我們可能永遠不會知道地球上的生活是如何開始的。也許在淺陽光游泳池中。
或在地面裂開的海洋深處幾英里處的地殼中的裂縫,散發出熱礦物富含礦物質的湯。雖然有充分的生活證據至少37億年前,我們不知道何時開始。
但是,這些過世的埃恩斯產生了一些更為引人注目的東西:生活持續了。
儘管很大小行星影響,災難性的火山活動和極端氣候變化,生活不僅設法堅持我們的岩石世界,而且還要壯成長。
這是怎麼發生的?我們最近在同事發表的研究生態和進化的趨勢為答案提供了重要的部分,為蓋亞假設提供了新的解釋。
由科學家和發明家開發詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)和微生物學家林恩·瑪格利斯(Lynn Margulis), 這蓋亞假設最初提出,通過與地球,海洋,海洋和大氣的相互作用,生命對行星表面的條件(尤其是大氣和氣候的組成)產生了穩定作用。
經過這樣的自我調節過程,生命已經能夠在條件下生存,這將在不調節的行星上消滅它。
Lovelock在1960年代為NASA工作時提出了Gaia假設。他認識到生活不是地球上的被動乘客。
相反,它已經深刻地重塑了地球,形成了新的岩石,例如石灰石,通過產生氧氣來影響大氣,並驅動氮,磷和碳等元素的周期。
人類產生的氣候變化在很大程度上是我們燃燒化石燃料並因此釋放二氧化碳的結果,這只是生命影響地球系統的最新方式。
雖然現在認為生命是地球上的強大力量,但蓋亞假設仍然存在爭議。儘管有證據表明表面溫度有一些明顯的例外,保留在廣泛的液態水所需的範圍內,但許多科學家將其歸因於好運。
如果地球完全陷入冰屋或熱門(想想火星或者金星)然後,生活將滅絕,我們不會在這裡想知道它是如何持續了這麼長時間的。
這是一種形式人類選擇參數那說沒有什麼可解釋的。
顯然,地球上的生活很幸運。首先,地球位於宜居區域內 - 它以產生液態水所需的表面溫度的距離繞太陽繞。
宇宙中有其他的生活形式,但我們知道的生活需要水。生活也很幸運地避免了非常大的小行星影響。
一塊岩石要比導致滅亡的岩石大得多恐龍 大約6600萬年前可以完全消毒地球。
但是,如果生活能夠將財富量表的一側推倒怎麼辦?如果從某種意義上說,生活通過減少行星尺度干擾的影響來使自己的運氣取得了運氣,該怎麼辦?
這導致了蓋亞假設中的核心問題:行星自我調節是如何工作的?
儘管自然選擇是一種有力的解釋機制,可以說明我們隨著時間的推移觀察到的許多變化,但我們一直缺乏一種理論,可以解釋行星的生命和非生命元素如何產生自我調節。
因此,蓋亞假設通常被認為是有趣但投機性的,而不是基於任何可檢驗的理論。
選擇穩定性
我們認為我們終於對蓋亞假設有了解釋。該機制是“順序選擇”。原則上這很簡單。
隨著生命在行星上的出現,它開始影響環境條件,這可以組織成穩定狀態,這種狀態像恆溫器一樣,傾向於持續存在,或者破壞諸如恆溫器的失控狀態(雪地地球事件這幾乎熄滅了6億年前複雜生活的開端。
如果它穩定下來,則將場景設置為進一步的生物進化,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生氧氣的光合作用的起源大約30億年前,在一個以前沒有氧氣的世界中。
如果這些較新的相互作用正在穩定,則行星系統將繼續自我調節。但是新的互動也會產生中斷和反饋。
在光合作用的情況下,它導致大氣中的氧氣水平突然上升。大氧化事件“大約23億年前。
這是地球歷史上罕見的時期之一,這種變化很明顯,可能會消滅許多現有生物圈,有效地重新啟動了系統。
生命和環境自發組織為自我調節狀態的機會可能比您預期的要高得多。
實際上,鑑於足夠的生物多樣性,可能非常可能。但是這種穩定性是有限的。
將系統推得太遠,它可能會超越臨界點,並迅速崩潰到一個新的且可能非常不同的狀態。
這不是純粹的理論練習,因為我們認為我們可以通過多種不同的方式測試理論。在最小的規模上,將涉及各種細菌菌落的實驗。
在更大的規模上,它將涉及在其他恆星周圍尋找其他生物圈,我們可以用來估計宇宙中生物圈的總數,因此不僅是生命出現的可能性,而且持續存在的可能性。
我們發現與當前對氣候變化的關注的相關性並沒有逃脫我們。人類所做的一切都會以一種或另一種方式繼續。
但是,如果我們繼續散發溫室氣體並改變氣氛,那麼我們就有可能產生危險且潛在的氣候變化。
這最終可能會阻止人類文明影響氣氛,只是因為不會剩下任何人類文明。
Gaian自我調節可能非常有效。但是沒有證據表明它更喜歡一種生活形式而不是另一種生活。在過去的37億年中,已經出現了無數物種,然後從地球上消失了。
我們沒有理由認為智人在這方面有任何不同。
詹姆斯·戴克(James Dyke),可持續發展副教授,南安普敦大學和蒂姆·蘭頓,全球系統研究所主任埃克塞特大學。