科學家終於對蓋亞之謎進行了解釋Romolo Tavani / shutterstock

我們可能永遠不知道地球上的生命是如何開始的。 也許在淺陽光照射的游泳池。 或者在破碎的海洋深處,在地表下面的地下,在地殼的裂縫附近,噴出富含熱量的富含礦物質的湯。 雖然有充分的生命證據 至少十億十億年前,我們不知道它何時開始。

但是這些過去的事情已經產生了一些可能更顯著的東西:生命一直存在。 儘管大規模的小行星撞擊,災難性的火山活動和極端的氣候變化,生活不僅僅是依靠我們的岩石世界,而是茁壯成長。

這怎麼發生的? 我們最近與同事一起發表的研究報告 生態和進化趨勢 提供了答案的重要部分,為蓋亞假說提供了新的解釋。

由科學家和發明家開發 詹姆斯拉夫洛克和微生物學家 林恩馬古利斯是, 蓋亞假說 最初提出,生命通過與地殼,海洋和大氣的相互作用,對地球表面的條件產生了穩定作用 - 特別是大氣和氣候的組成。 通過這種自我調節過程,生活能夠在非調節行星上消滅它的條件下生存。

Lovelock在為1960s的NASA工作時制定了Gaia假設。 他認識到生命並不是地球上的被動乘客。 相反,它對地球進行了深刻的改造,創造了新的岩石,如石灰石,通過產生氧氣影響大氣,並驅動氮,磷和碳等元素的循環。 人為產生的氣候變化,主要是我們燃燒化石燃料,釋放二氧化碳的結果,是生命影響地球系統的最新方式。


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雖然人們現在已經認識到生命是地球上一股強大的力量,但蓋亞的假設仍然存在爭議。 儘管有證據表明,除了一些明顯的例外,表面溫度仍然在廣泛的液態水所需的範圍內,但許多科學家認為這僅僅是為了好運。 如果地球完全下降到冰屋或溫室(想想火星或金星),那么生命就會滅絕,我們不會在這裡懷疑它如何持續這麼長時間。 這是一種形式 人擇選擇論證 這說沒有什麼可以解釋的。

顯然,地球上的生命是幸運的。 在第一種情況下,地球位於可居住區域內 - 它以一定距離運行太陽,產生液態水所需的表面溫度。 宇宙中有另類的,也許是更奇特的生命形式,但我們所知道的生命需要水。 生活也很幸運,以避免非常大的小行星撞擊。 一塊岩石明顯大於導致恐龍滅亡的那塊岩石 幾年前的一些66m 可以完全消滅地球。

但是,如果生活能夠壓低財富規模的一面呢? 如果生命在某種意義上通過減少行星尺度擾動的影響而自行運氣怎麼辦? 這導致了蓋亞假設中的核心突出問題:行星自律如何發揮作用?

雖然自然選擇是一種強有力的解釋機制,可以解釋我們在物種中隨時間觀察到的大部分變化,但我們缺乏一種理論可以解釋一個行星的生物和非生物元素如何產生自我調節。 因此,蓋亞假設通常被認為是有趣的,但卻是推測性的 - 而不是 以任何可測試的理論為基礎.

選擇穩定性

我們認為我們最終對蓋亞假說有一個解釋。 該機制是“順序選擇”。 原則上它非常簡單。 隨著生命在地球上出現,它開始影響環境條件,這可以組織成穩定狀態,這些狀態就像一個恆溫器並且傾向於持續存在,或者破壞穩定的失控狀態,例如 雪球地球事件 這比幾年前的600m幾乎熄滅了複雜生命的開始。

如果它穩定下來,那麼場景將被設定用於進一步的生物進化,這將及時重新配置生命與行星之間的相互作用集。 一個著名的例子是 產氧光合作用的起源 大約在3十億年前,在一個以前沒有氧氣的世界裡。 如果這些較新的相互作用穩定下來,那麼行星系統將繼續自我調節。 但新的互動也會產生中斷和失控的反饋。 在光合作用的情況下,它導致大氣中氧氣含量突然升高。偉大的氧化事件“大約在2.3十億年前。 這是地球歷史上罕見的時期之一,其變化非常明顯,可能會消滅大部分現有生物圈,有效地重新啟動系統。

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} 選擇機制。

生命和環境自發組織成自我調節狀態的可能性可能比你預期的要高得多。 如果有足夠的生物多樣性, 這可能是極有可能的。 但這種穩定性是有限度的。 將系統推得太遠,它可能超出臨界點並迅速崩潰到一個新的,可能非常不同的狀態。

這不是一個純粹的理論練習,因為我們認為我們可以用許多不同的方式來檢驗這個理論。 在最小規模,涉及多種細菌菌落的實驗。 在更大規模上,它將涉及尋找其他恆星周圍的其他生物圈,我們可以用它來估計宇宙中生物圈的總數 - 因此不僅生命有多大可能出現,而且還有持續存在。

我們的研究結果與當前對氣候變化的關注的相關性並沒有逃過我們。 無論人類做什麼,生活都會以這樣或那樣的方式進行。 但是,如果我們繼續排放溫室氣體並改變大氣層,那麼我們就有可能產生危險且可能失控的氣候變化。 如果只是因為不會留下任何人類文明,這最終可能會阻止人類文明影響大氣層。

談話蓋安自律可能非常有效。 但沒有證據表明它更喜歡某種形式的生活而非另一種形式。 在過去的3.7億年中,無數物種已經出現,然後從地球上消失了。 我們沒有理由這麼想 智人 在這方面有任何不同。

關於作者

James Dyke,可持續發展科學副教授, 英國南安普敦大學 和全球系統研究所所長Tim Lenton, 埃克塞特大學

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