Země je jako živý organismus! Hypotéza vědce Jamese Lovelocka

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Naše planeta je jedinečná. Stejně jako se každý z nás liší od kamenných soch římských bohů, liší se Země od Marsu, Venuše a dalších známých planet. Pojďme si vyprávět příběh jedné z možná nejúžasnějších a nejkontroverznějších hypotéz naší doby – hypotézy Gaia, která nás zve k pohledu na Zemi jako na živý organismus.

Země je náš "chytrý domov"

James Ephraim Lovelock loni v létě oslavil sté výročí. Vědec, vynálezce, inženýr, nezávislý myslitel, člověk známý ani ne tak svými vynálezy, jako úžasným předpokladem, že Země je samoregulační superorganismus, který si po většinu své historie, poslední tři miliardy let, udržoval příznivé podmínky. pro život na povrchu…

Hypotéza pojmenovaná po Gaii - bohyni starověké řecké mytologie, zosobňující Zemi - na rozdíl od tradičních věd naznačuje, že globální ekosystém planety se chová jako biologický organismus, a ne jako neživý objekt ovládaný geologickými procesy.

Na rozdíl od tradičních věd o Zemi Lovelock navrhuje považovat planetu nikoli za soubor samostatných systémů – atmosféru, litosféru, hydrosféru a biosféru – ale za jediný systém, kde každá jeho složka, vyvíjející se a měnící se, ovlivňuje vývoj. dalších komponentů. Navíc je tento systém samoregulační a stejně jako živé organismy má mechanismy inverzního vztahu. Na rozdíl od jiných známých planet si Země pomocí inverzních vztahů mezi živým a neživým světem udržuje své klimatické a environmentální parametry, aby zůstala příznivým domovem pro živé bytosti.

Tato myšlenka byla již od svého vzniku právem kritizována a vědeckou komunitou nepřijata, což jí však nebrání vzbudit fantazii a shromáždit mnoho příznivců po celém světě. Navzdory stému výročí, Lovelock nyní, stejně jako většina svého dlouhého života, zůstává pod palbou kritiky, nadále hájí teorii, upravuje a komplikuje ji, pokračuje v práci a zapojuje se do vědeckých aktivit.

Je na Marsu život

Než však obrátil svou pozornost k životu na Zemi, byl James Lovelock zaneprázdněn hledáním života na Marsu. V roce 1961, pouhé čtyři roky poté, co SSSR vypustil do vesmíru první umělou družici naší planety, byl Lovelock pozván, aby pracoval v NASA.

V rámci programu Viking plánovala agentura vyslat na Mars dvě sondy, které by planetu zkoumaly a zejména hledaly stopy životně důležité činnosti mikroorganismů v její půdě. Právě zařízení pro detekci života, která měla být instalována na palubě sond, vědec vyvinul, pracující v Pasadeně, ve výzkumném centru Jet Propulsion Laboratory, které vytváří a udržuje kosmické lodě pro NASA. Mimochodem, doslova bok po boku – ve stejné kanceláři – pracoval se slavným astrofyzikem a popularizátorem vědy Karlem Saganem.

Jeho práce nebyla čistě inženýrská. Spolu s ním pracovali biologové, fyzici a chemici. To mu umožnilo vrhnout se po hlavě do experimentů, aby našel způsoby, jak odhalit život a podívat se na problém ze všech stran.

V důsledku toho se Lovelock zeptal sám sebe: "Kdybych já sám byl na Marsu, jak bych mohl pochopit, že na Zemi je život?" A on odpověděl: "Podle její atmosféry, která vzdoruje jakýmkoli přirozeným očekáváním."Volný kyslík tvoří 20 procent atmosféry planety, zatímco zákony chemie říkají, že kyslík je vysoce reaktivní plyn – a všechen musí být vázán v různých minerálech a horninách.

Lovelock došel k závěru, že život – mikrobi, rostliny a zvířata, neustále metabolizující hmotu na energii, přeměňující sluneční světlo na živiny, uvolňující a absorbující plyn – je to, co dělá atmosféru Země tím, čím je. Oproti tomu atmosféra Marsu je prakticky mrtvá a v nízkoenergetické rovnováze téměř bez chemických reakcí.

