首页 >> 小红猪作品 >> 生物 >> 文章

译者:行空天牛。他的其他译作在这里那里

原文在 by Peter Wald

地球并不是抚育生命的母亲,它更像是要命的美狄亚。——生物学家Peter Ward

两艘“海盗号”分别于1976年和1977年在火星上成功登陆,他们的首要目标是去发现生命。众失所望的是,他们传回的数据显示的只是少许的冷水。火星的表面是荒芜的且不宜生存,那里并没有生命迹象。

对于James Lovelock和Diane Hitchcock这两位美国宇航局的科学家来说,这没什么可惊讶的。事实上,要是在火星上发现了什么生命迹象他们才会感到震惊呢。在海盗号登陆的十多年前,这两位大气科学家已经通过对火星大气层的观测推测出在那颗行星上可能不会有生命存在。

从他们的研究中产生的盖亚假说是20世纪最具影响的开创性科学思想之一,它是根据古希腊神话中的大地之神这个抚育生命的母亲来命名的。但这个假说正确吗?新的科学发现表明,地球上生命的本质并不是都和盖亚一样。如果我们非要选一个神话中的母亲形象来刻画生物圈的特性,美狄亚,这位阿尔戈英雄首领伊阿宋的恶毒的妻子,也许更加合适。她是一个女巫,一个公主,也是杀自己孩子的凶手。

盖亚假说的故事开始于20世纪60年代,当Lovelock和Hitchcock指出火星上的大气层处于一种化学平衡的状态——主要是惰性的二氧化碳,还是少量的氮气,以及非常少的氧气、甲烷和氢气。将其与地球上的大气层做一比较,他们认识到地球大气处于化学不平衡的状态,二氧化碳和氧气在不断变化。变化的主要原因是生命——光合作用将二氧化碳转化为氧气,而有氧新陈代谢则反而行之。如果没有生命,地球的大气层将根本性地由我们所呼吸的氧气充足维持生命的气体混合物变成像火星大气一样的不利于生命的化学平衡态。

地球上的大气并不仅仅是不断变动,它还是适宜生命繁衍的,而且数十亿年来都是这样。类似地,地表温度、酸度和海洋化学成分看起来在数十亿年也很稳定,在平均值上下徘徊,这使得地球可持续居住。考虑这些发现的意义,Lovelock开始拼凑一种新的生命观点以及其与主导它的星球的联系。尽管他专注研究的是地球,但他的观点可以应用在任何可居住的行星上,而且在他余下的职业生涯中他一直在琢磨这些。

简单地说,盖亚假说就是:生命作为一种聚集体以某一种方式与物理环境相互作用,这种方式不仅保持地球是宜居的,而且持续提升生命的生存环境。这是通过一系列类似于生态平衡的反馈系统实现的,运用这一机理活着的生物体能够保持一个稳定的内在环境。那些影响行星可否宜居的主要因素,如温度、海水和淡水的化学成分以及大气的组成等,它们并不仅是受到生命的影响,也受到反馈系统的控制。

随着时间的推进,Lovelock的观点得以演化,盖亚假说形成了几种不同的形式。(见文后“盖亚的多种面孔”)在他第一篇文章发表的十年内,他将它的假说提升为科学性更强的盖亚理论。在20世纪70年代中,他这样描述他的观点:“盖亚理论是说:温度、氧化态、酸度以及岩石和水的某些特性被保持常值,而且这一平衡是通过生物群自动地和无意识地操纵主动反馈过程来保持的。”

Lovelock最终开始谈及这个可视作某种超有机体的行星自身。“全部范围的生命物质,大到鲸鱼和橡树,小到病毒和海藻,可以看作是他们构成了一个独立的生命统一体,这个统一体能够保持地球上的大气层适合自己所有的需要,而且所赋有的能力和力量都远在其构成部分之上,”在他1979年出版的专著《盖亚:地球生命的新写照》(Gaia: A new look at life on Earth)中他这样写道。换句话说,地球并非简简单单地是一颗庇护生命的行星,它本身也是活着的。

