Jorden er som en levende organisme! Hypotesen om videnskabsmanden James Lovelock

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Vores planet er unik. Ligesom vi hver især er anderledes end de romerske guders stenstatuer, er Jorden anderledes end Mars, Venus og andre kendte planeter. Lad os fortælle historien om en af vores tids måske mest fantastiske og kontroversielle hypoteser - Gaia-hypotesen, som inviterer os til at se på Jorden som en levende organisme.

Jorden er vores "intelligente hjem"

James Ephraim Lovelock fejrede sit hundrede år sidste sommer. Videnskabsmand, opfinder, ingeniør, uafhængig tænker, en person kendt ikke så meget for sine opfindelser som for den fantastiske antagelse, at Jorden er en selvregulerende superorganisme, der i det meste af sin historie, de sidste tre milliarder år, har opretholdt gunstige forhold for livet på overfladen…

Opkaldt efter Gaia - gudinden for den antikke græske mytologi, der personificerer Jorden - antyder hypotesen, i modsætning til traditionelle videnskaber, at planetens globale økosystem opfører sig som en biologisk organisme og ikke som et livløst objekt styret af geologiske processer.

I modsætning til de traditionelle geovidenskaber foreslår Lovelock at betragte planeten ikke som et sæt af separate systemer - atmosfæren, litosfæren, hydrosfæren og biosfæren - men som et enkelt system, hvor hver af dens komponenter, udvikler og ændrer sig, påvirker udviklingen. af andre komponenter. Desuden er dette system selvregulerende og har ligesom levende organismer mekanismer med omvendt forhold. I modsætning til andre kendte planeter opretholder Jorden sine klima- og miljøparametre gennem brugen af omvendte forhold mellem den levende og den livløse verden for at forblive et gunstigt hjem for levende væsener.

Fra det øjeblik den dukkede op, blev denne idé med rette kritiseret og blev ikke accepteret af det videnskabelige samfund, hvilket dog ikke forhindrer den i at ophidse fantasien og samle mange tilhængere rundt om i verden. På trods af hundredåret, fortsætter Lovelock nu, ligesom det meste af sit lange liv, der forbliver under kritikens ild, med at forsvare teorien, modificere og komplicere den, fortsætter med at arbejde og engagere sig i videnskabelige aktiviteter.

Er der liv på Mars

Men før han rettede sin opmærksomhed mod livet på Jorden, havde James Lovelock travlt med at lede efter liv på Mars. I 1961, kun fire år efter, at USSR lancerede vores planets første kunstige satellit ud i rummet, blev Lovelock inviteret til at arbejde hos NASA.

Som en del af Viking-programmet planlagde agenturet at sende to sonder til Mars for at studere planeten og især søge efter spor af mikroorganismers vitale aktivitet i dens jord. Det var enheder til at detektere liv, som skulle installeres ombord på sonderne, som videnskabsmanden udviklede, og arbejdede i Pasadena på Jet Propulsion Laboratory, et forskningscenter, der skaber og vedligeholder rumfartøjer for NASA. I øvrigt arbejdede han bogstaveligt talt side om side - på samme kontor - med den berømte astrofysiker og videnskabens popularisator Karl Sagan.

Hans job var ikke rent ingeniør. Biologer, fysikere og kemikere arbejdede sammen med ham. Dette gjorde det muligt for ham at dykke hovedkulds ned i eksperimenter for at finde måder at opdage liv og se på problemet fra alle sider.

Som et resultat spurgte Lovelock sig selv: "Hvis jeg selv var på Mars, hvordan kunne jeg så forstå, at der er liv på Jorden?" Og han svarede: "Ifølge hendes atmosfære, som trodser enhver naturlig forventning."Fri ilt udgør 20 procent af planetens atmosfære, mens kemiens love siger, at ilt er en meget reaktiv gas – og det hele skal være bundet i forskellige mineraler og bjergarter.

Lovelock konkluderede, at liv - mikrober, planter og dyr, konstant metabolisering af stof til energi, omdanne sollys til næringsstoffer, frigive og absorbere gas - er det, der gør Jordens atmosfære til, hvad den er. I modsætning hertil er Mars-atmosfæren praktisk talt død og i lavenergi-ligevægt med næsten ingen kemiske reaktioner.

