Гіпотеза геї земліі

Однак, не взявши до уваги взаємозв'язок живого і неживого, навіть за допомогою витончених комп'ютерних моделей учені не можуть пояснити, чому такий низький рівень вмісту вуглекислого газу в земній атмосфері і чому вміст кисню в повітрі постійно тримається на рівні 21 відсотка. У цьому випадку Дж. Лавлок припустив, що один з важливих механізмів підтримки концентрації кисню в атмосфері на рівні 21% пов'язаний з тим фактом, що при концентрації кисню нижче 15% займання деревини неможливо, а при концентрації вище 25%, займання відбувається дуже легко і лісові пожежі просто знищать всі ліси. Хвойні породи і евкаліпти легко займаються, тому пожежі включаються до їх еволюційної стратегії. Інші види дерев і відповідні типи лісів менш чутливі до вогню.  Конкуренція за простір між різними типами лісів може реалізувати коло глобального зворотнього зв'язку, що регулює концентрацію кисню в атмосфері [2].

Рис. 5 Наслідки збільшення і зменшення концентрації кисню

Думка про те, що живі організми регулюють температуру земної поверхні і хімічний склад її атмосфери, прийшла до Лавлока, коли він працював за завданням НАСА над експериментами по виявленню життя на Марсі. Порівнюючи дані про атмосфери Марса і Венери, в яких домінує вуглекислий газ, з земними параметрами, він здивувався їх радикальному значенню.

Рис.6 Склад атмосфери різних планет

Існують переконливі докази існування життя на Землі і такі ж переконливі докази його відсутності на Венері та Марсі. Земна атмосфера знаходиться в хімічно неврівноваженому стані. Марс та Венера навпаки мають атмосферу в більш врівноваженому стані. Насправді жодна інша планета Сонячної системи не має атмосфери з змішаними окислювальними і відновлюючи ми газами. Так було б і з самою Землею, якби життя на ній не існувало. Якщо життя на нашій планеті перестане існувати, більше ніж сто хімічних елементів, з яких складається земна поверхня, водойми і атмосфера, почнуть взаємодіяти разом, допоки не досягнуть хімічної рівноваги. Планета стане гарячою і  безводною [16, c. 30].

Рис. 7 Кількість газів у атмосфера різних планет

Хімічний склад нашої планети стабільний і постійний. Звичайно, зміни відбуваються, але вкрай повільно. Така сталість потребує існування системи активного управління. Але яка природа цієї керуючої системи? І чи не визначальною частиною її є живі організми?

"Вся система життя і її матеріального оточення саморегулюється в стан, комфортабельний для організмів", - до такого висновку прийшов Лавлок. Зникнення вуглекислого газу з атмосфери залежить від рівня зростання організмів і, отже, від клімату планети. Якщо температура дуже низька, вуглекислий газ акумулюється в атмосфері і обігріває планету, але коли температура підвищується до надмірно високих позначок, вуглекислий газ швидше поглинається рослинами. Таким чином встановлюється оптимальна температура.

Так, візьмемо, наприклад, повітря, яким ми дихаємо. Кисень є необхідним елементом практично для всіх живих організмів, від бактерій і риб, до людей. Цей газ тисячоліттями зберігався на рівні 21 відсотка складу земної атмосфери за допомогою певних живих організмів (рослин), які постійно вивільняють його. Кисень, будучи у високому ступені реактивним елементом, має здатність з'єднуватися з іншими газами і неорганічними речовинами атмосфери і земної кори, повністю зникаючи у своїй первинній формі.

Незважаючи на нестабільність цієї ситуації, атмосфера Землі з відносною сталістю здійснює свою функцію захисту життя. Таким було одне з спостережень, описаних Джеймсом Лавлоком і висловлене на науковій конференції в Прінстоні в 1969 році.

На противагу концепції, що сприймає природу як гру випадковостей, Лавлок постулював, що, цілком можливо, Земля існує у формі гігантського живого організму, який організував всі форми матерії, - як органічної, так і неорганічної, - з певною метою: створити середовище для підтримки життя.

Ще одне зі спостережень, зроблених Лавлоком, - виявлення факту незмінності концентрації солі у морській воді, яка залишається на оптимальному рівні для підтримки в ній життя. Науці відомо, що води річок постійно приносять мінеральні солі в океан, проте, коли морська вода утворює хмари при випаровуванні, в них вже не містяться солі. Якщо слідувати строгій логіці, то було б правильно припустити, що концентрація солі у водах океану повинна зростати з плином часу. Однак цього не відбувається.

