Ученые, наконец, имеют объяснение для геевской головоломкиРомоло Тавани / shutterstock

Мы, скорее всего, никогда не узнаем, как началась жизнь на Земле. Возможно, в неглубоком солнечном бассейне. Или в сокрушительных океанских глубинах миль под поверхностью около трещин в земной коре, извергавших горячий богатый минералами суп. Хотя есть хорошие доказательства жизни по крайней мере 3.7 миллиардов лет назад, мы точно не знаем, когда это началось.

Но эти проходящие эоны произвели что-то, что может быть еще более примечательным: жизнь сохранилась. Несмотря на массовое воздействие астероидов, катастрофическую активность вулканов и экстремальное изменение климата, жизнь сумела не просто цепляться за наш скалистый мир, а процветать.

Как это произошло? Исследования, которые мы недавно опубликовали с коллегами в Тенденции в области экологии и эволюции дает важную часть ответа, давая новое объяснение гипотезы Гайи.

Разработан ученым и изобретателем Джеймс Лавлок, и микробиолог Линн Маргулис, Gaia гипотеза первоначально предполагалось, что жизнь, благодаря ее взаимодействию с земной корой, океанами и атмосферой, оказывает стабилизирующее воздействие на условия на поверхности планеты - в частности, на состав атмосферы и климата. Благодаря такому саморегулируемому процессу жизнь могла выжить в условиях, которые бы уничтожили ее на нерегулируемых планетах.

Лавлок сформулировал гипотезу Гайи, работая в NASA в 1960. Он узнал, что жизнь не была пассивным пассажиром на Земле. Скорее, он глубоко переделал планету, создав новые породы, такие как известняк, воздействуя на атмосферу, создавая кислород и управляя циклами таких элементов, как азот, фосфор и углерод. Человеческое изменение климата, которое в значительной степени является следствием того, что мы сжигаем ископаемое топливо и таким образом выделяя углекислый газ, - это самый последний способ жизни, воздействующий на систему Земли.


графика подписки внутри себя


Несмотря на то, что в настоящее время принято считать, что жизнь является мощной силой на планете, гипотеза Гайя остается спорным. Несмотря на доказательства того, что температура поверхности имеет, за исключением нескольких примечательных исключений, оставалась в пределах диапазона, необходимого для широко распространенной жидкой воды, многие ученые связывают это просто с удачей. Если бы Земля спустилась полностью в ледяной дом или горячий дом (подумайте о Марсе или Венере), тогда жизнь исчезла бы, и мы не были бы здесь, чтобы задуматься о том, как она так долго сохранялась. Это форма антропный аргумент выбора что говорится, что объяснять нечего.

Ясно, что жизнь на Земле была удачной. В первом случае Земля находится в зоне обитания - она ​​вращается вокруг Солнца на расстоянии, которое создает температуру поверхности, требуемую для жидкой воды. Есть альтернативные и, возможно, более экзотические формы жизни во Вселенной, но жизнь, как мы ее знаем, требует воды. Жизни также повезло избежать очень больших астероидных ударов. Комок камня значительно больше, чем тот, который ведет к гибели динозавров некоторые 66m лет назад может полностью стерилизовать Землю.

Но что, если бы жизнь смогла опуститься на одну сторону весов удачи? Что, если жизнь в каком-то смысле сделала свою удачу, уменьшив последствия нарушений планетарного масштаба? Это приводит к центральной нерешенной проблеме в гипотезе Гайи: как планетарная саморегуляция должна работать?

Хотя естественный отбор является мощным объяснительным механизмом, который может объяснить большую часть изменений, которые мы наблюдаем у видов с течением времени, нам не хватает теории, которая могла бы объяснить, как живые и неживые элементы планеты производят саморегуляцию. Следовательно, гипотеза Гайи обычно считается интересной, но спекулятивной, а не обоснованная в любой проверяемой теории.

Выбор для стабильности

Мы думаем, что у нас наконец есть объяснение гипотезы Гайи. Механизм представляет собой «последовательный выбор». В принципе это очень просто. По мере того, как на планете возникает жизнь, она начинает влиять на условия окружающей среды, и это может быть организовано в стабилизирующие состояния, которые действуют как термостат и, как правило, сохраняются или дестабилизируют состояния убегания, такие как снежный ком что почти погасило начало сложной жизни больше, чем 600m лет назад.

Если он стабилизируется, то сцена устанавливается для дальнейшей биологической эволюции, которая со временем переконфигурирует набор взаимодействий между жизнью и планетой. Известным примером является происхождение кислород-продуцирующего фотосинтеза около 3 миллиардов лет назад, в мире, ранее лишенном кислорода. Если эти более новые взаимодействия стабилизируются, то планетная система продолжает саморегулировать. Но новые взаимодействия могут также приводить к сбоям и обратным результатам. В случае фотосинтеза это привело к резкому повышению уровня кислорода в атмосфере в "Большое событие окисления«Около 2.3 миллиардов лет назад. Это был один из редких периодов в истории Земли, где изменение было настолько ярко выраженным, что, вероятно, оно уничтожило большую часть действующей биосферы, эффективно перезагружая систему.

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} Механизм выбора.

Шансы на жизнь и окружающую среду, спонтанно организованные в саморегулируемые государства, могут быть намного выше, чем вы ожидали. Если факт, учитывая достаточное биоразнообразие, это может быть чрезвычайно вероятно, Но есть предел этой стабильности. Надавите на систему слишком далеко, и она может выйти за пределы точки опрокидывания и быстро свернуть к новому и потенциально совершенно другому состоянию.

Это не чисто теоретическое упражнение, так как мы думаем, что можем испытать теорию по-разному. В наименьшей степени, которая включала бы эксперименты с различными бактериальными колониями. В гораздо большем масштабе это потребует поиска других биосфер вокруг других звезд, которые мы могли бы использовать для оценки общего количества биосфер во Вселенной, и поэтому не только, насколько вероятно, что это для жизни, но и сохранится.

Актуальность наших выводов для текущих проблем, связанных с изменением климата, не ускользнула от нас. Что бы люди ни делали, жизнь так или иначе будет продолжаться. Но если мы продолжим выделять парниковые газы и, таким образом, изменим атмосферу, тогда мы рискуем создать опасное и потенциально беглое изменение климата. Это может в конечном итоге остановить человеческую цивилизацию, влияющую на атмосферу, хотя бы потому, что не останется никакой человеческой цивилизации.

БеседаСаморегулирование Гайана может быть очень эффективным. Но нет никаких доказательств того, что он предпочитает одну форму жизни над другой. Бесчисленные виды появились, а затем исчезли с Земли за последние 3.7 миллиардов лет. У нас нет причин думать, что Хомо сапиенс в этом отношении.

Об авторе

Джеймс Дайк, доцент кафедры устойчивой науки, Университет Саутгемптона и Тим Лентон, директор Института глобальных систем, Университет Эксетера

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon