Maa on nagu elusorganism! Teadlase James Lovelocki hüpotees

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Meie planeet on ainulaadne. Nii nagu igaüks meist erineb Rooma jumalate kivikujudest, erineb Maa Marsist, Veenusest ja teistest teadaolevatest planeetidest. Räägime loo ühest meie aja kõige hämmastavamast ja vastuolulisemast hüpoteesist - Gaia hüpoteesist, mis kutsub meid vaatama Maad kui elusorganismi.

Maa on meie "tark kodu"

James Ephraim Lovelock tähistas eelmisel suvel oma sajandat sünnipäeva. Teadlane, leiutaja, insener, sõltumatu mõtleja, inimene, kes on tuntud mitte niivõrd oma leiutiste poolest, kuivõrd hämmastava oletuse poolest, et Maa on isereguleeruv superorganism, mis on suurema osa oma ajaloost, viimased kolm miljardit aastat, säilitanud soodsad tingimused. pinnapealseks eluks…

Vana-Kreeka mütoloogia jumalanna Gaia järgi, kes kehastab Maad, viitab hüpotees erinevalt traditsioonilistest teadustest sellele, et planeedi globaalne ökosüsteem käitub bioloogilise organismina, mitte elutu objektina, mida juhivad geoloogilised protsessid.

Erinevalt traditsioonilistest maateadustest teeb Lovelock ettepaneku käsitleda planeeti mitte eraldiseisvate süsteemide – atmosfäär, litosfäär, hüdrosfäär ja biosfäär – kogumina, vaid ühtse süsteemina, kus iga selle komponent, arenedes ja muutudes, mõjutab arengut. muudest komponentidest. Pealegi on see süsteem isereguleeruv ja sarnaselt elusorganismidele on pöördvõrdeliste seoste mehhanismid. Erinevalt teistest teadaolevatest planeetidest säilitab Maa elus- ja elutu maailma pöördsuhete kasutamise kaudu oma kliima- ja keskkonnaparameetrid, et jääda elusolenditele soodsaks koduks.

Juba selle ilmumise hetkest peale kritiseeriti seda ideed õigustatult ja teadusringkond seda ei aktsepteerinud, mis aga ei takista sellel kujutlusvõimet erutada ja koguda palju toetajaid üle maailma. Vaatamata sajandale aastapäevale jätkab Lovelock, nagu enamus oma pikast elust, kriitika tule alla jäädes teooria kaitsmist, muudab ja muudab seda keerulisemaks, jätkab tööd ja tegeleb teadusliku tegevusega.

Kas Marsil on elu

Kuid enne, kui James Lovelock pööras tähelepanu elule Maal, otsis ta Marsil elu. 1961. aastal, vaid neli aastat pärast seda, kui NSV Liit meie planeedi esimese tehissatelliidi kosmosesse saatis, kutsuti Lovelock NASA-sse tööle.

Vikingi programmi raames plaanis agentuur saata Marsile kaks sondi, et uurida planeeti ja eelkõige otsida selle pinnases mikroorganismide elutegevuse jälgi. Just seadmed elu tuvastamiseks, mis pidid olema paigaldatud sondide pardale, töötasid teadlane välja Pasadenas NASA kosmoseaparaate loovas ja hooldavas uurimiskeskuses Jet Propulsion Laboratory. Muide, ta töötas sõna otseses mõttes kõrvuti – samas kabinetis – kuulsa astrofüüsiku ja teaduse populariseerija Karl Saganiga.

Tema töö ei olnud puhtalt inseneritöö. Temaga koos töötasid bioloogid, füüsikud ja keemikud. See võimaldas tal sukelduda ülepeakaela katsetesse, et leida viise elu tuvastamiseks ja probleemi igast küljest vaadelda.

