Romolo Tavani / shutterstock

We zullen waarschijnlijk nooit weten hoe het leven op aarde begon. Misschien in een ondiep, zonovergoten zwembad. Of in de verpletterende oceaan dieptemijlen onder het oppervlak bij kloven in de aardkorst die hete mineraalrijke soep uitspuwde. Hoewel er goed bewijs is voor het leven minstens 3.7 miljard jaar geleden, we weten niet precies wanneer het begon.

Maar deze voorbijgaande eonen hebben iets geproduceerd dat misschien nog opmerkelijker is: het leven is blijven bestaan. Ondanks de enorme asteroïde-effecten, cataclysmische vulkaanactiviteit en extreme klimaatverandering, is het leven erin geslaagd om niet alleen vast te houden aan onze rotsachtige wereld, maar te gedijen.

Hoe is dit gebeurd? Onderzoek dat we onlangs hebben gepubliceerd met collega's in Trends in ecologie en evolutie biedt een belangrijk deel van het antwoord, en geeft een nieuwe verklaring voor de Gaia-hypothese.

Ontwikkeld door wetenschapper en uitvinder James Lovelocken microbioloog Lynn Margulis Gaia-hypothese oorspronkelijk voorgesteld dat het leven, door zijn interacties met de aardkorst, oceanen en atmosfeer, een stabiliserend effect heeft op de omstandigheden op het aardoppervlak - in het bijzonder de samenstelling van de atmosfeer en het klimaat. Met zo'n zelfregulerend proces kan het leven overleven onder omstandigheden die het op niet-regulerende planeten zouden hebben uitgeroeid.

Lovelock formuleerde de Gaia-hypothese tijdens het werken voor NASA in de 1960s. Hij erkende dat het leven geen passieve passagier op aarde was. In plaats daarvan heeft het de planeet grondig gerenoveerd, waardoor nieuwe rotsen zoals kalksteen zijn ontstaan, die de atmosfeer beïnvloeden door zuurstof te produceren en de cycli van elementen zoals stikstof, fosfor en koolstof aandrijven. Door de mens veroorzaakte klimaatverandering, die grotendeels het gevolg is van het verbranden van fossiele brandstoffen en dus het vrijkomen van koolstofdioxide, is slechts de laatste manier waarop het leven het aardse systeem beïnvloedt.

Terwijl het nu wordt aanvaard dat het leven een krachtige kracht op de planeet is, blijft de Gaia-hypothese controversieel. Ondanks het bewijs dat oppervlaktetemperaturen, met uitzondering van enkele opmerkelijke uitzonderingen, binnen het bereik bleven dat vereist is voor wijdverspreid vloeibaar water, schrijven veel wetenschappers dit eenvoudig toe aan geluk. Als de aarde volledig in een ijshuis of een heet huis was afgedaald (denk aan Mars of Venus) dan zou het leven uitgestorven zijn en zouden we niet hier zijn om ons af te vragen hoe het al zo lang volhield. Dit is een vorm van anthropisch selectieargument dat zegt dat er niets is om uit te leggen.

Het is duidelijk dat het leven op aarde geluk heeft gehad. In de eerste plaats bevindt de aarde zich binnen de bewoonbare zone - deze draait op een afstand rond de zon die oppervlaktetemperaturen vereist voor vloeibaar water. Er zijn alternatieve en misschien meer exotische vormen van leven in het universum, maar het leven zoals we het kennen heeft water nodig. Het leven heeft ook geluk gehad om zeer grote asteroïde effecten te voorkomen. Een klomp rots die beduidend groter is dan die van de ondergang van de dinosaurussen sommige 66m jaar geleden zou de aarde volledig kunnen hebben gesteriliseerd.

Maar wat als het leven in staat was geweest om aan de ene kant van de weegschaal van het fortuin te duwen? Wat als het leven in zekere zin zijn eigen geluk heeft gemaakt door de gevolgen van verstoringen op de planeet te verminderen? Dit leidt tot het centrale onopgeloste probleem in de Gaia-hypothese: hoe is planetaire zelfregulering bedoeld om te werken?

