А если Земля – живой организм?

0

Поддерживает свой климат и параметры среды, чтобы оставаться благоприятным домом для живых существ

Наша планета уникальна. Земля отличается от Марса, Венеры и других известных планет. Расскажем историю одной из, пожалуй, самых удивительных и спорных гипотез современности – гипотезы Геи, предлагающей взглянуть на Землю как на живой организм.

Три миллиарда лет в заботах

Джеймс Лавлок – ученый, изобретатель, инженер, мыслитель, человек, известный не столько своими изобретениями, сколько удивительным предположением, что Земля – это саморегулирующийся суперорганизм. Названная по имени Геи – богини древнегреческой мифологии, олицетворяющей Землю, – гипотеза предполагает, что глобальная экосистема планеты ведет себя как биологический организм, а не как неодушевленный объект.

Лавлок предлагает рассматривать планету не как набор обособленных систем – атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы, а как единую систему, где каждая ее составляющая, развиваясь и изменяясь, оказывает влияние на развитие других компонентов. Причем система эта саморегулирующаяся и, подобно живым организмам, имеет механизмы обратной взаимосвязи. В отличие от других известных планет, Земля, на протяжении последних трех с лишним миллиардов лет, поддерживает свой климат и параметры среды, чтобы оставаться благоприятным домом для живых существ. Эта идея подвергалась критике и не была принята научным сообществом, что не мешает ей, однако, будоражить воображение и собирать множество сторонников по всему миру.

Джеймс Лавлок родился 26 июля 1919 года в Летчуэрте – небольшом городке в графстве Хартфордшир на юго-востоке Англии. Этот город, построенный в 1903 году в 60 километрах от Лондона и являющийся частью его зеленого пояса, стал первым в Великобритании поселением, основанным в соответствии с градостроительной концепцией «города-сада». В начале прошлого века это была захватившая многие страны идея о мегаполисах будущего, в которых были бы объединены лучшие свойства города и деревни.
Джеймс родился в рабочей семье, его родители не имели образования, но они сделали все, чтобы сын его получил. В 1941 году он оканчивает Манчестерский университет – один из ведущих британских вузов. Там он учился у профессора Александра Тодда – английского химика-органика, лауреата Нобелевской премии за исследования нуклеотидов и нуклеиновых кислот. В 1948 году Лавлок получает диплом доктора медицины в Лондонском институте гигиены и тропической медицины. В этот период своей жизни молодой ученый занимается медицинскими исследованиями и изобретает приборы, необходимые для этих экспериментов.

Странным воздухом мы дышим

Но прежде чем обратить внимание на жизнь на Земле, Лавлок был занят поиском жизни на Марсе. В 1961 году его пригласили на работу в NASA. Агентство планировало отправку к Марсу двух зондов для поиска следов жизнедеятельности микроорганизмов в грунте. Именно приборы для обнаружения жизни создавал Лавлок, работая в Лаборатории реактивного движения NASA.

Дело в том, что незадолго до этого Лавлок изобретает детектор захвата электронов – чувствительное устройство, которое совершило переворот в области измерения сверхмалых концентраций газов в атмосфере. С помощью этого детектора доказали, что атмосфера планеты была полна остатков пестицида ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана). В середине ХХ века присутствие опасного пестицида было обнаружено практически повсеместно на Земле – от печени пингвинов в Антарктиде до грудного молока кормящих матерей в Соединенных Штатах. Кроме того, Лавлок отправился в Антарктику и с помощью своего детектора обнаружил повсеместное присутствие хлорфторуглеродов – искусственных газов, которые, как теперь известно, истощают стратосферный озоновый слой. Оба эти открытия были чрезвычайно важны для экологического движения на планете.

Поэтому, когда NASA запланировало свои межпланетные миссии и стало искать кого-то, кто был способен создать чувствительное оборудование, которое можно отправить в космос, оно обратились к Лавлоку. Работа в Лаборатории реактивного движения предоставляла Лавлоку прекрасную возможность получать первые свидетельства о природе Марса, передаваемые космическими зондами. И это были абсолютно мертвые планеты, разительно отличавшиеся от нашего цветущего мира.

В итоге Лавлок спросил себя: «Если бы я сам был на Марсе, как бы я смог понять, что на Земле есть жизнь?» И ответил: «По ее атмосфере, которая не поддается никаким естественным ожиданиям». Свободный кислород составляет 20 процентов атмосферы планеты, тогда как законы химии говорят, что кислород – высокореактивный газ, – и весь он должен находиться в связанном состоянии в составе различных минералов и пород.

