Wissenschaftler haben endlich eine Erklärung für das Gaia PuzzleRomolo Tavani / shutterstock

Wir werden wahrscheinlich nie wissen, wie das Leben auf der Erde begann. Vielleicht in einem flachen, sonnenbeschienenen Pool. Oder in den zermürbenden Tiefen des Meeres, meilenweit unter der Oberfläche, in der Nähe von Rissen in der Erdkruste, die heiße, mineralreiche Suppe ausspieen. Zwar gibt es gute Beweise für das Leben mindestens 3.7 Milliarden Jahrenwir wissen nicht genau wann es angefangen hat.

Aber diese vorübergehenden Äonen haben etwas vielleicht noch bemerkenswerteres hervorgebracht: Das Leben ist geblieben. Trotz massiver Asteroideneinschläge, katastrophaler Vulkanaktivität und extremer Klimaveränderungen ist es dem Leben gelungen, sich nicht nur an unsere felsige Welt zu klammern, sondern auch zu gedeihen.

Wie ist es passiert? Forschung, die wir vor kurzem mit Kollegen in veröffentlicht haben Trends in Ecology and Evolution bietet einen wichtigen Teil der Antwort und liefert eine neue Erklärung für die Gaia-Hypothese.

Entwickelt von Wissenschaftler und Erfinder James Lovelockund Mikrobiologe Lynn Margulis, der Gaia-Hypothese ursprünglich vorgeschlagen, dass das Leben, durch seine Wechselwirkungen mit der Erdkruste, Ozeanen und Atmosphäre, eine stabilisierende Wirkung auf die Bedingungen auf der Oberfläche des Planeten - insbesondere die Zusammensetzung der Atmosphäre und des Klimas. Mit einem solchen selbstregulierenden Prozess konnte das Leben unter Bedingungen überleben, die es auf nicht regulierenden Planeten vernichtet hätten.

Lovelock formulierte die Gaia-Hypothese, während er für die NASA in den 1960s arbeitete. Er erkannte, dass das Leben kein passiver Passagier auf der Erde war. Vielmehr hat es den Planeten grundlegend umgestaltet, indem er neue Gesteine ​​wie Kalkstein geschaffen hat, die die Atmosphäre durch die Erzeugung von Sauerstoff beeinflusst und die Zyklen von Elementen wie Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff angetrieben hat. Der von Menschen verursachte Klimawandel, der zu großen Teilen eine Folge davon ist, dass wir fossile Brennstoffe verbrennen und so Kohlendioxid freisetzen, ist nur die neueste Art und Weise, wie das Leben das Erdsystem beeinflusst.


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Während heute akzeptiert wird, dass das Leben eine mächtige Kraft auf dem Planeten ist, bleibt die Gaia-Hypothese kontrovers. Trotz der Beweise, dass die Oberflächentemperaturen, abgesehen von einigen bemerkenswerten Ausnahmen, innerhalb des für das weitverbreitete flüssige Wasser erforderlichen Bereichs geblieben sind, schreiben viele Wissenschaftler dies einfach dem Glück zu. Wenn die Erde vollständig in ein Eishaus oder ein heißes Haus abgestiegen wäre (denken Sie an Mars oder Venus), wäre das Leben ausgestorben und wir wären nicht hier, um uns darüber zu wundern, wie es so lange so geblieben war. Dies ist eine Form von anthropisches Auswahlargument das sagt, es gibt nichts zu erklären.

Offensichtlich hat das Leben auf der Erde Glück gehabt. In erster Linie befindet sich die Erde in der bewohnbaren Zone - sie umkreist die Sonne in einer Entfernung, die Oberflächentemperaturen erzeugt, die für flüssiges Wasser erforderlich sind. Es gibt alternative und vielleicht exotischere Formen des Lebens im Universum, aber das Leben, wie wir es kennen, benötigt Wasser. Das Leben war auch glücklich, sehr große Asteroideneinschläge zu vermeiden. Ein Felsbrocken, der bedeutend größer ist als jener, der zum Untergang der Dinosaurier führte einige 66m Jahren hätte die Erde vollständig sterilisieren können.

Aber was wäre, wenn das Leben auf einer Seite der Vermögensskala hätte nach unten drücken können? Was, wenn das Leben in gewissem Sinne sein Glück machte, indem es die Auswirkungen planetarer Störungen reduzierte? Dies führt zu dem zentralen Problem der Gaia-Hypothese: Wie soll die planetare Selbstregulation funktionieren?