I januar 1965 blev Lovelock inviteret til et centralt møde om søgen efter liv på Mars. Som forberedelse til en vigtig begivenhed læste videnskabsmanden en kort bog af Erwin Schrödinger "Hvad er liv". Den samme Schrödinger - en teoretisk fysiker, en af grundlæggerne af kvantemekanikken og forfatteren til det velkendte tankeeksperiment. Med dette arbejde ydede fysikeren et bidrag til biologien. Bogens sidste to kapitler indeholder Schrödingers refleksioner over livets natur.

Schrödinger gik ud fra den antagelse, at en levende organisme i eksistensproces løbende øger sin entropi – eller med andre ord producerer positiv entropi. Han introducerer begrebet negativ entropi, som levende organismer skal modtage fra den omgivende verden for at kompensere for væksten af positiv entropi, hvilket fører til termodynamisk ligevægt og derfor til døden. I en simpel forstand er entropi kaos, selvdestruktion og selvdestruktion. Negativ entropi er, hvad kroppen spiser. Ifølge Schrödinger er dette en af de vigtigste forskelle mellem liv og livløs natur. Et levende system skal eksportere entropi for at holde sin egen entropi lav.

Denne bog inspirerede Lovelock til at spørge: "Ville det ikke være nemmere at søge efter liv på Mars, på udkig efter lav entropi som en planetarisk egenskab, end at grave sig ned i regolith på jagt efter Mars-organismer?" I dette tilfælde er en simpel atmosfærisk analyse ved hjælp af en gaskromatograf tilstrækkelig til at finde lav entropi. Derfor anbefalede videnskabsmanden NASA at spare penge og aflyse vikingemissionen.

Til stjernerne

James Lovelock blev født den 26. juli 1919 i Letchworth, en lille by i Hertfordshire i det sydøstlige England. Denne by, bygget i 1903 60 kilometer fra London og er en del af dets grønne bælte, var den første bosættelse i Storbritannien, grundlagt i overensstemmelse med bykonceptet "havebyen". I begyndelsen af forrige århundrede var det ideen, der fangede mange lande om fremtidens megabyer, som ville kombinere de bedste egenskaber ved en by og en landsby. James blev født ind i en arbejderfamilie, hans forældre havde ingen uddannelse, men de gjorde alt for, at deres søn skulle modtage den.

I 1941 dimitterede Lovelock fra University of Manchester - et af de førende britiske universiteter blandt de berømte "Red Brick Universities". Der studerede han hos professor Alexander Todd, en fremragende engelsk organisk kemiker, nobelprisvinder for studiet af nukleotider og nukleinsyrer.

I 1948 modtog Lovelock sin MD fra London Institute of Hygiene and Tropical Medicine. I denne periode af sit liv er den unge videnskabsmand engageret i medicinsk forskning og opfinder de nødvendige enheder til disse eksperimenter.

Lovelock var kendetegnet ved en meget human holdning til forsøgsdyr - til det punkt, at han var klar til at udføre eksperimenter på sig selv. I en af hans undersøgelser ledte Lovelock og andre videnskabsmænd efter årsagen til skade på levende celler og væv under forfrysninger. Forsøgsdyrene - hamsterne, som forsøget blev udført på - skulle fryses, og derefter varmes og bringes til live igen.

Men hvis frysningsprocessen var forholdsvis smertefri for dyr, så tydede optøning på, at gnaverne skulle lægge varme spiseskefulde på deres bryster for at varme deres hjerter og tvinge blodet til at cirkulere gennem kroppen. Det var en ekstremt smertefuld procedure. Men i modsætning til Lovelock havde hans medbiologer ikke ondt af laboratoriegnavere.

Så opfandt videnskabsmanden en enhed, der havde næsten alt, hvad der kan forventes af en almindelig mikrobølgeovn - faktisk var det det. Du kunne lægge en frossen hamster der, indstille en timer, og efter en fastsat tid vågnede han. En dag, af nysgerrighed, varmede Lovelock sin frokost op på samme måde. Han tænkte dog ikke på at få patent på sin opfindelse i tide.

I 1957 opfandt Lovelock elektronindfangningsdetektoren, en ekstraordinært følsom enhed, der revolutionerede målingen af ultralave koncentrationer af gasser i atmosfæren og især i påvisningen af kemiske forbindelser, der udgør en trussel mod miljøet.