这个观点既简明又优雅,而且很快吸引了许多拥趸者,这些人既有科学家又有非科学家。一些研究者从盖亚理论中发现了一种思考有机成分和元素的循环的新方式。一部分人跟随Lovelock的引导,为“在这颗行星上生命控制着环境”这一观点寻找科学性的支撑。还有一部分人,主要是非科学研究人员,从中发现了一种新的观点,关于人类该怎样去联系起地球和余下的生命。一些人甚至从这一概念中看见了上帝的脸。

盖亚假说一直不停地引起科学家们的兴趣和争论——已经有三次国际会议致力于这一假说,最近的一次是在2006年

尽管如此,研究科目正在改变。许多最近的发现对盖亚假说产生了严重怀疑。有两路研究尤其具有毁灭性:一种基于深时——对远古岩石的研究,另一种基于未来的模型。两者均推翻了盖亚预言的关键,并且提出地球的生命在反复忍受“美狄亚”事件——由生命本身引起的生物种类和数量的急剧减少,而且在未来的岁月中还将如此。

让我们首先转向深时发现。盖亚假说的倡导者所提出的最具影响力的观点之一是地球上的各种温度保持稳定和平稳是由于反馈机制的存在,这种反馈是由生命引起的,或者至少是由其助长的。

在这些各自不同的“恒温器”中最最重要的一个是碳酸盐-硅酸盐风化循环。由于不断的火山活动,这是地球的一个特点,会给大气层不停地注入不定量的二氧化碳。二氧化碳是一种很有效力的温室气体。如果没有什么办法消除掉它,它将会使地球经历不可控制的升温过程,这将最终导致海水汽化——如同40亿年前金星的宿命。

二氧化碳的消除主要是靠诸如花岗岩这样的富硅酸盐岩石的化学风化过程。这种风化是与二氧化碳发生化学反应,将这种气体从大气中转化出来,并以石灰石(碳酸钙)固定下来。

这种反应的速率因陆地植物而增加,它们的根可以破坏岩石以使得水和二氧化碳可以渗透进去。此外,植物也直接通过光合作用消耗大气中的二氧化碳。

到目前为止,一直还符合盖亚假说。但是根据科学家们对过去全球温度比以往任何时候更精确的估计来看,倒并没怎么发现盖亚理论所预言的稳定性。实际上,由于新物种的进化,地球温度的变化就像过山车一样。

例如,大约23亿年前,地球忍受了一个持续了1亿年的漫长冰川时期。海洋完全被冻住了,形成了一个“冰雪地球”。这一起因是生命本身。大约在这个时期的2亿年前,进化开始用一种新的方式来维持生命,即光合作用,它利用太阳光中的能量将无机的二氧化碳转化成糖类。光合微生物将大量的可吸收热量的二氧化碳从大气中吸走了,以至于这颗行星跌入了冰窟。

clip_image002[4]

最初的多细胞植物的进化所带来的第二幕冰雪地球时期发生在7亿年以前。一段时间以后,陆地植物的进化给了气候一个双重打击。他们的深根显著地提高了风化速率,而且光合作用也减少了二氧化碳的含量。结果是,在泥盆纪(4亿1600万年前到3亿6000万年前)末期森林的出现之后不久,地球进入了长达5000万年的冰河时期。这个温暖年轻的行星很快地降下温来,大量的生命灭亡。这并不是一个符合盖亚假说的结果。

事实上,自生命存在之时起,它就一直能够毁坏自己。Charles Darwin把新产生的生命形式融入这个世界的过程,想象成一个楔子轻松地进入一个狭窄的空凹处然后渐渐将其撑开的过程。一部分生命的确是这样,但是其余的却像大锤,在他们所到之处毁灭生命之树的所有分支。

自从有了最早的生命以来情况就一直是这样的。我们认为,大约在37亿年前的一场“沼气危机”几乎彻底毁灭了地球上的生命,差不多从它一开始就是这样。释放沼气的微生物使得大气笼罩着一层烟雾,并挡住了太阳。

恐怕最恶劣的美狄亚事件与第一幕冰雪地球一样,是由相同的生物变革促成的,即光合作用的进展和与之相伴的大气中氧气的增加。对于25亿年前构成生命的微生物来说,氧气就是一种致命的毒药,直到那个时候开始,生物体才能够适应它。随着光合作用的进展,这一大规模杀伤武器被启动起来,造成了第一次,恐怕也是最极端的一次大灭绝事件。生命被毁灭了。幸存下来的都是光合生物和微生物,它们迅速地进化以适应氧气。