Selle tulemusena küsis Lovelock endalt: "Kui ma ise oleksin Marsil, kuidas ma saaksin aru, et Maal on elu?" Ja ta vastas: "Vastavalt tema atmosfäärile, mis eirab kõiki loomulikke ootusi."Vaba hapnik moodustab 20 protsenti planeedi atmosfäärist, samas kui keemiaseadused ütlevad, et hapnik on väga reaktsioonivõimeline gaas – ja kõik see peab olema seotud erinevates mineraalides ja kivimites.

Lovelock jõudis järeldusele, et elu – mikroobid, taimed ja loomad, mis muudavad ainet pidevalt energiaks, muudavad päikesevalguse toitaineteks, vabastavad ja neelavad gaasi – on see, mis muudab Maa atmosfääri selliseks, nagu ta on. Seevastu Marsi atmosfäär on praktiliselt surnud ja madala energiasisaldusega tasakaalus, keemilisi reaktsioone peaaegu pole.

1965. aasta jaanuaris kutsuti Lovelock pöördelisele kohtumisele, mis käsitles elu otsimist Marsil. Oluliseks sündmuseks valmistudes luges teadlane Erwin Schrödingeri lühiraamatut "Mis on elu". See sama Schrödinger - teoreetiline füüsik, üks kvantmehaanika rajajaid ja tuntud mõtteeksperimendi autor. Selle tööga andis füüsik oma panuse bioloogiasse. Raamatu kaks viimast peatükki sisaldavad Schrödingeri mõtisklusi elu olemusest.

Schrödinger lähtus eeldusest, et eksistentsi käigus elav organism suurendab pidevalt oma entroopiat ehk teisisõnu tekitab positiivset entroopiat. Ta tutvustab negatiivse entroopia mõistet, mida elusorganismid peavad ümbritsevast maailmast saama, et kompenseerida positiivse entroopia kasvu, mis viib termodünaamilise tasakaaluni ja seega surmani. Lihtsas mõttes on entroopia kaos, enesehävitamine ja enesehävitamine. Negatiivne entroopia on see, mida keha sööb. Schrödingeri sõnul on see üks peamisi erinevusi elu ja eluta looduse vahel. Elav süsteem peab eksportima entroopiat, et hoida oma entroopia madalana.

See raamat inspireeris Lovelocki küsima: "Kas poleks lihtsam otsida Marsil elu, otsides madalat entroopiat kui planeedi omadust, kui urgitseda regoliiti Marsi organisme otsides?" Sel juhul piisab madala entroopia leidmiseks lihtsast atmosfäärianalüüsist gaasikromatograafi abil. Seetõttu soovitas teadlane NASA-l raha säästa ja Vikingi missioon tühistada.

Tähtedeni

James Lovelock sündis 26. juulil 1919 Kagu-Inglismaal Hertfordshire'i väikelinnas Letchworthis. See 1903. aastal Londonist 60 kilomeetri kaugusele rajatud linn, mis on osa selle rohelisest vööndist, oli esimene asula Ühendkuningriigis, mis rajati vastavalt "aedlinna" linnakontseptsioonile. Eelmise sajandi alguses haaras paljusid riike just idee tuleviku megalinnadest, mis ühendaksid linna ja küla parimad omadused. James sündis töölisperre, tema vanematel polnud haridust, kuid nad tegid kõik, et poeg selle saaks.

1941. aastal lõpetas Lovelock Manchesteri ülikooli, mis on üks juhtivaid Briti ülikoole kuulsate "punaste tellistest ülikoolide" seas. Seal õppis ta silmapaistva inglise orgaanilise keemiku, nukleotiidide ja nukleiinhapete uurimise Nobeli preemia laureaadi professor Alexander Toddi juures.

1948. aastal sai Lovelock Londoni hügieeni ja troopilise meditsiini instituudist doktorikraadi. Sel eluperioodil tegeleb noor teadlane meditsiiniuuringutega ja leiutab nendeks katseteks vajalikke seadmeid.

