盖亚假说

时间:2023-11-20 08:29:03

斯科特·桑普森(Scott Sampson):研究恐龙的古生物学家,犹他州自然历史博物馆研究馆长,著有《恐龙奥德赛:生命网上的化石线》(Dinosaur Odyssey)。

盖亚假说

我所心仪的,最为深邃、美妙而优雅的科学理论是盖亚假说,该假说的内容是:地球上的物理与生物过程相互密切交织,从而形成了一个自我调节系统。1965年,化学家詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)提出了这个概念,这是他的呕心沥血之作。其后,又得到了微生物学家林恩·马古利斯(Lynn Margulis)的进一步推动,他指出:空气(大气层)、水(水圈)、地球(岩石圈)和生命(生物圈)相互作用,形成了一个单一的进化系统,该系统能够维持环境条件与生命保持一致。洛夫洛克最初提出的盖亚假说,其目的是为了阐释地球上的生命何以存续近40亿年,尽管在此区间内,太阳的强度增加了30%。

盖亚假说是如何做到的呢?洛夫洛克和马古利斯证实,在缺乏有意识命令的控制系统的条件下,盖亚假说使用反馈回路来追踪和调整关键的环境参数。比如说氧气,这是高活性生命的副产品,它通过光合作用的藻类和植物生成,并源源不断地予以补充。目前大气的氧气浓度约为21%,如果低几个百分点,依靠空气呼吸的生命形式将不复存在;如果氧气浓度再高几个百分点,陆地生态系统将变得过于易燃,就会极易发生火灾。根据盖亚假说,是生成氧的有机体使用了反馈回路,从而使数亿年的大气氧含量维持在狭小的限度内。

基于研究的不断增加与深入,类似的结论也适用于其他的大气成分,以及全球地表温度、海洋盐度和其他关键的环境指标上。盖亚假说强调生物圈规模的合作,研究人员也记录了若干实例,表明在某个层级的合作,是如何通过较低层级的竞争和自然选择完成进化的。最初洛夫洛克激进的观点,被严苛的科学家批判为“新纪元”天书,但目前已渐渐汇入到科学正统当中,而且其中的关键原理还时常作为“地球系统科学”的授课内容。我们对涵盖更高物种多样性的食物链复杂度的经验,至少有一部分是来自于盖亚研究,这于我们来说犹如一场及时雨一般,该复杂度提升了生态和气候的稳定性。

因此,尽管地球可能栖息于一个宜居区内,而且恰好距离太阳不远不近,但是生命在这个“淡蓝之点”(Pale Blue Dot)上的成功蔓延,不能仅仅归功于运气。生命有自己直接的方式来确保自己延续下去。

但在科学领域还未完全接受盖亚假说。我们必须承认的是,作为一种阐释与解答,盖亚假说还存在着片面性。源自盖亚的见解,毫无疑问,兼具深邃、美妙的特点,它将整个生物圈和地球的表层变化过程纳入到一个单一的、新兴的、自我调节系统中。但该理论还未达到Edge年度问题所定义的第三个特点:优雅。盖亚假说缺乏如爱因斯坦的E=mc2的数学精准性。目前还没有一个关于地球和生命的统一理论,并以此来解答为什么生命的稳定性强于它的动摇性。

进化生物学家威廉·汉密尔顿曾把洛夫洛克的理论与哥白尼的理论进行过对比,他补充道:“我们仍然在等待像牛顿这样的人出现,对这个宏大且看似不太可能的关系给出定律。”汉密尔顿自己对于寻求这个问题的答案极为痴迷,他所开发出的电脑模型似乎也可以说明,稳定性和生产率是如何相辅相成的。如果不是因为早逝,汉密尔顿或许可以成为当代的牛顿。

盖亚假说的文化内涵也不断引发人们的争论。洛夫洛克思想最为深刻的含义是,作为一个整体考量时,地球具有生物体的诸多特征。但盖亚是否如同一个单一生命形式存活着,或是更为准确地把她视为一个如行星大小的生态系统呢?林恩·马古利斯极力推崇后一个观念,我也由此比较信服后一个观念。于2011年离开人世的马古利斯,其研究工作革命性地颠覆了进化生物学的方方面面。作为一名精明务实的科学家,马古利斯曾经这样说道:“盖亚很强悍,它是一个在并无人类参与的情况下,已经运行了超过30亿年的系统。这个行星的表面和大气以及环境,在人类和偏见都消逝许久之后,仍然会持续进行着进化。”

虽然我并不排斥这样生硬直白的评价,但我也从盖亚假说上得到了相当大的灵感。事实上,据我所知,这个想法可以帮助转移人类对大自然的感知。从以现代主义者的角度来看,自然世界仅仅是一个有着无限资源的、可供人类开发利用的集合体。盖亚的观点鼓励着我们,把地球上的这个自然视为一种相互交织的有限整体,我们在其中上演着生与死。所以,将盖亚假说这个深邃且美妙的观点广而告之已然迫在眉睫。