科學家對神祕的「蓋亞假說」有了全新的答案

科學家對神秘的“蓋亞假說”有了全新的答案

我們可能永遠不知道地球上的生命是如何開始的。也許在一個充滿陽光的小水池裡。

或者是在地表以下幾英里深的海洋中,在地殼的裂縫附近噴出熱的富含礦物質的原始湯中。雖然至少在37億年前就有生命存在的確鑿證據,但我們不知道生命是從什麼時候開始的。

但是這些過去的事情已經產生了一些可能更顯著的東西:生命一直存在著。

儘管有著巨大的小行星撞擊、災難性的火山活動和極端的氣候變化,但生命不僅在這個岩石世界能夠生存下來,還得以繁榮昌盛。

這是怎麼發生的?一篇發表在“生態與進化趨勢”上的研究提供了這個答案的一個重要部分,為蓋亞假說提供了新的解釋。

蓋亞假說是由科學家和發明家詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)和微生物學家林恩·馬古利斯(Lynn Margulis)提出的,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穩定作用,特別是對大氣和氣候的組成產生穩定作用。

科學家對神秘的“蓋亞假說”有了全新的答案

有了這樣一個自我調節的過程,生命就能夠在非調節性行星上生存下來。

洛夫洛克在20世紀60年代在美國宇航局工作時提出了蓋亞假說。他認識到,生命在地球上並不是一個被動的乘客。

相反,生命對地球進行了深刻的改造,產生了新的岩石,如石灰石,通過產生氧氣影響大氣,並推動了氮、磷和碳等元素的循環。

人類造成的氣候變化,在很大程度上是我們燃燒化石燃料並釋放二氧化碳的結果,而這正是生命影響地球系統的最新方式。

雖然現在人們都認為生命是地球上一股強大的力量,但蓋亞假說仍然存在爭議。儘管有證據表明地表溫度一直保持在普遍的液態水所需的範圍內,許多科學家認為這僅僅是運氣好而已。

如果地球完全淪落到極寒或極熱(比如火星或金星)的狀態,那麼生命就會滅絕,我們就不會在這裡懷疑它是如何維持了這麼長時間的。

顯然,地球上的生命是幸運的。首先,地球是在可居住的區域內,它在一定距離上繞太陽運行,從而產生液態水所需的表面溫度。

宇宙中有其他的也許更奇異的生命形式,但是我們所知道的生命是需要水的。地球上的生命也很幸運,它避開了巨大的小行星撞擊。

一塊比6600萬年前導致恐龍滅絕的隕石還要大的隕石,可以使地球完全毀滅。

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但是,如果生命能夠在命運的天平上被推向另一側,那又會怎樣呢?如果生命在某種意義上通過減少行星尺度擾動的影響而創造了自己的好運氣呢?

這就引出了蓋亞假說中突出的核心問題:行星自我調節是如何運作的?

雖然自然選擇是一種強有力的解釋機制,可以解釋我們觀察到的物種隨時間的變化,但我們一直缺乏一種理論來解釋一個星球上有生命和無生命的元素是如何產生自我調節的。

因此,蓋亞假說通常被認為是有趣的推測性,而不是基於任何可驗證的理論。

穩定性選擇。

我們認為我們終於對蓋亞假說有了解釋。其機制是“順序選擇”。原則上很簡單。

當生命出現在行星上時,它開始影響環境條件,這可能會組織成穩定狀態,就像一個恆溫器,並傾向於持續或破壞穩定的狀態,比如6億多年前幾乎扼殺複雜生命起源的“雪球地球”事件。

如果它穩定下來,那麼這一場景將被設定為進一步的生物進化,最終將重新配置生命和行星之間的相互作用。一個著名的例子是大約30億年前,在一個以前沒有氧氣的世界裡,產生氧氣的光合作用的起源。

如果這些新的相互作用是穩定的,那麼行星系統繼續自我調節。但是新的相互作用也會產生干擾和失控的反饋。

就光合作用而言,它導致了大約23億年前的“大氧化事件”中大氣中氧含量的突然上升。

這是地球歷史上少有的變化如此明顯的時期之一,它可能摧毀了大部分現存的生物圈,有效地重啟了地球系統。

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。事實上,考慮到足夠的生物多樣性,這是極有可能的。但這種穩定性是有限度的。

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把系統推得太遠,它可能會超越臨界點,迅速崩潰,進入一個新的、可能完全不同的狀態。

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法來檢驗這個理論。在小的範圍內,需要對不同的菌落進行實驗。在更大的範圍內,它將涉及在其他恆星周圍尋找其他的生物圈,我們可以利用這些生物圈來估計宇宙中生物圈的總數。

無論人類做什麼,生命都會以這樣或那樣的方式繼續下去。但如果我們繼續排放溫室氣體,從而改變大氣,那麼我們就有可能產生危險的、可能讓氣候變化失控。這可能最終導致人類文明不復存在。

對話式的自我調節可能是非常有效的。但沒有證據表明它更喜歡一種生命形式而不是另一種生命形式。在過去的37億年裡,無數物種從地球上出現並消失了。

我們沒有理由認為智人在這方面有什麼不同。


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