Lovelocki eristas väga humaanne suhtumine laboriloomadesse - kuni selleni, et ta oli valmis enda peal katseid läbi viima. Ühes oma uuringus otsisid Lovelock ja teised teadlased elusrakkude ja kudede kahjustuse põhjust külmakahjustuse ajal. Katseloomad – hamstrid, kellega katse läbi viidi – tuli külmutada, seejärel soojendada ja ellu äratada.

Kui aga külmutamine oli loomade jaoks suhteliselt valutu, siis sulatamine viitas sellele, et närilised pidid panema kuumad supilusikatäit rinnale, et soojendada oma südant ja sundida verd läbi keha ringlema. See oli äärmiselt valus protseduur. Kuid erinevalt Lovelockist ei tundnud tema kaasbioloogid laborinärilistele kahju.

Siis leiutas teadlane seadme, millel oli peaaegu kõik, mida tavaliselt mikrolaineahjult oodata võib – tegelikult see oligi. Sinna võis panna külmunud hamstri, seada taimeri ja pärast määratud aega ta ärkas. Ühel päeval soojendas Lovelock uudishimust samamoodi oma lõunasööki. Siiski ei mõelnud ta õigel ajal oma leiutisele patenti hankida.

1957. aastal leiutab Lovelock elektronide püüdmise detektori, erakordselt tundliku seadme, mis muutis pöördeliselt gaaside ülimadala kontsentratsiooni mõõtmist atmosfääris ja eelkõige keskkonda ohustavate keemiliste ühendite tuvastamist.

1950. aastate lõpus kasutati seadet selleks, et näidata, et planeedi atmosfäär on täis pestitsiidi DDT (diklorodifenüültrikloroetaan) jääke. Seda ülitõhusat ja kergesti saadavat pestitsiidi on laialdaselt kasutatud alates II maailmasõjast. Selle ainulaadsete omaduste avastamise eest pälvis Šveitsi keemik Paul Müller 1948. aastal Nobeli meditsiiniauhinna. Seda auhinda ei antud mitte ainult päästetud saagi, vaid ka päästetud miljonite elude eest: DDT-d kasutati sõja ajal malaaria ja tüüfuse vastu võitlemiseks tsiviilisikute ja sõjaväelaste seas.

Alles 50. aastate lõpuks avastati ohtliku pestitsiidi olemasolu peaaegu kõikjal Maal – alates pingviinimaksast Antarktikas kuni imetavate emade rinnapiimani Ameerika Ühendriikides.

Detektor andis täpsed andmed Ameerika ökoloogi Rachel Carsoni kirjutatud 1962. aasta raamatu "Silent Spring" kohta, mis käivitas rahvusvahelise kampaania DDT kasutamise keelustamiseks. Raamat väitis, et DDT ja teised pestitsiidid põhjustasid vähki ja et nende kasutamine põllumajanduses ohustab metsloomi, eriti linde. Väljaanne oli märkimisväärne sündmus keskkonnaliikumises ja põhjustas laialdast avalikku pahameelt, mis lõpuks viis DDT põllumajandusliku kasutamise keelustamiseni Ameerika Ühendriikides ja seejärel kogu maailmas 1972. aastal.

Veidi hiljem, pärast NASA-s tööle asumist, rändas Lovelock Antarktikasse ja avastas oma detektori abil kõikjal klorofluorosüsivesinike – tehisgaaside, mis praegu teadaolevalt kahandavad stratosfääri osoonikihti – olemasolu. Mõlemad avastused olid planeedi keskkonnaliikumise jaoks äärmiselt olulised.

Nii et kui USA aeronautika- ja kosmoseamet kavandas 1960. aastate alguseks oma Kuu- ja planeedimissioone ning hakkas otsima kedagi, kes suudaks luua tundlikke seadmeid, mida saaks kosmosesse saata, pöördusid nad Lovelocki poole. Olles lapsepõlvest ulmekirjandusest paelunud, võttis ta pakkumise entusiastlikult vastu ega saanud loomulikult keelduda.