V lednu 1965 byl Lovelock pozván na stěžejní setkání o hledání života na Marsu. V rámci přípravy na důležitou událost přečetl vědec krátkou knihu Erwina Schrödingera „Co je život“. Tentýž Schrödinger – teoretický fyzik, jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky a autor známého myšlenkového experimentu. Touto prací fyzik přispěl k biologii. Poslední dvě kapitoly knihy obsahují Schrödingerovy úvahy o podstatě života.

Schrödinger vycházel z předpokladu, že živý organismus v procesu existence neustále zvyšuje svou entropii – nebo jinými slovy produkuje pozitivní entropii. Zavádí pojem negativní entropie, kterou musí živé organismy přijímat z okolního světa, aby kompenzovaly růst pozitivní entropie vedoucí k termodynamické rovnováze, a tedy ke smrti. V jednoduchém smyslu je entropie chaos, sebezničení a sebezničení. Negativní entropie je to, co tělo jí. To je podle Schrödingera jeden z hlavních rozdílů mezi životem a neživou přírodou. Živý systém musí vyvážet entropii, aby svou vlastní entropii udržel na nízké úrovni.

Tato kniha inspirovala Lovelocka k otázce: "Nebylo by snazší hledat život na Marsu a hledat nízkou entropii jako planetární vlastnost, než se zavrtat do regolitu při hledání marťanských organismů?" V tomto případě stačí k nalezení nízké entropie jednoduchá atmosférická analýza pomocí plynového chromatografu. Vědec proto doporučil NASA šetřit peníze a zrušit misi Viking.

Ke hvězdám

James Lovelock se narodil 26. července 1919 v Letchworth, malém městě v Hertfordshire na jihovýchodě Anglie. Toto město, postavené v roce 1903 60 kilometrů od Londýna a je součástí jeho zeleného pásu, bylo první osadou ve Spojeném království, založenou v souladu s urbanistickým konceptem „zahradního města“. Na začátku minulého století to byla myšlenka, která zachytila mnoho zemí o megaměstech budoucnosti, která by spojovala ty nejlepší vlastnosti města a vesnice. James se narodil do dělnické rodiny, jeho rodiče neměli žádné vzdělání, ale dělali vše pro to, aby ho jejich syn získal.

V roce 1941 vystudoval Lovelock University of Manchester - jednu z předních britských univerzit ze slavných "Red Brick Universities". Tam studoval u profesora Alexandra Todda, vynikajícího anglického organického chemika, nositele Nobelovy ceny za studium nukleotidů a nukleových kyselin.

V roce 1948 získal Lovelock titul M. D. na London Institute of Hygiene and Tropical Medicine. V tomto období svého života se mladý vědec zabývá lékařským výzkumem a vynalézá zařízení nezbytná pro tyto experimenty.

Lovelock se vyznačoval velmi humánním přístupem k laboratorním zvířatům - až do té míry, že byl připraven provádět experimenty na sobě. Lovelock a další vědci v jedné ze svých studií hledali příčinu poškození živých buněk a tkání při omrzlinách. Pokusná zvířata – křečci, na kterých se experiment prováděl – měla být zmražena, poté zahřátá a přivedena zpět k životu.

Ale pokud byl proces zmrazování pro zvířata poměrně bezbolestný, pak rozmrazování naznačovalo, že si hlodavci museli dávat horké polévkové lžíce na hruď, aby zahřáli jejich srdce a přinutili krev cirkulovat tělem. Byl to extrémně bolestivý zákrok. Na rozdíl od Lovelocka ale jeho kolegové biologové laboratorních hlodavců nelitovali.

Poté vědec vynalezl zařízení, které mělo téměř vše, co lze od běžné mikrovlnné trouby očekávat – ve skutečnosti to bylo ono. Mohli jste tam dát zmrzlého křečka, nastavit časovač a po nastavené době se probudil. Jednoho dne si Lovelock ze zvědavosti stejným způsobem ohřál oběd. Nenapadlo ho však získat včas patent na svůj vynález.

V roce 1957 Lovelock vynalezl detektor elektronového záchytu, mimořádně citlivé zařízení, které způsobilo revoluci v měření ultranízkých koncentrací plynů v atmosféře a zejména v detekci chemických sloučenin, které představují hrozbu pro životní prostředí.