一些新的研究成果是对盖亚假说更大的否定,这些成果是对5亿6500万年前自动物进化以来发生的灭绝事件的研究得到的,其中包括5次大规模和差不多10次较小规模的灭绝。

1980年,地理学家公布了一个开创性的发现:6500万年前的白垩纪/第三纪大灭绝是由于一颗小行星撞击地球引起的,有一个观点很快地变成了正统说法,即:所有大灭绝都是由地球外事件造成的,不管是冲撞,还是在4亿4300万年前奥陶纪灭绝事件情况下的伽马射线爆发。这类事件被称为“盖亚空档”,因为生命是没有办法对他们做出准备的。

研究者很快认识到陨石坑与大灭绝事件有着明显的联系,这包括2亿5100万年前宏大的二叠纪/三叠纪事件以及2亿年前的三叠纪/侏罗纪事件。然而,撞击引起大灭绝这一论据也是经不起推敲的。如今,大多数的事件被看作是“细菌引起的”大灭绝,这是由于大量的细菌释放出有毒的硫化氢气体导致的。(新科学家,2008年2月9日出版,P40)海洋是在全球急剧升温的地质幕出现的,如二叠纪的后期,这个时期延长的火山活动往大气中注入了大量的二氧化碳。这些细菌就在这死寂的海水中茁壮成长。根据盖亚理论,生命应该缓和掉这些事件,但是事实并非如此。它们的存在似乎在强烈地支持美狄亚观点,而与盖亚背道而驰。可论证地是,与生命历史上许多其他的事件一样,人类主导的大灭绝现在正在我们周围进行着。

“生命似乎在追求自我的终结,拖着地球回归到了无生机”

未来是什么样子呢?这里我们还是可以驳斥盖亚假说,而且这恐怕也是最有趣和最震撼的发现了。生命似乎在积极地追求它自己的终结,拖着地球走近必然来临的一天,那个时候地球将回归它的原点:了无生机。

怎么会这样呢?首先,太阳正在越变越热,它的光照强度已经在过去的45亿年增加约30%,而且还将继续增加下去。由于太阳持续更强的光照,这将造成全球升温,增加硅酸盐岩石的风化——风化的速率随着温度的上升而增大。再加之光合作用和植物的根的作用,将会使二氧化碳以比以往更快的速度在大气中消除。

灾难来袭

起先,二氧化碳的消除将缓和太阳引起的温度上升,但是可能在5亿年后会有这样的一个时期到来,那个时侯大气中将没有足够多的二氧化碳来进行光合作用。当那不幸的一天到来,我们的所知的世界将迎来一个非常明了的末日。

对生命来说,这些变化将是剧烈而又悲惨的。植物将干枯和死亡,阻断主要的生物生产源和大气中的氧气。动物将很快跟着死亡。植物的死亡也将引起大气中二氧化碳的重新积累,导致失去控制的温室效应。最终,地球表面温度将超过沸水的温度,最后一个微生物也将灭亡。地球将再次没有生命。这是非常反盖亚的,因为盖亚理论认为在一颗行星上生命的存在将提高其宜居性。而其对立面才是正确的。

如果这些模型是正确的,那么地球上的生命已处于老年期。这场始于38亿年前的地球生命冒险,而且仍然是在宇宙中我们所知道的唯一生命体,也许还剩下十亿年的旅程。大气中二氧化碳的减少这一长期的、最终的过程已经开始了——矿物燃料燃烧的影响仅仅是九牛一毛。对现在来说,盖亚就要死去,美狄亚会活得更久。

盖亚的多种面孔

至少有三种不同的盖亚假说变体

优化的盖亚假说

这个最早的解释仍然是盖亚理论最“强”的版本之一。它指出生命在积极地控制外界条件,包括生物圈中纯物理的方面,如温度、海水酸度、大气组成,以至于地球最好地保持可居住性。

自我调节(或内稳定)的盖亚假说

一种较新的且稍弱一些的理论。比起生命积极地优化行星上的环境,这个理论指出生命建立一个负反馈系统,它可以使约束生命的因素保持在特定的范围内,诸如温度、以及更近时期提出的大气中氧气和二氧化碳的含量等。