Elusad ja surnud planeedid

Töö reaktiivmootori laboris andis Lovelockile suurepärase võimaluse saada esimesi kosmosesondidega edastatud tõendeid Marsi ja Veenuse olemuse kohta. Ja need olid kahtlemata täiesti surnud planeedid, mis erinevad meie õitsevast ja elavast maailmast silmatorkavalt.

Maa atmosfäär on termodünaamiliselt ebastabiilne. Gaase, nagu hapnik, metaan ja süsinikdioksiid, toodetakse suurtes kogustes, kuid need eksisteerivad koos stabiilses dünaamilises tasakaalus.

Kummaline ja ebastabiilne atmosfäär, mida me hingame, nõuab Maa pinnalt midagi, mis suudaks pidevalt sünteesida tohutul hulgal neid gaase ja samal ajal neid atmosfäärist eemaldada. Samal ajal on planeedi kliima üsna tundlik mitmeaatomiliste gaaside, nagu metaan ja süsihappegaas, rohkuse suhtes.

Lovelock arendab järk-järgult ettekujutust selliste ainete tsüklite reguleerivast rollist looduses - analoogselt looma kehas toimuvate ainevahetusprotsessidega. Ja nendesse protsessidesse on kaasatud maise elu, mis Lovelocki teooria järgi mitte ainult ei osale neis, vaid õppis ka enda jaoks vajalikke eksistentsitingimusi säilitama, olles sõlminud planeediga mingisuguse vastastikku kasuliku koostöö.

Ja kui algul oli see kõik puhas spekulatsioon, siis 1971. aastal avanes Lovelockil võimalus sel teemal arutada väljapaistva bioloogi Lynn Margulisega, sümbiogeneesi teooria kaasaegse versiooni looja ja Carl Sagani esimese naisega.

Margulis oli Gaia hüpoteesi kaasautor. Ta soovitas, et mikroorganismid peaksid mängima ühendavat rolli elu ja planeedi vastastikuse mõju vallas. Nagu Lovelock ühes oma intervjuus märkis: "Oleks õiglane öelda, et ta pani liha minu elusa planeedi füsioloogilise kontseptsiooni luudesse."

Mõiste uudsuse ja traditsiooniliste teadustega mittevastavuse tõttu vajas Lovelock lühikest ja meeldejäävat nime. Siis, 1969. aastal, tegi teadlase, füüsiku ja kirjaniku, Nobeli preemia laureaadi sõber ja naaber, aga ka romaani Kärbeste isand autor William Golding ettepaneku nimetada seda ideed Gaiaks – selle auks. Vana-Kreeka maajumalanna.

Kuidas see töötab

Lovelocki kontseptsiooni kohaselt on elu evolutsioon ehk kõigi planeedil leiduvate bioloogiliste organismide tervik nii tihedalt seotud nende füüsilise keskkonna arenguga globaalses mastaabis, et koos moodustavad nad ühtse iseareneva süsteemi iseendaga. -regulatiivsed omadused, mis on sarnased elusorganismi füsioloogiliste omadustega.

Elu ei kohane lihtsalt planeediga: see muudab seda oma eesmärkidel. Evolutsioon on paaristants, milles pöörleb kõik elav ja elutu. Sellest tantsust koorub välja Gaia olemus.

Lovelock tutvustab geofüsioloogia kontseptsiooni, mis eeldab süsteemset lähenemist maateadustele. Geofüsioloogiat esitletakse sünteetilise maateadusena, mis uurib tervikliku süsteemi omadusi ja arengut, mille omavahel tihedalt seotud komponendid on elustik, atmosfäär, ookeanid ja maakoor.

Selle ülesannete hulka kuulub planeeditasandi eneseregulatsioonimehhanismide otsimine ja uurimine. Geofüsioloogia eesmärk on luua seoseid tsükliliste protsesside vahel rakus-molekulaarsel tasandil sarnaste protsessidega teistel seotud tasanditel, nagu organism, ökosüsteemid ja planeet tervikuna.

