07.09 地球上的生命为何仍然存在?科学家对“盖亚假说”做出解答

地球上的生命为何仍然存在?科学家对“盖亚假说”做出解答

我们可能永远不知道地球上的生命是如何开始的。也许在一个充满阳光的小水池里。

或者是在地表以下几英里深的海洋中,在地壳的裂缝附近喷出热的富含矿物质的原始汤中。虽然至少在37亿年前就有生命存在的确凿证据,但我们不知道生命是从什么时候开始的。

但是这些过去的事情已经产生了一些可能更显著的东西:生命一直存在着。

尽管有着巨大的小行星撞击、灾难性的火山活动和极端的气候变化,但生命不仅在这个岩石世界能够生存下来,还得以繁荣昌盛。

这是怎么发生的?一篇发表在“生态与进化趋势”上的研究提供了这个答案的一个重要部分,为盖亚假说提供了新的解释。

盖亚假说是由科学家和发明家詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)和微生物学家林恩·马古利斯(Lynn Margulis)提出的,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稳定作用,特别是对大气和气候的组成产生稳定作用。

地球上的生命为何仍然存在?科学家对“盖亚假说”做出解答

有了这样一个自我调节的过程,生命就能够在非调节性行星上生存下来。

洛夫洛克在20世纪60年代在美国宇航局工作时提出了盖亚假说。他认识到,生命在地球上并不是一个被动的乘客。

相反,生命对地球进行了深刻的改造,产生了新的岩石,如石灰石,通过产生氧气影响大气,并推动了氮、磷和碳等元素的循环。

人类造成的气候变化,在很大程度上是我们燃烧化石燃料并释放二氧化碳的结果,而这正是生命影响地球系统的最新方式。

虽然现在人们都认为生命是地球上一股强大的力量,但盖亚假说仍然存在争议。尽管有证据表明地表温度一直保持在普遍的液态水所需的范围内,许多科学家认为这仅仅是运气好而已。

如果地球完全沦落到极寒或极热(比如火星或金星)的状态,那么生命就会灭绝,我们就不会在这里怀疑它是如何维持了这么长时间的。

显然,地球上的生命是幸运的。首先,地球是在可居住的区域内,它在一定距离上绕太阳运行,从而产生液态水所需的表面温度。

宇宙中有其他的也许更奇异的生命形式,但是我们所知道的生命是需要水的。地球上的生命也很幸运,它避开了巨大的小行星撞击。

一块比6600万年前导致恐龙灭绝的陨石还要大的陨石,可以使地球完全毁灭。

地球上的生命为何仍然存在?科学家对“盖亚假说”做出解答

但是,如果生命能够在命运的天平上被推向另一侧,那又会怎样呢?如果生命在某种意义上通过减少行星尺度扰动的影响而创造了自己的好运气呢?

这就引出了盖亚假说中突出的核心问题:行星自我调节是如何运作的?

虽然自然选择是一种强有力的解释机制,可以解释我们观察到的物种随时间的变化,但我们一直缺乏一种理论来解释一个星球上有生命和无生命的元素是如何产生自我调节的。

因此,盖亚假说通常被认为是有趣的推测性,而不是基于任何可验证的理论。

稳定性选择。

我们认为我们终于对盖亚假说有了解释。其机制是“顺序选择”。原则上很简单。

当生命出现在行星上时,它开始影响环境条件,这可能会组织成稳定状态,就像一个恒温器,并倾向于持续或破坏稳定的状态,比如6亿多年前几乎扼杀复杂生命起源的“雪球地球”事件。

如果它稳定下来,那么这一场景将被设定为进一步的生物进化,最终将重新配置生命和行星之间的相互作用。一个著名的例子是大约30亿年前,在一个以前没有氧气的世界里,产生氧气的光合作用的起源。

如果这些新的相互作用是稳定的,那么行星系统继续自我调节。但是新的相互作用也会产生干扰和失控的反馈。

就光合作用而言,它导致了大约23亿年前的“大氧化事件”中大气中氧含量的突然上升。

这是地球历史上少有的变化如此明显的时期之一,它可能摧毁了大部分现存的生物圈,有效地重启了地球系统。

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。事实上,考虑到足够的生物多样性,这是极有可能的。但这种稳定性是有限度的。

地球上的生命为何仍然存在?科学家对“盖亚假说”做出解答

把系统推得太远,它可能会超越临界点,迅速崩溃,进入一个新的、可能完全不同的状态。

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法来检验这个理论。在小的范围内,需要对不同的菌落进行实验。在更大的范围内,它将涉及在其他恒星周围寻找其他的生物圈,我们可以利用这些生物圈来估计宇宙中生物圈的总数。

无论人类做什么,生命都会以这样或那样的方式继续下去。但如果我们继续排放温室气体,从而改变大气,那么我们就有可能产生危险的、可能让气候变化失控。这可能最终导致人类文明不复存在。

对话式的自我调节可能是非常有效的。但没有证据表明它更喜欢一种生命形式而不是另一种生命形式。在过去的37亿年里,无数物种从地球上出现并消失了。

我们没有理由认为智人在这方面有什么不同。


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