I slutningen af 1950'erne blev apparatet brugt til at demonstrere, at planetens atmosfære var fuld af rester fra pesticidet DDT (dichlordiphenyltrichlorethan). Dette ekstremt effektive og letopnåelige pesticid har været meget brugt siden Anden Verdenskrig. For opdagelsen af dets unikke egenskaber blev den schweiziske kemiker Paul Müller tildelt Nobelprisen i medicin i 1948. Denne pris blev uddelt ikke kun for de reddede afgrøder, men også for de millioner af reddede liv: DDT blev brugt under krigen til at bekæmpe malaria og tyfus blandt civile og militært personel.

Det var først i slutningen af 50'erne, at tilstedeværelsen af et farligt pesticid blev opdaget næsten overalt på Jorden - fra pingvinlever i Antarktis til modermælk fra ammende mødre i USA.

Detektoren leverede nøjagtige data til bogen "Silent Spring" fra 1962, skrevet af den amerikanske økolog Rachel Carson, som lancerede den internationale kampagne for at forbyde brugen af DDT. Bogen argumenterede for, at DDT og andre pesticider forårsagede kræft, og at deres anvendelse i landbruget udgjorde en trussel mod dyrelivet, især fugle. Udgivelsen var en skelsættende begivenhed i miljøbevægelsen og forårsagede et bredt offentligt ramaskrig, som til sidst førte til forbuddet mod landbrugsbrug af DDT i USA og derefter rundt om i verden i 1972.

Lidt senere, efter at have startet arbejdet hos NASA, rejste Lovelock til Antarktis og opdagede ved hjælp af sin detektor den allestedsnærværende tilstedeværelse af chlorfluorcarboner - kunstige gasser, som nu vides at nedbryde det stratosfæriske ozonlag. Begge disse opdagelser var ekstremt vigtige for planetens miljøbevægelse.

Så da US Aeronautics and Space Administration planlagde sine måne- og planetariske missioner i begyndelsen af 1960'erne og begyndte at lede efter nogen, der kunne skabe følsomt udstyr, der kunne sendes ud i rummet, henvendte de sig til Lovelock. Efter at have været fascineret af science fiction siden barndommen tog han imod tilbuddet med entusiasme og kunne selvfølgelig ikke afslå.

Planeter levende og døde

Arbejdet på Jet Propulsion Laboratory gav Lovelock en glimrende mulighed for at modtage det første bevis på Mars og Venus' natur transmitteret af rumsonder. Og disse var utvivlsomt fuldstændig døde planeter, påfaldende forskellige fra vores blomstrende og levende verden.

Jorden har en atmosfære, der er termodynamisk ustabil. Gasser som oxygen, metan og kuldioxid produceres i store mængder, men eksisterer samtidig i stabil dynamisk ligevægt.

Den mærkelige og ustabile atmosfære, vi indånder, kræver noget på Jordens overflade, som kontinuerligt kan syntetisere enorme mængder af disse gasser, samt fjerne dem fra atmosfæren på samme tid. Samtidig er planetens klima ret følsomt over for overfloden af polyatomare gasser som metan og kuldioxid.

Lovelock udvikler gradvist en idé om den regulerende rolle for sådanne cyklusser af stoffer i naturen - analogt med metaboliske processer i et dyrs krop. Og det jordiske liv er involveret i disse processer, som ifølge Lovelocks teori ikke kun deltager i dem, men også lærte at opretholde de nødvendige eksistensbetingelser for sig selv, efter at have indgået en form for gensidigt gavnligt samarbejde med planeten.

Og hvis først alt dette var ren spekulation, så havde Lovelock i 1971 mulighed for at diskutere dette emne med den fremragende biolog Lynn Margulis, skaberen af den moderne version af teorien om symbiogenese og den første kone til Carl Sagan.

Margulis var medforfatter til Gaia-hypotesen. Hun foreslog, at mikroorganismer skulle spille en forbindende rolle i samspillet mellem liv og planeten. Som Lovelock bemærkede i et af hans interviews: "Det ville være rimeligt at sige, at hun lagde kød i knoglerne af mit fysiologiske koncept om en levende planet."

