科学家终于对盖亚之谜进行了解释Romolo Tavani / shutterstock

我们可能永远不知道地球上的生命是如何开始的。 也许在浅阳光照射的游泳池中。 或者在破碎的海洋深处,在地表下面的地下,在地壳的裂缝附近,喷出富含热量的富含矿物质的汤。 虽然有充分的生命证据 至少十亿十亿年前,我们不知道它何时开始。

但是这些过去的事情已经产生了一些可能更显着的东西:生命一直存在。 尽管大规模的小行星撞击,灾难性的火山活动和极端的气候变化,生活不仅仅是依靠我们的岩石世界,而是茁壮成长。

这怎么发生的? 我们最近与同事一起发表的研究报告 生态和进化趋势 提供了答案的重要部分,为盖亚假说提供了新的解释。

由科学家和发明家开发 詹姆斯·拉夫洛克和微生物学家 林恩马古利斯是, 盖亚假说 最初提出,生命通过与地壳,海洋和大气的相互作用,对地球表面的条件产生了稳定作用 - 特别是大气和气候的组成。 通过这种自我调节过程,生活能够在非调节行星上消灭它的条件下生存。

Lovelock在为1960s的NASA工作时制定了Gaia假设。 他认识到生命并不是地球上的被动乘客。 相反,它对地球进行了深刻的改造,创造了新的岩石,如石灰石,通过产生氧气来影响大气,并驱动氮,磷和碳等元素的循环。 人为产生的气候变化,主要是我们燃烧化石燃料,释放二氧化碳的结果,是生命影响地球系统的最新方式。


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虽然人们现在已经认识到生命是地球上一股强大的力量,但盖亚假说仍然存在争议。 尽管有证据表明,除了一些明显的例外,表面温度仍然在广泛的液态水所需的范围内,但许多科学家认为这仅仅是为了好运。 如果地球完全下降到冰屋或温室(想想火星或金星),那么生命就会灭绝,我们不会在这里怀疑它如何持续这么长时间。 这是一种形式 人择选择论证 这说没有什么可以解释的。

显然,地球上的生活是幸运的。 在第一种情况下,地球位于可居住区域内 - 它以一定距离运行太阳,产生液态水所需的表面温度。 在宇宙中有另类的,也许是更奇特的生命形式,但我们所知道的生命需要水。 生命也很幸运,以避免非常大的小行星撞击。 一块岩石明显大于导致恐龙灭亡的那块岩石 几年前的一些66m 可能已经彻底消毒了地球。

但是,如果生活能够压低财富规模的一面呢? 如果生命在某种意义上通过减少行星尺度扰动的影响而自行运气怎么办? 这导致盖亚假设中的中心突出问题:行星自律如何发挥作用?

虽然自然选择是一种强有力的解释机制,可以解释我们在物种中随时间观察到的大部分变化,但我们缺乏可以解释地球生物和非生物元素如何产生自我调节的理论。 因此,盖亚假说通常被认为是有趣的,但却是推测性的 - 而不是 以任何可测试的理论为基础.

选择稳定性

我们认为我们最终对盖亚假说有一个解释。 该机制是“顺序选择”。 原则上它非常简单。 随着生命在地球上出现,它开始影响环境条件,并且这可以组织成稳定状态,其作用类似于恒温器并且倾向于持续存在,或者破坏稳定的失控状态,例如 雪球地球事件 这比几年前的600m几乎熄灭了复杂生命的开始。

如果它稳定下来,那么场景将被设定用于进一步的生物进化,这将及时重新配置生命与地球之间的相互作用。 一个着名的例子是 产氧光合作用的起源 大约在3亿年前,在一个以前没有氧气的世界里。 如果这些较新的相互作用稳定下来,那么行星系统将继续自我调节。 但新的互动也会产生中断和失控的反馈。 在光合作用的情况下,它导致大气中氧气水平突然升高。伟大的氧化事件“大约在2.3十亿年前。 这是地球历史上罕见的时期之一,其变化如此明显,可能会消灭大部分现有生物圈,有效地重新启动系统。

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} 选择机制。

生命和环境自发组织成自我调节状态的可能性可能比你预期的要高得多。 如果有足够的生物多样性, 它可能极有可能。 但这种稳定性是有限的。 将系统推得太远,它可能超出临界点并迅速崩溃到一个新的,可能非常不同的状态。

这不是一个纯粹的理论练习,因为我们认为我们可以用许多不同的方式来检验这个理论。 在最小规模,涉及多种细菌菌落的实验。 在更大规模上,它将涉及寻找其他恒星周围的其他生物圈,我们可以用它来估计宇宙中生物圈的总数 - 因此不仅生命有多大可能出现,而且还有持续存在。

我们的研究结果与当前对气候变化的关注的相关性并没有逃过我们。 无论人类做什么,生活都会以这样或那样的方式进行。 但是,如果我们继续排放温室气体并改变大气层,那么我们就有可能产生危险且可能失控的气候变化。 如果只是因为不会留下任何人类文明,这最终可能会阻止人类文明影响大气层。

谈话盖安自律可能非常有效。 但没有证据表明它更喜欢某种形式的生活而不是另一种形式。 在过去的3.7亿年中,无数物种已经出现,然后从地球上消失了。 我们没有理由这么想 智人 在这方面有任何不同。

关于作者

James Dyke,可持续发展科学副教授, 南安普敦大学 和全球系统研究所所长Tim Lenton 埃克塞特大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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