超有机体盖亚假说

地球并不是一个仅仅来支持生命的物理行星,它自己是活着的。这是这一理论最强悍的解释,也趋向于被认作是不科学的。

Peter Ward是西雅图华盛顿大学的生物学教授。这篇文章是基于他的新书《美狄亚假说:地球上生命最终会自我毁灭吗?》(The Medea Hypothesis: Is life on Earth ultimately self-destructive?,普林斯顿大学出版社)

本文译自《新科学家》2009.6.17

0
为您推荐

25 Responses to “[小红猪]盖亚的邪恶化身:生命是它自己的死敌么?”

  1. 阳春面说道:

    期待能接触外星文明的“红猪”

  2. 杨友三说道:

    盖亚假说让人们的视野变得开阔了!

  3. [...] 请看《盖亚的邪恶化身》 [...]

  4. [...] 本文可与《[小红猪]盖亚的邪恶化身:生命是它自己的死敌么?》对照阅读 标签:生物多样性, 盖亚假说, [...]

  5. maokk说道:

    振荡至死。

  6. Metaverse说道:

    文中的那幅图,大概可以看作是新的生态系统平衡代替旧系统平衡的演化历程吧……

  7. 冰眸说道:

    老实说,要么是这篇文章写得很差,要么是翻译的很差,反正看起来很没有条理,而且很多句子不符合中文说法,乱七八糟,感觉很不好

  8. 李之梧说道:

    众多的生命可以组成一个生命(盖娅假说),而那多的《亡者永生》提供了一个相反的假说:生命的一部分(人的内脏)也可转化为另一种生命

  9. Ent说道:

    上一次二氧化碳大跌的时候,植物及时演化出了更发达的气孔和维管束,又挺过来了……也许这次我们又能目睹一次植物大演化~

  10. 说道:

    十亿年之后怎么样,我们谁都看不见了,一切只存在在想象中。一起做蝴蝶,扇扇翅膀,看能不能影响十亿年之后。。。

  11. Abyssx说道:

    生命的每一次跌宕起伏都带来了全新的更具有适应性的生态圈,所谓的自我毁灭不过是新旧交替的表象……一次次的改变和一次次得回复不正说明了生态系统有极强的反馈与修复能力么……光看到灭绝却不看随之而来的繁荣?真是悲观的调调……

  12. [...] PS: 本文可與《[小紅豬]蓋亞的邪惡化身:生命是它自己的死敵么?》對照閱讀 [...]

  13. 胖米花说道:

    我一直认为,地球本来就是活着的。地下的熔岩像生物体的血液一样流动。地壳的板块运动、洋流、风等等这些,都让我觉得地球她本来就是有生命的,是一颗实实在在活着的星球。
    或许是我只是有限,从来没有听说过其他行星上有地震、板块运动、火山爆发。
    曾经听过一种说法,不知道是真是假--太阳系的几大行星中,只有地球有液体(岩浆)的内部结构,其他的行星内部都是固态的。

    • suizui说道:

      这样理解会涉及定义和定性的问题,影响不同性质的现象的具体判断和处理。

      各种事物受到自然法则的支配,受到不同因素影响而改变状态,其中很多种的定义就是“运动”,描述这些现象的共性,不能更具体地说明“什么被什么影响而变成什么”。

      事物当中的一部分,被定义为具有“生命”特性的类别,就必然要和非生命的类别区分。
      而“运动”只有描述事物“在变化、在发生相互影响”的作用,用它来做“生命”的专有特性标签就不对了。

      问题就是识别标志的使用错误——
      本来要从大量都能“运动”的事物中筛选出一类表现独特的东西,叫做“生命体”,这类东西在“运动”时就必具有特殊的表现形式,作为对应“生命”的识别特征。
      如此,“生命”就是 [能运动的事物] 这个集合的一部分,叫做 [运动行为有一种特点的事物],识别特征是“有某种性质的运动行为”。

      然后就是集合概念以小吃大的对错问题了。

      假设“生命”这种东西的识别特征可以是“能运动”,那么:
      一切能“运动”的事物都符合“是生命体”这个识别标准,能说话打架的“活人”可以“运动”,倒在地上和地壳一起转动的“死人”也在“运动”,从天上掉下来的尘埃也在“运动”,“死气沉沉”的火星在绕太阳公转也在“运动”,屎壳郎推下坡的粪球不停打滚也在“运动”....
      既然如此,“运动”就是“生命体才表现的行为特征”的同义词,何必重复造词呢,把“运动的东西”认为是生命就可以了。那么:
      符合识别标准的“生命”非常多。

      多就多呗,怕什么?