Концентрація солі залишається незмінною століттями. На думку прихильників гіпотези Геї, це пояснюється здатністю колосальної істоти зберігати внутрішню рівновагу - феномен, який науково відповідає явищу "гомеостазу", характерному зазвичай для клітинних організмів.

Деякі вважають, що відповідь на питання настільки загадкового феномену можна знайти в процесі утворення соляних копалень: протягом часу вода утворює затоку, яка пізніше відсікається сушею.  Вода усередині випаровується і залишається тільки сіль. Ця частина землі вкривається шаром пилу і глини, з часом перетворюючись у скелю, не даючи можливість річці, яка потенційно може утворитися в майбутньому, відносити сіль. Чи можливо, що цей механізм довільно регулює концентрацію солі таким чином, що вода залишається придатним середовищем існування для риб та інших морських створінь? На думку тих, хто підтримує цю теорію, такий стан речей є не просто наслідком випадкового збігу обставин, але, скоріше, процесом, який регулюється самої Геєю.

Пізніший приклад, що підтверджує теорію існування Геї, був зроблений вченими з університету Гонконгу, керованим Цзю Ляо. Під час вивчення прибережної лінії, група вчених зауважила, що припливи змушують прибережне дно "дихати", коли волога і повітря змінюють один одного при тиску води на дно моря. Найочевидніше прояв цього дихання спостерігався, коли з дна піднімалися бульбашки повітря. Схоже, що припливи впливають на ритмічний рух дна океану, що викликає явище, схоже з процесом дихання, але з уповільненим ритмом, що, звичайно ж, обумовлено величезними розмірами Землі.

Факти, що доводять дихання і життя Землі на цьому не закінчуються: недавні доповіді вчених з обсерваторії Мауна Лоа (Гаваї) виявляють, що вміст вуглекислого газу за період з 1955 по 1995 змінювалося від більшого до меншого за певною ритмічною моделлю. Якщо до цієї інформації додати свідоцтва, зібрані з географічних станцій, можна інтерпретувати ці явища як докази дихання Землі: у вигляді вдихів і видихів [13,15].

Однак за результатами тих же спостережень стало видно, що океан протягом останніх десяти років став "дихати" частіше.

В результаті процесу спільної еволюції біоти і середовища народилася, розвинулася і досягла зрілого віку Гея. При цьому такі глобальні параметри Геї, як хімічний склад атмосфери, іонний склад морської води, клімат підтримуються в далекому від термодинамічної рівноваги стані, сприятливому для існування самого життя. У даній системі живе і неживе настільки нероздільні і потрібні один одному, беручи участь в загальному глобальному процесі кругообігу і переносу речовин, обміну інформацією, що традиційне уявлення про середовище, як про сукупність зовнішніх факторів, до яких організм змушений пристосовуватися в процесі адаптації та еволюції, виглядає одностороннім і вузьким поглядом зсередини, з точки зору популяції, виду та й то, в обмежених часових рамках, справедливим тільки в масштабах існування дрібних таксонів і приватних типів екосистем.

На думку біолога Л.Маргуліс, давньої соратниці Лавлока, основні якісні скачки в еволюції біоти відбуваються в результаті серії послідовного симбіогенеза. Так наприклад, утворилися еукаріоти з прокаріотів. Велика роль екзосимбіоза в появі багатоклітинних. Дарвінівські механізми безперервно беруть участь в процесі еволюції, але недостатні для реалізації якісних стрибків в еволюції. [7,17,18]

Величезну роль в еволюції біосфери від зародження життя до цього часу грає бактеріальне співтовариство. В історично тривалий період, коли бактерії були єдиною формою життя на Землі, відбувався, як відомо, безперервний генетичний обмін між ними за допомогою вірусів і плазмід - кільцеподібних вірусоподібних структур. Таким чином, стародавнє бактеріальне співтовариство у вигляді тонкої плівки живих матів покривало поверхню Землі і панувало протягом трьох мільярдів років, являючи собою щось на кшталт єдиної тканини. На початку ордовика, близько 500 млн. років тому почався так званий фанерозойский вибух [19]. Царство бактеріальних спільнот у вигляді матів змінилося  розвитком нескінченного розмаїття складних багаторівневих симбіотичних організацій. При цьому, як зазначає Е.Янч, основні автокаталітичні одиниці, що керують "фізіологічними" процесами Геї (відновлення та окислення, з'єднання кисню з вуглецем і навпаки) реалізуються все тими ж без'ядерними одноклітинними, такими, як бактерії грунту, або їх нащадками в ядерних клітинах - мітохондріями (окислювачі) і, хлоропластами (відновники) [20]. Останні ж, відповідно до ендосимбіотичної теорії - колишні прокаріоти, що увійшли до складу еукаріот у вигляді спеціалізованих клітинних органел. Тобто аутопоетична  і саморегулююча система Геї, як свого роду каталітичний гіперцикл Ейгена, що зв'язує найдрібніші живі організми з макросистемою планетарної атмосфери і клімату, встановилася і стабілізувалася ще 1.5 мільярда років тому, коли вільний кисень досяг нинішньої концентрації.