Na konci 50. let bylo zařízení použito k demonstraci toho, že atmosféra planety je plná zbytků pesticidu DDT (dichlordifenyltrichlorethan). Tento extrémně účinný a snadno dostupný pesticid je široce používán od druhé světové války. Za objev jeho jedinečných vlastností byl švýcarský chemik Paul Müller v roce 1948 oceněn Nobelovou cenou za medicínu. Toto ocenění bylo uděleno nejen za zachráněnou úrodu, ale také za miliony zachráněných životů: DDT bylo během války použito v boji proti malárii a tyfu mezi civilisty a vojenským personálem.

Teprve koncem 50. let byla přítomnost nebezpečného pesticidu objevena téměř všude na Zemi – od jater tučňáka v Antarktidě až po mateřské mléko kojících matek ve Spojených státech.

Detektor poskytl přesná data pro knihu „Silent Spring“z roku 1962, kterou napsala americká ekoložka Rachel Carson a která zahájila mezinárodní kampaň za zákaz používání DDT. Kniha tvrdila, že DDT a další pesticidy způsobují rakovinu a že jejich použití v zemědělství představuje hrozbu pro volně žijící zvířata, zejména ptáky. Publikace byla přelomovou událostí v ekologickém hnutí a vyvolala širokou veřejnou nevoli, která nakonec vedla k zákazu zemědělského používání DDT ve Spojených státech a poté po celém světě v roce 1972.

O něco později, po zahájení práce v NASA, Lovelock odcestoval do Antarktidy a s pomocí svého detektoru objevil všudypřítomnou přítomnost chlorfluoruhlovodíků – umělých plynů, o kterých je dnes známo, že poškozují stratosférickou ozonovou vrstvu. Oba tyto objevy byly nesmírně důležité pro ekologické hnutí planety.

Když tedy americký úřad pro letectví a vesmír naplánoval své lunární a planetární mise do začátku 60. let a začal hledat někoho, kdo by dokázal vytvořit citlivé zařízení, které by bylo možné poslat do vesmíru, obrátili se na Lovelocka. Vzhledem k tomu, že byl od dětství fascinován sci-fi, přijal nabídku s nadšením a samozřejmě nemohl odmítnout.

Planety živé a mrtvé

Práce v Jet Propulsion Laboratory poskytla Lovelockovi vynikající příležitost získat první důkazy o povaze Marsu a Venuše přenášené vesmírnými sondami. A to byly nepochybně zcela mrtvé planety, nápadně odlišné od našeho vzkvétajícího a živého světa.

Země má atmosféru, která je termodynamicky nestabilní. Plyny jako kyslík, metan a oxid uhličitý jsou produkovány ve velkém množství, ale koexistují ve stabilní dynamické rovnováze.

Podivná a nestabilní atmosféra, kterou dýcháme, vyžaduje na zemském povrchu něco, co dokáže nepřetržitě syntetizovat obrovské množství těchto plynů a zároveň je odstraňovat z atmosféry. Zároveň je klima planety poměrně citlivé na množství víceatomových plynů, jako je metan a oxid uhličitý.

Lovelock postupně rozvíjí představu o regulační roli takových cyklů látek v přírodě - analogicky s metabolickými procesy v těle zvířete. A do těchto procesů je zapojen pozemský život, který se na nich podle Lovelockovy teorie nejen podílí, ale naučil se pro sebe udržovat potřebné podmínky existence tím, že vstoupil do nějaké formy vzájemně výhodné spolupráce s planetou.

A pokud to byla zpočátku čistá spekulace, pak měl Lovelock v roce 1971 příležitost diskutovat o tomto tématu s vynikající bioložkou Lynn Margulis, tvůrce moderní verze teorie symbiogeneze a první manželkou Carla Sagana.

Margulis je spoluautorem hypotézy Gaia. Navrhla, že mikroorganismy by měly hrát spojovací roli v oblasti interakce mezi životem a planetou. Jak Lovelock poznamenal v jednom ze svých rozhovorů: "Bylo by fér říci, že vložila maso do kostí mého fyziologického konceptu živé planety."

