerenju ultraniskih koncentracija plinova u atmosferi, a posebno u detekciji kemijskih spojeva koji predstavljaju prijetnju okolišu.

Kasnih 1950-ih, uređaj je korišten da se pokaže da je atmosfera planeta puna ostataka pesticida DDT (diklorodifeniltrikloretan). Ovaj iznimno učinkovit i lako dostupan pesticid naširoko se koristi od Drugog svjetskog rata. Za otkriće njegovih jedinstvenih svojstava, švicarski kemičar Paul Müller dobio je Nobelovu nagradu za medicinu 1948. godine. Ova nagrada nije dodijeljena samo za spašene usjeve, već i za milijune spašenih života: DDT je korišten tijekom rata u borbi protiv malarije i tifusa među civilima i vojnim osobljem.

Tek krajem 50-ih je prisutnost opasnog pesticida otkrivena gotovo posvuda na Zemlji - od jetre pingvina na Antarktiku do majčinog mlijeka dojilja u Sjedinjenim Državama.

Detektor je dao točne 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. Knjiga je tvrdila da DDT i drugi pesticidi uzrokuju rak i da njihova upotreba u poljoprivredi predstavlja prijetnju divljim životinjama, posebno pticama. Objava je bila prekretnica u pokretu za zaštitu okoliša i izazvala je široku javnost negodovanja, što je na kraju dovelo do zabrane poljoprivredne upotrebe DDT-a u Sjedinjenim Državama, a zatim i diljem svijeta 1972. godine.

Nešto kasnije, nakon što je počeo raditi u NASA-i, Lovelock je otputovao na Antarktiku i uz pomoć svog detektora otkrio sveprisutnu prisutnost klorofluorougljika – umjetnih plinova za koje se danas zna da oštećuju stratosferski ozonski omotač. Oba ova otkrića bila su iznimno važna za ekološki pokret planeta.

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

Planete živi i mrtvi

Rad u Laboratoriju za mlazni pogon pružio je Lovelocku izvrsnu priliku da dobije prve dokaze o prirodi Marsa i Venere prenijete svemirskim sondama. A to su, nesumnjivo, bili potpuno mrtvi planeti, zapanjujuće različiti od našeg cvjetajućeg i živog svijeta.

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 goleme količine tih plinova, ali i istovremeno ih uklanjati iz atmosfere. Istodobno, klima planeta je prilično osjetljiva na obilje poliatomskih plinova poput metana i ugljičnog dioksida.

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, ušavši u neki oblik obostrano korisne suradnje s planetom.

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

Margulis je bio koautor hipoteze Gaie. Predložila je da bi mikroorganizmi trebali igrati povezujuću ulogu u polju interakcije između života i planeta. Kao što je Lovelock primijetio u jednom od svojih intervjua, "Bilo bi pošteno reći da je stavila meso u kosti mog fiziološkog koncepta živog planeta."

Zbog novosti koncepta i njegove neusklađenosti s tradicionalnim znanostima, Lovelocku je trebao kratko i nezaboravno ime. Tada je, 1969., prijatelj i susjed znanstvenika, fizičara i književnika, nobelovca, kao i autor romana Gospodar muha, William Golding, predložio da se ova ideja nazove Gaia - u čast starogrčka božica Zemlje.

Kako radi

Prema Lovelockovom konceptu, evolucija života, odnosno ukupnost svih bioloških organizama na planeti, toliko je usko povezana s evolucijom njihovog fizičkog okruženja na globalnoj razini da zajedno tvore jedinstveni samorazvijajući sustav sa sobom. -regulatorna svojstva slična fiziološkim svojstvima živog organizma.

Život se ne prilagođava samo planetu: on ga mijenja za svoje potrebe. Evolucija je ples u paru u kojem se vrti sve živo i neživo. Iz ovog plesa nastaje bit Gaje.

Lovelock uvodi koncept geofiziologije, koji podrazumijeva sistemski pristup znanostima o Zemlji. Geofiziologija je predstavljena kao sintetička znanost o Zemlji koja proučava svojstva i razvoj cjelovitog sustava čije su usko povezane komponente biota, atmosfera, oceani i zemljina kora.

Njegove zadaće uključuju traženje i proučavanje mehanizama samoregulacije na planetarnoj razini. Geofiziologija ima za cilj uspostaviti veze između cikličkih procesa na stanično-molekularnoj razini sa sličnim procesima na drugim srodnim razinama, kao što su organizam, ekosustavi i planet u cjelini.

Godine 1971. sugerirano je da su živi organizmi sposobni proizvoditi tvari koje imaju regulatorno značenje 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 jezgre kondenzacije vodene pare, uzrokujući stvaranje oblaka. Gustoća i površina oblačnog pokrivača značajno utječu na albedo našeg planeta - njegovu sposobnost da reflektira sunčevo zračenje.

Istodobno, padajući na tlo zajedno s kišom, ti spojevi sumpora potiču rast biljaka, što zauzvrat ubrzava ispiranje stijena. Biogeni koji nastaju kao rezultat ispiranja ispiraju se u rijeke i na kraju završavaju u oceanima, potičući rast planktonskih algi.