Лінн Маргуліс і її соратники продовжують активно розвивати концепцію симбіотичної організації та еволюції біосфери, Геї.

3. Критика гіпотези Геї

Багато учасників Першої Чепменівської конференції Американського Геофізичного Союзу присвяченій гіпотезі Геї, що проходила  в 1988 р. погодилися з тим, що гіпотеза Геї є метафорою. Втім, поняття "боротьба за виживання" або навіть більш загальне і багатозначне поняття "боротьба за існування", підказане (якщо не нав'язане) Ч.Дарвіну соціальним дарвіністом Г.Спенсером також можна з тим же правом вважати метафорою. Тим не менш, це не завадило побудові до дива популярної еволюційної теорії. Позитивна роль метафори полягає в її здатності стимулювати наукову думку. Неминуча зворотна сторона медалі - породження численних помилок і міфів. І в тому і в іншому теорія Дарвіна, гіпотеза Геї та інші популярні концепції цілком досягли успіху.

Науковий естеблішмент різко критикує гіпотезу Геї з позиції досить ортодоксального позитивізму за її нібито "нефальсифікованість" по К.Попперу [21, c. 433]. Тобто критики надто формально і прямолінійно підходять до аналізу гіпотези, наївно вважаючи її строго науковою. Мається на увазі, наприклад, її первісне, інтуїтивне, нестроге і тавтологічне за своєю логічною структурою формулювання, згідно з яким біота підтримує на Землі умови, сприятливі для власного існування [10]. Справа в тому, що як вже зазначалося, вся біосфера подібна живій клітині і поділ її на біоту і неживу матерію в цій динамічній, циклічно організованій і самопродукованій  системі досить умовний. Тим більше, мало наукового сенсу в тому, щоб малювати схему із зворотними зв'язками між цими компонентами, як робив Дж. Лавлок і його соратники для наочності в деяких популярних працях. Пізніше, Дж. Лавлок, на підставі робіт відомих чилійських вчених У.Матурани, Ф.Варели, особливо, під впливом роботи Е.Янча, став з обережністю трактувати Гею з наукової точки зору як багаторівневий аутопоезис (процес саморегуляції, самобудування). Концепція аутопоезису  є досить нетрадиційною, досить сучасною теорією живих організмів. Її нерідко називають "екзистенційною біологією" тому, що  існування живих систем прирівнюється до  їх когнітивної діяльності і навпаки. Все це зближує аутопоезис з фундаментальною онтологією М. Хайдеггера і ставить питання про співіснування різних рівнів буття, крім того, вводиться поняття включеного спостерігача, на зразок того, як це робиться в Борівської інтерпретації квантової механіки. Фактично, вся основна гілка сучасної кібернетики, яка також називається кібернетикою другого порядку базується на концепції аутопоезису.

Крім того, слід врахувати, що з точки зору традиційної науки Гея є дуже складною системою з багатьма невивченими контурами зворотних зв'язків, що робить традиційний аналіз і навіть імітаційне моделювання поки що неефективними інструментами. Все це і змушує Дж. Лавлока продовжувати називати Гею гіпотезою і навіть вважати її "способом життя для агностиків" [15, c.6-7].

Критика гіпотези Геї з боку біолога, відомого еволюціоніста і при цьому досить одіозного соціобіолога Річарда Докінза виявилася більш істотною і стимулювала використання Дж. Лавлоком математичного моделювання. У своїй широко відомій книзі "Розширений фенотип" 1982го року, Річард Докінз говорить про те, що еволюція за Дарвіном з її генетичним "егоїзмом" ніколи не зможе привести до "альтруїзму" планетарного масштабу, необхідного для саморегуляції процесів на планеті. На його думку, Гея неможлива, оскільки планета не здатна відтворюватися, а без відтворення не може бути природного популяційного відбору у найбільш пристосованої з планет.