Kvůli novosti konceptu a jeho nesouladu s tradičními vědami potřeboval Lovelock krátké a zapamatovatelné jméno. Tehdy, v roce 1969, přítel a soused vědce, fyzika a spisovatele, laureáta Nobelovy ceny a také autora románu Pán much Williama Goldinga, navrhl nazvat tuto myšlenku Gaia - na počest starověká řecká bohyně Země.

Jak to funguje

Podle Lovelockova konceptu je evoluce života, tedy souhrnu všech biologických organismů na planetě, tak úzce spjata s vývojem jejich fyzického prostředí v globálním měřítku, že společně tvoří jediný seberozvíjející se systém s vlastním já -regulační vlastnosti podobné fyziologickým vlastnostem živého organismu.

Život se planetě nejen přizpůsobuje: mění ji pro své vlastní účely. Evoluce je párový tanec, ve kterém se točí vše živé i neživé. Z tohoto tance vyvstává podstata Gaia.

Lovelock zavádí koncept geofyziologie, který implikuje systémový přístup k vědám o Zemi. Geofyziologie je prezentována jako syntetická věda o Zemi, která studuje vlastnosti a vývoj integrálního systému, jehož úzce související složky jsou biota, atmosféra, oceány a zemská kůra.

Mezi její úkoly patří hledání a studium samoregulačních mechanismů na planetární úrovni. Geofyziologie si klade za cíl vytvořit vazby mezi cyklickými procesy na buněčně-molekulární úrovni s podobnými procesy na jiných příbuzných úrovních, jako je organismus, ekosystémy a planeta jako celek.

V roce 1971 bylo navrženo, že živé organismy jsou schopny produkovat látky, které mají regulační význam pro klima. To se potvrdilo, když v roce 1973 byla objevena emise dimethylsulfidu z umírajících planktonických organismů.

Kapičky dimethylsulfidu vstupující do atmosféry slouží jako jádra kondenzace vodní páry, což způsobuje tvorbu mraků. Hustota a plocha oblačnosti výrazně ovlivňuje albedo naší planety – její schopnost odrážet sluneční záření.

Současně, padající na zem spolu s deštěm, tyto sloučeniny síry podporují růst rostlin, které zase urychlují vyplavování hornin. Biogeny vzniklé v důsledku vyluhování jsou vyplavovány do řek a nakonec končí v oceánech, čímž podporují růst planktonních řas.

Cyklus cestování dimethylsulfidu je uzavřen. Na podporu toho bylo v roce 1990 zjištěno, že oblačnost nad oceány koreluje s distribucí planktonu.

Podle Lovelocka dnes, kdy dochází k přehřátí atmosféry v důsledku lidské činnosti, nabývá biogenní mechanismus regulace oblačnosti nanejvýš důležitý.

Dalším regulačním prvkem Gaia je oxid uhličitý, který geofyziologie považuje za klíčový metabolický plyn. Na jeho koncentraci závisí klima, růst rostlin a produkce volného vzdušného kyslíku. Čím více uhlíku je uloženo, tím více kyslíku se uvolňuje do atmosféry.

Řízením koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře biota reguluje průměrnou teplotu planety. V roce 1981 bylo navrženo, že k takové samoregulaci dochází biogenním posílením procesu zvětrávání hornin.

Lovelock srovnává obtížnost porozumění procesům probíhajícím na planetě s obtížemi porozumění ekonomice. Ekonom z 18. století Adam Smith je nejlépe známý tím, že do vědy zavedl koncept „neviditelné ruky“, díky němuž bezuzdný komerční sobecký zájem funguje pro obecné dobro.

S planetou je to stejné, říká Lovelock: když „dozrála“, začala si udržovat podmínky vhodné pro existenci života a „neviditelná ruka“dokázala nasměrovat nesourodé zájmy organismů ke společné věci zachování tyto podmínky.

Darwin vs. Lovelock

Gaia: Nový pohled na život na Zemi, vydaný v roce 1979, se stal bestsellerem. Bylo to dobře přijato ekology, ale ne vědci, z nichž většina odmítla myšlenky, které obsahoval.