1971. aastal tehti ettepanek, et elusorganismid on võimelised tootma aineid, millel on kliima jaoks regulatiivne tähtsus. See leidis kinnitust, kui 1973. aastal avastati surevate planktoniorganismide dimetüülsulfiidi emissioon.

Atmosfääri sisenevad dimetüülsulfiidi tilgad toimivad veeauru kondenseerumise tuumadena, põhjustades pilvede moodustumist. Pilvekatte tihedus ja pindala mõjutavad oluliselt meie planeedi albeedot - selle võimet peegeldada päikesekiirgust.

Samas koos vihmaga maapinnale langedes soodustavad need väävliühendid taimede kasvu, mis omakorda kiirendab kivimite leostumist. Leostumise tulemusena tekkinud biogeenid uhutakse jõgedesse ja lõpuks satuvad ookeanidesse, soodustades planktoni vetikate kasvu.

Dimetüülsulfiidi liikumistsükkel on suletud. Selle kinnituseks leiti 1990. aastal, et pilvisus ookeanide kohal on korrelatsioonis planktoni levikuga.

Lovelocki sõnul muutub tänapäeval, mil atmosfäär inimtegevuse tagajärjel ülekuumeneb, ülimalt oluliseks pilvkatte biogeenne reguleerimise mehhanism.

Teine Gaia reguleeriv element on süsinikdioksiid, mida geofüsioloogia peab oluliseks metaboolseks gaasiks. Selle kontsentratsioonist sõltuvad kliima, taimede kasv ja vaba õhuhapniku tootmine. Mida rohkem süsinikku talletatakse, seda rohkem hapnikku atmosfääri eraldub.

Reguleerides süsinikdioksiidi kontsentratsiooni atmosfääris, reguleerib elustik seeläbi planeedi keskmist temperatuuri. 1981. aastal tehti ettepanek, et selline iseregulatsioon toimub kivimite ilmastikumõjude biogeense võimendamise kaudu.

Lovelock võrdleb planeedil toimuvate protsesside mõistmise raskust majanduse mõistmise raskusega. 18. sajandi majandusteadlane Adam Smith on tuntud selle poolest, et ta tutvustas stipendiumis mõistet "nähtamatu käsi", mis paneb ohjeldamatu ärilise omakasu mingil moel üldise heaolu nimel tööle.

Sama lugu on ka planeediga, ütleb Lovelock: kui ta “küpses”, hakkas ta säilitama elu eksisteerimiseks sobivaid tingimusi ja “nähtamatu käsi” suutis organismide erinevad huvid suunata ühise säilitamise eesmärgile. need tingimused.

Darwin vs Lovelock

1979. aastal ilmunud raamatust Gaia: A New Look at Life on Earth sai bestseller. Keskkonnakaitsjad võtsid selle hästi vastu, kuid mitte teadlased, kellest enamik lükkas selles sisalduvad ideed tagasi.

Tuntud kreatsionismi ja intelligentse disaini kriitik, Oxfordi ülikooli professor ja raamatu "Isekas geen" autor Richard Dawkins mõistis Gaia teooria hukka kui "sügavalt vigaseks" ketserluseks, mis oli vastuolus Darwini loodusliku valiku põhimõttega: "kõige parem jääb ellu". Ikka sellepärast, et Gaia teooria väidab, et loomad, taimed ja mikroorganismid mitte ainult ei võistle, vaid teevad ka koostööd keskkonna hoidmiseks.

Kui Gaia teooriat esimest korda arutati, olid Darwini bioloogid tema ägedamate vastaste seas. Nad väitsid, et Maa iseregulatsiooniks vajalikku koostööd ei saa kunagi ühendada looduslikuks valikuks vajaliku konkurentsiga.