Лавлок пришел к выводу, что жизнь – микробы, растения и животные, трансформирующие материю в энергию, превращающие солнечный свет в питательные вещества, выделяющие и поглощающие газ, – вот то, что делает атмосферу Земли такой, какая она есть. А марсианская атмосфера практически мертва и находится в низкоэнергетическом равновесии почти без химических реакций.

Земля обладает атмосферой, которая нестабильна в термодинамическом смысле. Газы, такие как кислород, метан и двуокись углерода, образуются в больших количествах, но сосуществуют в стабильном динамическом равновесии. Странная и нестабильная атмосфера, которой мы дышим, требует присутствия на поверхности Земли чего-то, что может непрерывно синтезировать огромное количество таких газов, а также одновременно удалять их из атмосферы.

Микробы-посредники

У Лавлока постепенно складывается представление о регулирующей роли подобных круговоротов веществ в природе – по аналогии с метаболическими процессами в организме животного. И в эти процессы вовлечена земная жизнь, которая, согласно теории Лавлока, не только участвует в них, но и научилась поддерживать необходимые для себя условия существования, вступив с планетой в некую форму взаимовыгодного сотрудничества.

Из-за новизны концепции и ее несоответствия традиционным наукам Лавлок нуждался в кратком и запоминающемся названии. Тогда-то, в 1969 году, друг и сосед ученого, физик и писатель, лауреат Нобелевской премии, а также автор романа «Повелитель мух» Уильям Голдинг предложил назвать эту идею Геей – в честь древнегреческой богини Земли.

Согласно предложенной Лавлоком концепции, эволюция жизни, то есть, совокупности всех биологических организмов планеты, настолько тесно связана с эволюцией их физического окружения в масштабе всей Земли, что вместе они образуют единую саморазвивающуюся систему, обладающую саморегуляторными свойствами, подобными физиологическим свойствам живого организма. Жизнь не просто адаптируется к планете: она меняет ее в своих целях. Эволюция – это парный танец, в котором кружится все живое и неживое. Из этого танца и возникает сущность Геи.

Лавлок вводит понятие геофизиологии, подразумевающее системный подход к наукам о Земле. Геофизиология представляется как синтетическая наука о Земле, изучающая свойства и развитие целостной системы, тесно связанными компонентами которой являются биота, атмосфера, океаны и земная кора. В ее задачи входят поиск и изучение механизмов саморегуляции на планетарном уровне. Геофизиология нацелена на установление связей циклических процессов на клеточно-молекулярном уровне с подобными процессами на других связанных уровнях, таких как организм, экосистемы и планета в целом.

В 1971 году у Лавлока появилась возможность обсудить эту тему с выдающимся биологом Линн Маргулис, которая стала соавтором гипотезы Геи. Она высказала мысль, что связующую роль в поле взаимодействия между жизнью и планетой должны играть микроорганизмы. Как говорил Лавлок о Линн в одном из своих интервью: «Было бы справедливо сказать, что она поместила кости в плоть моей физиологической концепции живой планеты».

Планктон защищает от радиации

В 1971 году было высказано предположение, что живые организмы способны вырабатывать вещества, имеющие регуляторное значение для климата. Оно подтвердилось, когда в 1973 году была обнаружена эмиссия диметилсульфида из отмирающих планктонных организмов. Капельки диметилсульфида, попадая в атмосферу, служат ядрами конденсации водяных паров, вызывая образование облаков. Плотность и площадь облачного покрова существенно влияют на альбедо нашей планеты – ее способность отражать солнечную радиацию.

Одновременно, выпадая на землю вместе с дождем, эти сернистые соединения способствуют росту растений, которые, в свою очередь, ускоряют выщелачивание горных пород. Образующиеся в результате выщелачивания биогены смываются в реки и, в конце концов, попадают в океаны, способствуя росту планктонных водорослей. Цикл путешествия диметилсульфида замыкается. В подтверждение этого в 1990 году было обнаружено, что облачность над океанами коррелирует с распределением планктона. По мнению Лавлока, сегодня, когда атмосфера перегрета в результате деятельности человека, биогенный механизм регуляции облачного покрова приобретает чрезвычайно важное значение.