Proslulý kritik kreacionismu a inteligentního designu, profesor Oxfordské univerzity a autor knihy Sobecký gen, Richard Dawkins, odsoudil Gaiinu teorii jako „hluboce chybnou“herezi proti základní zásadě darwinovského přírodního výběru: „nejschopnější přežije“. Přesto, protože teorie Gaie tvrdí, že zvířata, rostliny a mikroorganismy nejen soutěží, ale také spolupracují na udržování životního prostředí.

Když byla Gaiina teorie poprvé diskutována, darwinovští biologové patřili k jejím nejdivočejším odpůrcům. Argumentovali tím, že spolupráce nezbytná pro seberegulaci Země nemůže být nikdy kombinována s konkurencí nezbytnou pro přirozený výběr.

Kromě samotné podstaty vyvolal nespokojenost i název převzatý z mytologie. To vše vypadalo jako nové náboženství, kde se sama Země stala předmětem zbožštění. Talentovaný polemik Richard Dawkins zpochybnil Lovelockovu teorii se stejnou energií, kterou později použil ve vztahu ke konceptu existence Boha.

Lovelock dále vyvracel jejich kritiku důkazy o samoregulaci shromážděnými z jeho výzkumu a matematických modelů, které ilustrovaly, jak funguje samoregulace planetárního klimatu. Teorie Gaie je fyziologický pohled shora dolů na systém Země. Dívá se na Zemi jako na dynamicky reagující planetu a vysvětluje, proč se tak liší od Marsu nebo Venuše.

Kritika byla založena hlavně na mylné představě, že nová hypotéza byla antidarwinovská.

"Přirozený výběr upřednostňuje zlepšováky," řekl Lovelock. Jeho teorie pouze podrobně popisuje Darwinovu teorii, z čehož vyplývá, že příroda upřednostňuje organismy, které nechávají prostředí v lepším stavu pro přežití potomků.

Ty druhy živých tvorů, které negativně ovlivňují životní prostředí, činí je méně vhodnými pro potomky a nakonec budou z planety vyhnány – stejně jako slabší, evolučně nepřizpůsobené druhy, tvrdil Lovelock.

Koperník čeká na svého Newtona

Shrneme-li, je třeba říci, že vědecký koncept Země jako integrálního živého systému, živého superorganismu rozvíjeli naturalističtí vědci a myslitelé již od 18. století. Na toto téma diskutoval otec moderní geologie a geochronologie James Hutton, přírodovědec, který dal světu termín „biologie“Jean-Baptiste Lamarck, přírodovědec a cestovatel, jeden ze zakladatelů geografie jako samostatné vědy, Alexander von Humboldt.

Ve XX století byla myšlenka rozvinuta ve vědecky podloženém pojetí biosféry vynikajícího ruského a sovětského vědce a myslitele Vladimíra Ivanoviče Vernadského. Ve své vědecké a teoretické části je koncept Gaia podobný „biosféře“. V 70. letech minulého století však Lovelock ještě nebyl obeznámen s díly Vernadského. V té době neexistovaly žádné úspěšné překlady jeho díla do angličtiny: jak řekl Lovelock, anglicky mluvící vědci jsou tradičně „hluší“k práci v jiných jazycích.

Lovelock, stejně jako jeho dlouholetá kolegyně Lynn Margulis, už netrvá na tom, že Gaia je superorganismus. Dnes si uvědomuje, že jeho termín „organismus“je v mnoha ohledech jen užitečnou metaforou.

Koncept „boje o přežití“Charlese Darwina však lze ze stejného důvodu považovat za metaforu. To zároveň nezabránilo darwinovské teorii dobýt svět. Metafory, jako jsou tyto, mohou stimulovat vědecké myšlení a posouvat nás dále a dále na cestě poznání.

Hypotéza Gaia se dnes stala impulsem pro rozvoj moderní verze systémové organismické vědy o Zemi – geofyziologie. Možná se z toho časem stane syntetická biosférická věda, o které Vernadsky kdysi snil. Nyní je na cestě stát se tradičním, obecně uznávaným oborem vědění a transformovat se v něj.

Není náhodou, že významný britský evoluční biolog William Hamilton – mentor jednoho z nejzoufalejších kritiků teorie Richarda Dawkinse a autor fráze „sobecký gen“, kterou posledně jmenovaný použil v názvu své knihy - nazval Jamese Lovelocka „Koperník čeká na svého Newtona“.