På grund af konceptets nyhed og dets uoverensstemmelse med traditionelle videnskaber, havde Lovelock brug for et kort og mindeværdigt navn. Det var dengang i 1969, at en ven og nabo til videnskabsmanden, fysikeren og forfatteren, nobelprismodtageren, samt forfatteren til romanen Fluernes Herre, William Golding, foreslog at kalde denne idé Gaia - til ære for oldgræsk jordens gudinde.

Hvordan det virker

Ifølge Lovelocks koncept er livets udvikling, det vil sige helheden af alle biologiske organismer på planeten, så tæt forbundet med udviklingen af deres fysiske miljø på global skala, at de sammen danner et enkelt selvudviklende system med selvet. -regulatoriske egenskaber svarende til en levende organismes fysiologiske egenskaber.

Livet tilpasser sig ikke kun til planeten: det ændrer den til sine egne formål. Evolution er en pardans, hvor alt levende og livløst snurrer. Fra denne dans kommer essensen af Gaia frem.

Lovelock introducerer begrebet geofysiologi, som indebærer en systemtilgang til jordvidenskab. Geofysiologi præsenteres som en syntetisk jordvidenskab, der studerer egenskaberne og udviklingen af et integreret system, hvis nært beslægtede komponenter er biota, atmosfære, oceaner og jordskorpen.

Dens opgaver omfatter søgning og undersøgelse af selvreguleringsmekanismer på planetarisk niveau. Geofysiologi har til formål at etablere forbindelser mellem cykliske processer på cellulært-molekylært niveau med lignende processer på andre relaterede niveauer, såsom organismen, økosystemerne og planeten som helhed.

I 1971 blev det foreslået, at levende organismer er i stand til at producere stoffer, der har regulatorisk betydning for klimaet. Dette blev bekræftet, da man i 1973 opdagede udledningen af dimethylsulfid fra døende planktoniske organismer.

Dimethylsulfiddråber, der kommer ind i atmosfæren, tjener som kondensationskerner af vanddamp, hvilket forårsager dannelsen af skyer. Tætheden og området af skydække påvirker vores planets albedo betydeligt - dens evne til at reflektere solstråling.

På samme tid, der falder til jorden sammen med regnen, fremmer disse svovlforbindelser væksten af planter, som igen fremskynder udvaskningen af sten. De biogener, der dannes som følge af udvaskningen, skylles ud i floder og ender til sidst i havene, hvilket fremmer væksten af planktonalger.

Rejsecyklussen for dimethylsulfid er lukket. Til støtte herfor fandt man i 1990 ud af, at uklarhed over havene korrelerer med udbredelsen af plankton.

Ifølge Lovelock bliver den biogene mekanisme til regulering af skydækket i dag, hvor atmosfæren er overophedet som følge af menneskelig aktivitet, ekstrem vigtig.

Et andet regulatorisk element i Gaia er kuldioxid, som geofysiologi betragter som en vigtig metabolisk gas. Klima, plantevækst og produktion af fri atmosfærisk ilt afhænger af dens koncentration. Jo mere kulstof der lagres, jo mere ilt frigives der til atmosfæren.

Ved at kontrollere koncentrationen af kuldioxid i atmosfæren regulerer biota derved planetens gennemsnitlige temperatur. I 1981 blev det foreslået, at en sådan selvregulering sker gennem biogen forbedring af klippernes forvitringsprocessen.

Lovelock sammenligner vanskeligheden ved at forstå de processer, der finder sted på planeten, med vanskeligheden ved at forstå økonomien. Økonom fra det 18. århundrede, Adam Smith, er bedst kendt for at introducere begrebet "den usynlige hånd" i videnskaben, hvilket får uhæmmet kommerciel egeninteresse til på en eller anden måde at arbejde for det fælles bedste.

Det er det samme med planeten, siger Lovelock: da den "modnede", begyndte den at opretholde betingelser, der var egnede til livets eksistens, og den "usynlige hånd" var i stand til at lede organismers forskellige interesser til den fælles årsag til opretholdelse disse forhold.

Darwin vs. Lovelock

Gaia: A New Look at Life on Earth blev udgivet i 1979 og blev en bestseller. Det blev godt modtaget af miljøforkæmpere, men ikke af videnskabsmænd, hvoraf de fleste afviste de ideer, det indeholdt.