Während die natürliche Selektion ein aussagekräftiger Erklärungsmechanismus ist, der einen Großteil der Veränderungen, die wir im Laufe der Zeit beobachten, erklären kann, fehlte uns eine Theorie, die erklären könnte, wie die lebenden und nicht-lebenden Elemente eines Planeten Selbstregulation erzeugen. Folglich wurde die Gaia-Hypothese typischerweise als interessant, aber spekulativ betrachtet - und nicht geerdet in irgendeiner überprüfbaren Theorie.

Auswahl für Stabilität

Wir denken, wir haben endlich eine Erklärung für die Gaia-Hypothese. Der Mechanismus ist "sequentielle Auswahl". Im Prinzip ist es sehr einfach. Wenn Leben auf einem Planeten entsteht, beginnt es, die Umweltbedingungen zu beeinflussen, und dies kann sich in stabilisierende Zustände organisieren, die wie ein Thermostat wirken und dazu neigen fortzufahren oder instabile Zustände wie die destabilisierenden zu zerstören Schneeball Erde Ereignisse das hat fast schon vor 600m Jahren die Anfänge des komplexen Lebens fast ausgelöscht.

Wenn es sich stabilisiert, dann ist die Szene für eine weitere biologische Evolution vorbereitet, die mit der Zeit die Menge der Interaktionen zwischen Leben und Planet rekonfigurieren wird. Ein berühmtes Beispiel ist die Ursprung der Sauerstoff produzierenden Photosynthese um 3 vor Milliarden Jahren, in einer Welt ohne Sauerstoff. Wenn sich diese neueren Interaktionen stabilisieren, dann setzt sich das Planetensystem fort, sich selbst zu regulieren. Neue Interaktionen können jedoch auch zu Störungen und außer Kontrolle geratenen Feedbacks führen. Im Falle der Photosynthese führte dies zu einem abrupten Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre.Großes Oxidationsereignis"Um 2.3 vor Milliarden Jahren. Dies war eine der seltenen Perioden in der Erdgeschichte, in der die Veränderung so ausgeprägt war, dass sie wahrscheinlich einen Großteil der etablierten Biosphäre auslöschte und das System effektiv neu startete.

{youtube}3rtNO8O2TKA{/youtube} Der Auswahlmechanismus.

Die Chancen, dass sich Leben und Umwelt spontan in selbstregulierende Zustände organisieren, können viel höher sein, als Sie erwarten würden. Wenn genügend Biodiversität vorhanden ist, es kann sehr wahrscheinlich sein. Aber dieser Stabilität ist eine Grenze gesetzt. Schieben Sie das System zu weit und es kann über einen Kipppunkt hinausgehen und schnell in einen neuen und möglicherweise sehr unterschiedlichen Zustand kollabieren.

Dies ist keine rein theoretische Übung, da wir denken, dass wir die Theorie auf verschiedene Arten testen können. Im kleinsten Maßstab wären Experimente mit verschiedenen Bakterienkolonien erforderlich. In einem viel größeren Maßstab würde es die Suche nach anderen Biosphären um andere Sterne beinhalten, die wir verwenden könnten, um die Gesamtzahl der Biosphären im Universum abzuschätzen - und somit nicht nur, wie wahrscheinlich es für das Leben ist, zu entstehen, sondern auch zu bestehen.

Die Relevanz unserer Erkenntnisse für die aktuellen Sorgen über den Klimawandel ist uns nicht entgangen. Was auch immer Menschen tun, das Leben wird auf die eine oder andere Weise weitergehen. Wenn wir jedoch weiterhin Treibhausgase ausstoßen und so die Atmosphäre verändern, riskieren wir gefährliche und potenziell außer Kontrolle geratene Klimaänderungen. Dies könnte schließlich die menschliche Zivilisation davon abhalten, die Atmosphäre zu beeinflussen, schon allein deshalb, weil es keine menschliche Zivilisation mehr geben wird.

Das GesprächGaian Selbstregulation kann sehr effektiv sein. Aber es gibt keine Beweise dafür, dass es eine Lebensform einer anderen vorzieht. In den vergangenen 3.7 Milliarden Jahren sind unzählige Arten aufgetaucht und dann von der Erde verschwunden. Wir haben keinen Grund, das zu denken Homo sapiens sind in dieser Hinsicht anders.

Über den Autor

James Dyke, Associate Professor für Nachhaltigkeitswissenschaften, University of Southampton und Tim Lenton, Direktor des Global Systems Institute, University of Exeter

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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