Hoewel natuurlijke selectie een krachtig verklaringsmechanisme is dat verantwoordelijk kan zijn voor veel van de veranderingen die we in soorten in de loop van de tijd waarnemen, ontbraken we een theorie die zou kunnen verklaren hoe de levende en niet-levende elementen van een planeet zelfregulering produceren. Daarom is de Gaia-hypothese doorgaans als interessant maar speculatief beschouwd - en niet gegrondvest in elke toetsbare theorie.

Selecteren voor stabiliteit

We denken dat we eindelijk een verklaring voor de Gaia-hypothese hebben. Het mechanisme is "sequentiële selectie". In principe is het heel eenvoudig. Terwijl het leven op een planeet opduikt begint het de omgevingsomstandigheden te beïnvloeden, en dit kan zich organiseren in stabiliserende toestanden die als een thermostaat fungeren en neigen tot het voortbestaan ​​of destabiliseren van weggelopen staten zoals de sneeuwbal Earth-evenementen die het begin van het gecompliceerde leven bijna meer dan 600m jaren geleden bijna heeft gedoofd.

Als het zich stabiliseert, is de scène ingesteld op verdere biologische evolutie die op termijn de set van interacties tussen leven en planeet zal herconfigureren. Een beroemd voorbeeld is het oorsprong van zuurstofproducerende fotosynthese rond 3 miljard jaar geleden, in een wereld die voorheen verstoken was van zuurstof. Als deze nieuwere interacties stabiliseren, blijft het planetaire systeem zichzelf reguleren. Maar nieuwe interacties kunnen ook verstoringen en uit de hand gelopen feedback veroorzaken. In het geval van fotosynthese leidde dit tot een abrupte toename van het zuurstofniveau in de lucht in de "Great Oxidation Event"Rond 2.3 miljard jaar geleden. Dit was een van de weinige perioden in de geschiedenis van de aarde waar de verandering zo duidelijk was dat het waarschijnlijk een groot deel van de bestaande biosfeer heeft weggevaagd, waardoor het systeem effectief opnieuw is opgestart.

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} Het selectiemechanisme.

De kans dat het leven en de omgeving zich spontaan organiseren in zelfregulerende staten kan veel groter zijn dan je zou verwachten. In feite, gezien de voldoende biodiversiteit, het kan zeer waarschijnlijk zijn. Maar er is een grens aan deze stabiliteit. Duw het systeem te ver en het kan verder gaan dan een omslagpunt en snel instorten tot een nieuwe en potentieel zeer verschillende staat.

Dit is geen puur theoretische oefening, omdat we denken dat we de theorie op een aantal verschillende manieren kunnen testen. Op de kleinste schaal die experimenten met diverse bacteriekolonies zou omvatten. Op een veel grotere schaal zou het gaan om het zoeken naar andere biosferen rond andere sterren die we zouden kunnen gebruiken om het totale aantal biospheres in het universum te schatten - en dus niet alleen hoe waarschijnlijk het is dat het leven tevoorschijn komt, maar ook blijft bestaan.

De relevantie van onze bevindingen voor de huidige bezorgdheid over de klimaatverandering is ons niet ontgaan. Wat mensen ook doen, het leven gaat op de een of andere manier door. Maar als we broeikasgassen blijven uitstoten en zo de atmosfeer veranderen, riskeren we een gevaarlijke en mogelijk op hol geslagen klimaatverandering. Dit zou uiteindelijk een einde kunnen maken aan de menselijke beschaving die de atmosfeer beïnvloedt, alleen al omdat er geen menselijke beschaving meer over zal zijn.

Gaiaanse zelfregulatie kan zeer effectief zijn. Maar er is geen bewijs dat het de voorkeur geeft aan één levensvorm boven een andere. Ontelbare soorten zijn de afgelopen 3.7 miljard jaar uit de aarde verdwenen en verdwenen. We hebben geen reden om dat te denken Homo sapiens zijn in dat opzicht anders.

Over de auteur

James Dyke, universitair hoofddocent Duurzaamheidswetenschap, Universiteit van Southampton en Tim Lenton, directeur, Global Systems Institute, Universiteit van Exeter

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon