生命是如何起源的？是在一個陽光普照的淺水池裡，或是在地表以下幾英里深的海底那些湧出富含礦物質液體的地殼裂縫附近？儘管已經有了足夠的證據證明生命至少在37億年前已然存在，但我們仍然對生命的起點知之甚少，很難再現地球上的生命起源的一幕。
但已過去的億萬年告訴了我們一個顯而易見的事實：生命一直在延續。儘管地球曾不斷被小行星撞擊、爆發過毀滅性的火山災害、經歷過極端的氣候變化……但是生命不僅沒有消失，反而愈發強大。這是怎麼發生的？
為了解釋這個問題，20世紀60年代，英國大氣物理學家詹姆斯·洛夫洛克提出了著名的“蓋亞假說”。他認為生命並不是地球上的過客，相反，通過創造石灰岩等新岩石、產生氧氣，推動氮、磷和碳等元素的循環等方式，生命的存在重塑了地球。
他和微生物學家林恩·馬古利斯共同推進了“蓋亞假說”，認為生命通過與地殼、海洋和大氣相互作用，尤其是大氣的構成和氣候變化，對地球表層產生了穩定的影響結果。有了這樣一個自我調節的過程，生命就能夠在這樣的條件下生存下來，而這種條件本來可以在沒有自我調節的行星上令生命不復存在。人類造成的氣候變化很大程度上是我們燃燒化石燃料釋放二氧化碳的結果，而這只是生命影響地球系統的最新方式而已。
這個想法非常有趣，但我們一直缺乏理論機制和實驗證據來解釋地球上的生物和非生物是如何進行自我調節的，因此，“蓋亞假說”通常被認為是一個有趣的推測性的設想——儘管大多數科學家已經承認生命是地球上的一股強大力量，但對“蓋亞假說”仍然存在爭議。
例如，許多研究人員認為地球在太陽系中處於宜居地帶，並以一定的半徑圍繞太陽運行，這個距離使得地球的表面溫度適合產生液態水——這可能要歸功於偶然的好運氣。如果地球完全進入了冰凍或高溫狀態（類似於火星或金星），那麼生命就會滅絕，我們也無須在這裡思考它是如何持續這麼久的了。再比如，地球上的生命也很幸運地避免了巨型小行星的撞擊——如果一塊隕石比6600萬年前導致恐龍滅絕的隕石大的話，就可能徹底摧毀地球。
最近發表在《生態學與進化研究趨勢》上的研究成果巧妙地回答了這個問題，並且為“蓋亞假說”提供了新的解釋。
科學家們認為，這一機制其實是“順序選擇”機制。簡單地解釋一下，就是當生命出現在這個星球上時，它就開始影響著環境條件，並逐漸形成一種穩定的狀態。這種穩態類似於恆溫箱，但也可能出現不穩定的失控狀態，例如地球曾經經過的雪球時期，這幾乎讓地球上生活了超過了6億年的物種覆滅殆盡。
一旦穩定下來，生物將會進一步演化，並重新配置生命與地球之間的相互作用。一個著名的例子就是氧氣的出現。大約30億年前，地球並沒有氧氣，忽然出現了可以產生氧氣的光合作用。新作用逐漸穩定，那麼行星系統將持續進行自我調節。但新的交互作用也可能產生干擾和失控。就光合作用而言，在大約23億年前，地球出現了“大氧化事件”，它導致大氣中氧氣水平突然升高，那一時期，地球生物圈可能比現有的生物圈要好得多，並且徹底地重啟了環境系統。
科學家們推測，生命和環境自發地進行自我調節的機會可能比我們預期的要多得多。實際上，生物多樣性越豐富，這種可能性就越大。但這種穩定性是有限度的。如果把系統推得太遠，它可能會超越臨界點，迅速崩潰，進入一個新的、可能非常不同的狀態。
這不是一個純粹的理論推理，人們可以用許多不同的方法來檢驗它。從微觀尺度來說，我們可以進行不同細菌菌落的實驗。而宏觀尺度上，它涉及尋找其他恆星系的生物圈，並利用這些數據來推算宇宙中生物圈的總數，甚至是它們的延續狀況。
科學家們也提醒，“蓋亞假說”所描繪的自我調節可能非常有效，但沒有證據表明它更鐘情於某一種生命組成方式。在過去的37億年裡，地球上出現了無數的物種，然後又消失了。沒有理由證明人類在這方面將得到更多的眷顧——珍惜我們現有的環境，這是人類對自己最好的保護。
（本文由中國科普研究所科學媒介中心提供）
李楠編譯
閱讀更多 中國社會科學網 的文章