Den kendte kritiker af kreationisme og intelligent design, professor ved University of Oxford og forfatter til The Selfish Gene, Richard Dawkins, fordømte Gaias teori som et "dybt mangelfuldt" kætteri mod grundsætningen i Darwinistisk naturlig udvælgelse: "de stærkeste overlever." Alligevel fordi Gaias teori siger, at dyr, planter og mikroorganismer ikke kun konkurrerer, men også samarbejder om at bevare miljøet.

Da Gaias teori første gang blev diskuteret, var darwinistiske biologer blandt hendes hårdeste modstandere. De hævdede, at det nødvendige samarbejde for Jordens selvregulering aldrig kan kombineres med den konkurrence, der er nødvendig for naturlig udvælgelse.

Ud over selve essensen vakte navnet, hentet fra mytologien, også utilfredshed. Alt dette lignede en ny religion, hvor selve Jorden blev genstand for guddommeliggørelse. Den talentfulde polemiker Richard Dawkins udfordrede Lovelocks teori med samme energi, som han senere brugte i forhold til begrebet Guds eksistens.

Lovelock fortsatte med at tilbagevise deres kritik med beviser for selvregulering indsamlet fra hans forskning og matematiske modeller, der illustrerede, hvordan planetarisk klimaselvregulering fungerer. Gaias teori er et top-down, fysiologisk syn på jordsystemet. Hun ser Jorden som en dynamisk lydhør planet og forklarer, hvorfor den er så forskellig fra Mars eller Venus.

Kritikken var hovedsageligt baseret på den misforståelse, at den nye hypotese var anti-darwinistisk.

"Naturlig udvælgelse favoriserer forstærkere," sagde Lovelock. Hans teori beskriver kun Darwins teori, hvilket antyder, at naturen favoriserer organismer, der efterlader miljøet i bedre form, så afkom kan overleve.

De arter af levende ting, der påvirker miljøet negativt, gør det mindre egnet til eftertiden og vil i sidste ende blive fordrevet fra planeten - såvel som svagere, evolutionært utilpassede arter, hævdede Lovelock.

Copernicus venter på sin Newton

Sammenfattende må det siges, at det videnskabelige koncept om Jorden som et integreret levende system, en levende superorganisme, er blevet udviklet af naturalistiske videnskabsmænd og tænkere siden det 18. århundrede. Dette emne blev diskuteret af faderen til moderne geologi og geokronologi James Hutton, naturvidenskabsmand, der gav verden udtrykket "biologi" Jean-Baptiste Lamarck, naturforsker og rejsende, en af grundlæggerne af geografi som en uafhængig videnskab, Alexander von Humboldt.

I det XX århundrede blev ideen udviklet i et videnskabeligt funderet koncept om biosfæren for den fremragende russiske og sovjetiske videnskabsmand og tænker Vladimir Ivanovich Vernadsky. I sin videnskabelige og teoretiske del ligner begrebet Gaia "Biosfæren". Men i 70'erne af forrige århundrede var Lovelock endnu ikke bekendt med Vernadskys værker. På det tidspunkt var der ingen vellykkede oversættelser af hans arbejde til engelsk: som Lovelock udtrykte det, er engelsktalende videnskabsmænd traditionelt "døve" til at arbejde på andre sprog.

Lovelock, ligesom sin mangeårige kollega Lynn Margulis, insisterer ikke længere på, at Gaia er en superorganisme. I dag erkender han, at hans begreb "organisme" på mange måder blot er en nyttig metafor.

Charles Darwins begreb om "kamp for overlevelse" kan dog betragtes som en metafor med samme grund. Samtidig forhindrede dette ikke den darwinistiske teori i at erobre verden. Metaforer som disse kan stimulere den videnskabelige tankegang og flytte os længere og længere ad vejen til viden.

I dag er Gaia-hypotesen blevet en drivkraft for udviklingen af en moderne version af Jordens systemiske organismevidenskab - geofysiologi. Måske vil det med tiden blive den syntetiske biosfærevidenskab, som Vernadsky engang drømte om at skabe. Nu er det på vej til at blive og forvandle sig til et traditionelt, alment anerkendt vidensfelt.

Det er ikke tilfældigt, at den fremtrædende britiske evolutionsbiolog William Hamilton - mentor for en af de mest desperate kritikere af teorien, Richard Dawkins, og forfatteren til udtrykket "det egoistiske gen", som sidstnævnte brugte i titlen på sin bog. - kaldte James Lovelock "Copernicus afventer sin Newton".