“蓋亞之謎”的科學(xué)解釋

 

已過去的億萬年告訴了我們一個(gè)顯而易見的事實(shí)：生命一直在延續(xù)。盡管地球不斷被小行星撞擊，爆發(fā)過毀滅性的火山災(zāi)害，也經(jīng)歷過極端的氣候變化，但是生命不僅沒有消失，反而愈發(fā)強(qiáng)大。

 

這是怎么發(fā)生的？最近發(fā)表在《生態(tài)學(xué)與進(jìn)化研究趨勢(shì)》上的研究成果巧妙地回答了這個(gè)問題，并且為“蓋亞假說（Gaia Hypothesis）”提供了新的解釋。

 

科學(xué)發(fā)明家詹姆斯•洛夫洛克（James Lovelock）和微生物學(xué)家林恩·馬古利斯（Lynn Margulis）闡述了“蓋亞假說”，該假說最初認(rèn)為生命通過與地殼、海洋和大氣相互作用，尤其是大氣的構(gòu)成和氣候變化，對(duì)地球表層產(chǎn)生了穩(wěn)定的影響結(jié)果。有了這樣一個(gè)自我調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)的行星上令生命不復(fù)存在。

 

20世紀(jì)60年代，洛夫洛克在為NASA工作時(shí)提出了“蓋亞假說”。他認(rèn)識(shí)到生命并不是地球上的過客，相反，它徹底重塑了地球，創(chuàng)造了石灰?guī)r等新巖石，通過產(chǎn)生氧氣影響了大氣，并推動(dòng)了氮、磷和碳等元素的循環(huán)。人類造成的氣候變化很大程度上是我們?nèi)紵�化石燃料釋放二氧化碳的結(jié)果，而這只是生命影響地球系統(tǒng)的最新方式而已。

 

現(xiàn)在人們已經(jīng)承認(rèn)生命是地球上的一股強(qiáng)大力量，但對(duì)“蓋亞假說”仍然存在爭(zhēng)議。盡管除了一些特殊情況之外，地表溫度有利于液態(tài)水的普遍存在。但許多研究人員認(rèn)為這要?dú)w功于偶然的好運(yùn)氣。如果地球完全進(jìn)入了冰凍或高溫狀態(tài)(類似于火星或金星)，那么生命就會(huì)滅絕，我們也無需在這里思考它是如何持續(xù)這么久的了。這是一種人們普遍接受的論點(diǎn)。

20億年前，在多細(xì)胞生命出現(xiàn)之前，地球經(jīng)歷了一個(gè)“雪球”階段。

 

地球上的生命無疑是幸運(yùn)的。首先，地球在太陽系中處于宜居地帶，它以一定的半徑圍繞太陽運(yùn)行，這個(gè)距離使得地球的表面溫度適合產(chǎn)生液態(tài)水�；蛟S宇宙中有其他奇特的生命組成形式，但就目前我們所了解來看，生命的組成需要水。地球上的生命也很幸運(yùn)的避免了巨型小行星的撞擊。如果一塊隕石比6600萬年前導(dǎo)致恐龍滅絕的隕石大的話，就可能徹底摧毀地球。

 

但是，如果生命能讓命運(yùn)天平向自己傾斜呢？如果生命在某種意義上，通過減少行星尺度擾動(dòng)的影響，從而讓自己變得幸運(yùn)呢？這就引出了“蓋亞假說”中最突出的問題：行星的自我調(diào)節(jié)是如何起作用的?

 

雖然自然選擇的解釋性很強(qiáng)，并且可以說明我們所觀察到的物種隨時(shí)間的變化，但我們一直缺乏一種理論機(jī)制來解釋地球上的生物和非生物是如何進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的。因此，“蓋亞假說”通常被認(rèn)為是一個(gè)有趣的設(shè)想，但也只是推測(cè)性的，也就是說這項(xiàng)假說并不是基于任何可驗(yàn)證的理論而提出的。

 

 

人們似乎終于找到了“蓋亞假說”的合理解釋。其機(jī)制是“順序選擇”。原則上講很簡(jiǎn)單，當(dāng)生命出現(xiàn)在這個(gè)星球上時(shí)，它就開始影響著環(huán)境條件，逐漸形成一種穩(wěn)定的狀態(tài)。這種穩(wěn)態(tài)類似于恒溫箱，但也可能是一種不穩(wěn)定的失控狀態(tài)，例如雪球時(shí)期，這個(gè)事件幾乎讓地球上生活了超過了6億年的物種覆滅殆盡。

 

如果穩(wěn)定下來，生物則將會(huì)進(jìn)一步得到進(jìn)化，這將重新配置生命與地球之間的相互作用。一個(gè)著名的例子是在大約30億年前的沒有氧氣的世界里，出現(xiàn)了可以產(chǎn)生氧氣的光合作用。如果新出現(xiàn)的相互作用逐漸穩(wěn)定，那么行星系統(tǒng)將繼續(xù)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。但新的交互作用也可能產(chǎn)生干擾和失控。就光合作用而言，在大約23億年前的“大氧化事件”中，它導(dǎo)致大氣中的氧氣水平突然升高。這是地球歷史上為數(shù)不多的時(shí)期之一，它可能比現(xiàn)有的生物圈要好得多，并且徹底地重啟了環(huán)境系統(tǒng)。

 

 

生命和環(huán)境自發(fā)地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的機(jī)會(huì)可能比我們預(yù)期的要多得多。實(shí)際上，生物多樣性越豐富，這種可能性就越大。但這種穩(wěn)定性是有限度的。如果把系統(tǒng)推得太遠(yuǎn)，它可能會(huì)超越臨界點(diǎn)，迅速崩潰，進(jìn)入一個(gè)新的、可能非常不同的狀態(tài)。

 

這不是一個(gè)純粹的理論推理，因?yàn)槲覀兛梢杂迷S多不同的方法來檢驗(yàn)它。從微觀尺度來說，我們可以進(jìn)行不同細(xì)菌菌落的實(shí)驗(yàn)。而宏觀尺度上，它涉及尋找其他恒星系的生物圈，并利用這些數(shù)據(jù)來推算宇宙中生物圈的總數(shù)，不止是它們的產(chǎn)生，甚至是它們的延續(xù)狀況。

 

我們不該忘記這些發(fā)現(xiàn)與當(dāng)前氣候變化之間的相關(guān)性。無論人類做什么，生命都會(huì)以某種方式繼續(xù)。但如果我們繼續(xù)排放溫室氣體，從而改變氣候，那么我們就有可能助推某些危險(xiǎn)難控的氣候變化。而這些危險(xiǎn)可能使人類文明走向終結(jié)，我們也就不再能夠進(jìn)一步影響氣候了。

 

“蓋亞假說”所描繪的自我調(diào)節(jié)可能非常有效。但沒有證據(jù)表明它更鐘情于某一種生命組成方式。在過去的37億年里，地球上出現(xiàn)了無數(shù)的物種，然后又消失了。我們沒有理由認(rèn)為人類在這方面將得到更多的眷顧。