Lisaks sisule tekitas rahulolematust ka mütoloogiast võetud nimi. Kõik see nägi välja nagu uus religioon, kus Maa ise sai jumalikustamise objektiks. Andekas poleemik Richard Dawkins vaidlustas Lovelocki teooria sama energiaga, mida ta hiljem kasutas seoses Jumala olemasolu kontseptsiooniga.

Lovelock lükkas nende kriitika ümber oma uurimistööst kogutud eneseregulatsiooni tõenditega ja matemaatiliste mudelitega, mis illustreerisid planeedi kliima iseregulatsiooni toimimist. Gaia teooria on ülalt-alla füsioloogiline vaade Maa süsteemile. Ta näeb Maad dünaamiliselt reageeriva planeedina ja selgitab, miks see nii Marsist või Veenusest erineb.

Kriitika põhines peamiselt eksiarvamusel, et uus hüpotees oli Darwini-vastane.

"Looduslik valik soosib võimendajaid, " ütles Lovelock. Tema teooria kirjeldab ainult Darwini teooriat, viidates sellele, et loodus soosib organisme, mis jätavad järglaste ellujäämiseks keskkonda paremasse vormi.

Need elusolendite liigid, mis mõjutavad keskkonda negatiivselt, muudavad selle järglastele vähem sobivaks ja lõpuks planeedilt välja heidetakse – nagu ka nõrgemad, evolutsiooniliselt kohanematud liigid, väitis Lovelock.

Kopernik ootab oma Newtonit

Kokkuvõtvalt tuleb öelda, et teaduslikku kontseptsiooni Maast kui terviklikust elussüsteemist, elavast superorganismist on loodusteadlased ja -mõtlejad välja töötanud alates 18. sajandist. Seda teemat arutles kaasaegse geoloogia ja geokronoloogia isa James Hutton, loodusteadlane, kes andis maailmale termini "bioloogia" Jean-Baptiste Lamarck, loodusteadlane ja rändur, geograafia kui iseseisva teaduse üks rajajaid Alexander von Humboldt.

XX sajandil töötati idee välja silmapaistva Vene ja Nõukogude teadlase ja mõtleja Vladimir Ivanovitš Vernadski teaduslikult põhjendatud biosfääri kontseptsioonis. Oma teaduslikus ja teoreetilises osas on Gaia kontseptsioon sarnane "biosfääriga". Eelmise sajandi 70ndatel polnud Lovelock aga Vernadski teostega veel tuttav. Sel ajal polnud tema töödest edukaid tõlkeid inglise keelde: nagu Lovelock ütles, on inglise keelt kõnelevad teadlased traditsiooniliselt "kurdid", et töötada teistes keeltes.

Lovelock, nagu ka tema kauaaegne kolleeg Lynn Margulis, ei kinnita enam, et Gaia on superorganism. Täna mõistab ta, et tema termin "organism" on paljuski vaid kasulik metafoor.

Samas võib samal põhjusel metafooriks pidada Charles Darwini kontseptsiooni „võitlus ellujäämise nimel”. Samas ei takistanud see Darwini teoorial maailma vallutamast. Sellised metafoorid võivad stimuleerida teaduslikku mõtlemist, viivad meid teadmiste teel aina kaugemale.

Tänapäeval on Gaia hüpotees saanud tõuke Maa süsteemse organismiteaduse kaasaegse versiooni - geofüsioloogia - väljatöötamiseks. Võib-olla muutub see aja jooksul sünteetiliseks biosfääriteaduseks, mille loomisest Vernadsky kunagi unistas. Nüüd on see teel traditsiooniliseks, üldtunnustatud teadmistevaldkonnaks kujunemise ja muutumise poole.

Pole juhus, et väljapaistev Briti evolutsioonibioloog William Hamilton - teooria ühe meeleheitlikuma kriitiku Richard Dawkinsi mentor ja viimase poolt oma raamatu pealkirjas kasutatud väljendi "isekas geen" autor. - kutsus James Lovelocki "Copernicus ootab oma Newtonit".