“盖亚假说”的合理解释
2018-08-23 10:14:55   来源:化石网   评论:0 点击:

(化石网报道)据光明日报(李楠编译):生命是如何起源的?是在一个阳光普照的浅水池里,或是在地表以下几英里深的海底那些涌出富含矿物质液体的地壳裂缝附近?尽管已经有了足够的证据证明生命至少在37亿年前已
(化石网报道)据光明日报(李楠编译):生命是如何起源的?是在一个阳光普照的浅水池里,或是在地表以下几英里深的海底那些涌出富含矿物质液体的地壳裂缝附近?尽管已经有了足够的证据证明生命至少在37亿年前已然存在,但我们仍然对生命的起点知之甚少,很难再现地球上的生命起源的一幕。

但已过去的亿万年告诉了我们一个显而易见的事实:生命一直在延续。尽管地球曾不断被小行星撞击、爆发过毁灭性的火山灾害、经历过极端的气候变化……但是生命不仅没有消失,反而愈发强大。这是怎么发生的?

为了解释这个问题,20世纪60年代,英国大气物理学家詹姆斯·洛夫洛克提出了著名的“盖亚假说”。他认为生命并不是地球上的过客,相反,通过创造石灰岩等新岩石、产生氧气,推动氮、磷和碳等元素的循环等方式,生命的存在重塑了地球。

他和微生物学家林恩·马古利斯共同推进了“盖亚假说”,认为生命通过与地壳、海洋和大气相互作用,尤其是大气的构成和气候变化,对地球表层产生了稳定的影响结果。有了这样一个自我调节的过程,生命就能够在这样的条件下生存下来,而这种条件本来可以在没有自我调节的行星上令生命不复存在。人类造成的气候变化很大程度上是我们燃烧化石燃料释放二氧化碳的结果,而这只是生命影响地球系统的最新方式而已。

这个想法非常有趣,但我们一直缺乏理论机制和实验证据来解释地球上的生物和非生物是如何进行自我调节的,因此,“盖亚假说”通常被认为是一个有趣的推测性的设想——尽管大多数科学家已经承认生命是地球上的一股强大力量,但对“盖亚假说”仍然存在争议。

例如,许多研究人员认为地球在太阳系中处于宜居地带,并以一定的半径围绕太阳运行,这个距离使得地球的表面温度适合产生液态水——这可能要归功于偶然的好运气。如果地球完全进入了冰冻或高温状态(类似于火星或金星),那么生命就会灭绝,我们也无须在这里思考它是如何持续这么久的了。再比如,地球上的生命也很幸运地避免了巨型小行星的撞击——如果一块陨石比6600万年前导致恐龙灭绝的陨石大的话,就可能彻底摧毁地球。

最近发表在《生态学与进化研究趋势》上的研究成果巧妙地回答了这个问题,并且为“盖亚假说”提供了新的解释。

科学家们认为,这一机制其实是“顺序选择”机制。简单地解释一下,就是当生命出现在这个星球上时,它就开始影响着环境条件,并逐渐形成一种稳定的状态。这种稳态类似于恒温箱,但也可能出现不稳定的失控状态,例如地球曾经经过的雪球时期,这几乎让地球上生活了超过了6亿年的物种覆灭殆尽。

一旦稳定下来,生物将会进一步演化,并重新配置生命与地球之间的相互作用。一个著名的例子就是氧气的出现。大约30亿年前,地球并没有氧气,忽然出现了可以产生氧气的光合作用。新作用逐渐稳定,那么行星系统将持续进行自我调节。但新的交互作用也可能产生干扰和失控。就光合作用而言,在大约23亿年前,地球出现了“大氧化事件”,它导致大气中氧气水平突然升高,那一时期,地球生物圈可能比现有的生物圈要好得多,并且彻底地重启了环境系统。

科学家们推测,生命和环境自发地进行自我调节的机会可能比我们预期的要多得多。实际上,生物多样性越丰富,这种可能性就越大。但这种稳定性是有限度的。如果把系统推得太远,它可能会超越临界点,迅速崩溃,进入一个新的、可能非常不同的状态。

这不是一个纯粹的理论推理,人们可以用许多不同的方法来检验它。从微观尺度来说,我们可以进行不同细菌菌落的实验。而宏观尺度上,它涉及寻找其他恒星系的生物圈,并利用这些数据来推算宇宙中生物圈的总数,甚至是它们的延续状况。

科学家们也提醒,“盖亚假说”所描绘的自我调节可能非常有效,但没有证据表明它更钟情于某一种生命组成方式。在过去的37亿年里,地球上出现了无数的物种,然后又消失了。没有理由证明人类在这方面将得到更多的眷顾——珍惜我们现有的环境,这是人类对自己最好的保护。

(本文由中国科普研究所科学媒介中心提供)《光明日报》( 2018年08月23日 13版)

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