Ciklus putovanja dimetil sulfida je zatvoren. U prilog tome, 1990. godine utvrđeno je da je oblačnost nad oceanima u korelaciji s distribucijom planktona.

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

Drugi regulatorni element Gaie je ugljični dioksid, koji geofiziologija smatra ključnim metaboličkim plinom. O njegovoj koncentraciji ovise klima, rast biljaka i proizvodnja slobodnog atmosferskog kisika. Što se više ugljika pohranjuje, to se više kisika oslobađa u atmosferu.

Kontrolirajući koncentraciju ugljičnog dioksida u atmosferi, biota na taj način regulira prosječnu temperaturu planeta. Godine 1981. sugerirano je da se takva samoregulacija događa biogenim pojačavanjem procesa trošenja stijena.

Lovelock uspoređuje poteškoće u razumijevanju procesa koji se događaju na planetu s poteškoćama u razumijevanju ekonomije. Ekonomist iz 18. stoljeća Adam Smith najpoznatiji je po uvođenju koncepta “nevidljive ruke” u nauku, zbog čega neobuzdani komercijalni vlastiti interesi nekako djeluju za opće dobro.

Isto je i s planetom, kaže Lovelock: kada je "sazreo", počeo je održavati uvjete prikladne za postojanje života, a "nevidljiva ruka" je mogla usmjeriti različite interese organizama na zajednički cilj održavanja ovim uvjetima.

Darwin protiv Lovelocka

Objavljena 1979., Gaia: Novi pogled na život na Zemlji postala je bestseler. Dobro su ga prihvatili ekolozi, ali ne i znanstvenici, od kojih je većina odbacila ideje koje sadrži.

Poznati kritičar kreacionizma i inteligentnog dizajna, profesor na Sveučilištu u Oxfordu i autor Sebičnog gena, Richard Dawkins, osudio je Gaijinu teoriju kao "duboko pogrešnu" herezu protiv osnovnog načela darvinističke prirodne selekcije: "najsposobniji preživi". Ipak, zato što Gaiina teorija kaže da se životinje, biljke i mikroorganizmi ne samo natječu, već i surađuju u održavanju okoliša.

Kad se o Gaijinoj teoriji prvi put raspravljalo, darvinistički biolozi bili su među njezinim najžešćim protivnicima. Tvrdili su da se suradnja neophodna za samoregulaciju Zemlje nikada ne može kombinirati s natjecanjem potrebnim za prirodnu selekciju.

Uz samu bit, nezadovoljstvo je izazvalo i ime, preuzeto iz mitologije. Sve je to izgledalo kao nova religija, gdje je sama Zemlja postala predmet pobožnosti. Talentirani 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. Gajina teorija je fiziološki pogled na Zemljin sustav odozgo prema dolje. Ona gleda na Zemlju kao na dinamički planet i objašnjava zašto se toliko razlikuje od Marsa ili Venere.

Kritika se uglavnom temeljila na zabludi da je nova hipoteza antidarvinistička.

"Prirodna selekcija favorizira pojačivače", rekao je Lovelock. Njegova teorija samo detaljizira Darwinovu teoriju, implicirajući da priroda favorizira organizme koji ostavljaju okoliš u boljem stanju kako bi potomci preživjeli.

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

Kopernik čeka svog Newtona

Sumirajući, mora se reći da su znanstveni koncept Zemlje kao cjelovitog živog sustava, živog superorganizma razvijali prirodoslovci i mislioci od 18. stoljeća. O ovoj temi govorio je otac moderne geologije i geokronologije James Hutton, prirodoslovac koji je svijetu dao pojam "biologija" Jean-Baptiste Lamarck, prirodoslovac i putnik, jedan od utemeljitelja geografije kao samostalne znanosti, Alexander von Humboldt.

U XX. stoljeću ideja je razvijena u znanstveno utemeljenom konceptu biosfere istaknutog ruskog i sovjetskog znanstvenika i mislioca Vladimira Ivanoviča Vernadskog. U svom znanstvenom i teorijskom dijelu koncept Gaje je sličan "biosferi". Međutim, 70-ih godina prošlog stoljeća Lovelock još nije bio upoznat s djelima Vernadskog. U to vrijeme nije bilo uspješnih prijevoda njegovog rada na engleski: kako je to rekao Lovelock, znanstvenici koji govore engleski tradicionalno su "gluhi" za rad na drugim jezicima.

Lovelock, kao i njegova dugogodišnja kolegica Lynn Margulis, više ne inzistira 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 s istim razlogom. Istodobno, to nije spriječilo darvinističku teoriju da osvoji svijet. Ovakve metafore mogu potaknuti znanstvenu misao, pomičući nas sve dalje i dalje na putu znanja.

Danas je hipoteza Gaia postala poticaj za razvoj moderne inačice sistemske organizmičke znanosti o Zemlji – geofiziologije. Možda će s vremenom postati sintetička znanost o biosferi koju je Vernadsky jednom sanjao o stvaranju. Sada je na putu da postane i transformira se u tradicionalno, općepriznato polje znanja.

Nije slučajno da je ugledni 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 koji čeka svog Newtona".