Еще один регуляторный элемент Геи – углекислый газ, его геофизиология рассматривает как ключевой метаболический газ. От его концентрации зависят климат, рост растений и производство свободного атмосферного кислорода. Чем больше углерода хоронится, тем больше в атмосферу освобождается кислорода. Управляя концентрацией двуокиси углерода в атмосфере, биота тем самым регулирует среднюю температуру планеты. В 1981 году было высказано предположение, что подобная саморегуляция происходит через биогенное усиление процесса выветривания горных пород.

Лавлок сравнивает трудности в понимании процессов, идущих на планете, со сложностями в понимании экономики. Экономист XVIII века Адам Смит получил известность, в том числе, за введенную в научный оборот концепцию «невидимой руки», которая заставляет безудержный коммерческий личный интерес каким-то образом работать на общее благо. Так же и с планетой, говорит Лавлок, когда она «созрела», она стала поддерживать пригодные для существования жизни условия, а «невидимая рука» смогла направить разрозненные интересы организмов на общее дело поддержания этих условий.

Дарвин против Лавлока

Вышедшая в 1979 году книга «Гея: новый взгляд на жизнь на Земле» стала бестселлером. Ее хорошо приняли защитники окружающей среды, но не ученые, большинство из которых отвергло содержащиеся в ней идеи. Известный критик креационизма и разумного замысла мироздания, профессор Оксфордского университета и автор книги «Эгоистичный ген» Ричард Докинз осудил теорию Геи как «глубоко ошибочную» ересь, направленную против основного постулата дарвиновской теории естественного отбора: «выживает самый приспособленный».

Еще бы, ведь теория Геи гласит, что животные, растения и микроорганизмы не только конкурируют, но и сотрудничают, чтобы поддерживать окружающую среду! Когда теорию Геи впервые начали обсуждать, то дарвиновские биологи были одними из ее самых ожесточенных оппонентов. Они утверждали, что сотрудничество, необходимое для саморегуляции Земли, никогда не может сочетаться с конкуренцией, обязательной для естественного отбора.

Помимо самой сути, название, взятое из мифологии, тоже вызывало недовольство. Все это было похоже на новую религию, где предметом обожествления стала сама Земля. Талантливый полемист Ричард Докинз оспаривал теорию Лавлока с той энергией, которую он позже использовал в отношении концепции существования бога.

Лавлок продолжал опровергать их критику доказательствами саморегуляции, собранными в результате своих исследований, и математическими моделями, которые иллюстрировали, как происходит планетарное саморегулирование климата. Теория Геи – это физиологический взгляд на систему Земли. Она рассматривает Землю как динамически реагирующую планету и объясняет, почему она так отличается от Марса или Венеры.

Критика главным образом была основана на ошибочном представлении, что новая гипотеза была антидарвиновской. «Естественный отбор благоприятствует улучшителям», – говорил Лавлок. Его теория только детализирует теорию Дарвина, подразумевая то, что природа отдает предпочтение организмам, которые оставляют окружающую среду в лучшей форме для выживания потомства. Те виды живых существ, которые негативным образом влияют на окружающую среду, делают ее менее пригодной для потомства и будут в конце концов изгнаны с планеты – как и более слабые, эволюционно неприспособленные виды, утверждал Лавлок.

Развитие идей Вернадского и Ламарка

Научное представление о Земле как о целостной живой системе, живом суперорганизме развивалось учеными-натуралистами и мыслителями, начиная с XVIII века. Этой темы касались отец современной геологии и геохронологии Джеймс Геттон, ученый-естествоиспытатель, давший миру термин «биология», Жан-Батист Ламарк, натуралист и путешественник, один из основателей географии как самостоятельной науки Александр фон Гумбольдт.

В XX веке идея получила развитие в научно обоснованной концепции о биосфере выдающегося русского ученого и мыслителя Владимира Ивановича Вернадского. В своей научно-теоретической части концепция Геи схожа с «Биосферой». Однако в 70-х годах прошлого века Лавлок еще не был знаком с трудами Вернадского. В то время отсутствовали удачные переводы его работ на английский: как выразился Лавлок, англоязычные ученые традиционно глухи к работам на других языках.

Лавлок, как и его давняя соратница Линн Маргулис, позже уже не настаивал, что Гея – именно суперорганизм. Он признал, что во многих отношениях примененный им термин «организм» – всего лишь полезная метафора. Впрочем, понятие «борьба за выживание» Чарльза Дарвина можно с тем же основанием считать метафорой. В то же время это не помешало дарвиновской теории завоевать мир. Подобные метафоры способны стимулировать научную мысль, продвигая нас все дальше на пути познания.

Sergei Sobol, Naked Science

Share.

Comments are closed.