      到这里就发现模糊理解的影响——定义面前东东平等,谁有规定的特征谁就是“生命体”,其实能发现的所有东东都和观察者有相互作用,都有相互影响,那么一切都是生命了。

      这样理解世界太无聊,没有区分出运动行为不同的任何类别的细节。

      所以:证明“运动”不能作为细分事物类别的特征标志,乱用只会干扰深入的认识。

      ================

      为什么有人还是把“会运动、在运动”的事物理解为“生命体”——

      原因很简单,被定义是“生命体”的东西已经有一个上榜的前提条件了,就是必定有“运动”的行为,然后才到独特的运动行为特征,和非生命体的东西分开。

      所以,生命体的运动是自然界事物变化的一种形式,一种而已,不是任何一种,不细化理解定义就可能以小吃大,要从数学的集合、区间知识学到正确的处理方法。

      再一个,“生命体”的行为也是一个集合,由很多种运动以特定的组合规律来构成,其中任何一部分都不能单独作为“生命”的识别标志,如果不理解这一点,也可能错把其中一种当成有效标志使用,其实不正确。
      比方活人的体内有“血液流动”这种局部运动现象,血液是自然界的物质构成的,服从自然规律的支配,但是单独靠血液能流动是不能保证人活着的,说明它不是有效的识别标志,不能保举正在流出水的茶壶被看成生命体。

      =============

      总之,不同事物的定义和识别特征要理解透,认识定义的具体原因、识别标志的选择原因、区别无关事物的方法的选择和使用。
      把整个地球看成一个生命体的假说太随便搭积木了,和基本概念、定义目的、严谨原则有很多矛盾,就难怪被别人咀拒绝接受了,提出假说的人把自己都否认是独立的生命体,荒唐过头了。

      • xwxdazhong说道:

        说得很好,讲的很透,但是说的都文不对题。盖亚学说的提出者怎么可能没有想到概念问题,还有,概念不是永恒的,概念都是人定的,概念之间的模糊界限也并不是不可穿越的,盖亚学说的关键应该在一种认识,一种新的视角,而这种视角带来的,是对多种看似没有联系的多个事物的再联系,对这种学说的抨击也主要在于没有有效的,容易理解的证据。至于你从运动,或者生命体的概念上去较真,我只能说,你抱着佛腿批判基督,两不相干

    • suizui说道:

      其他行星也在运动,具体查阅天文地理介绍。
      运动不是生命活动的表现形式,不能随便换用概念。

      • 思考者说道:

        你看错了吧~他没说运动的就是生命体啊
        他是说地球整体的生命概念吧
        换句话不用地球说~
        我们也可以想象银河系也有可能是有其中的各个星球~物质以我们不知道的方式结合在一起
        的存在体~
        与人类本身的生命定义也可能有差别~但银河系却可能在进行更广义上的新陈代谢~

      • 思考者说道:

        哦~不好意思哈~我以为你说作者
        原来是说胖米花~他那个我就不说什么了

        把地球看作生物形态本身就很别扭了
        其实我的意思是可能生命不一定必须有细胞的生命形态~只是有各种平衡构成~
        不知道是否偏颇了些~不是支持地球就是个大生命体

  14. nacc说道:

    "起先,二氧化碳的消除将缓和太阳引起的温度上升,但是可能在5亿年后会有这样的一个时期到来,那个时侯大气中将没有足够多的二氧化碳来进行光合作用。当那不幸的一天到来,我们的所知的世界将迎来一个非常明了的末日。

    对生命来说,这些变化将是剧烈而又悲惨的。植物将干枯和死亡,阻断主要的生物生产源和大气中的氧气。动物将很快跟着死亡。植物的死亡也将引起大气中二氧化碳的重新积累,导致失去控制的温室效应。"

    这段很奇怪. 植物又不是一起死.. 一些"植物的死亡也将引起大气中二氧化碳的重新积累"不正好养活了另外一些植物么? 最后还是平衡了亚

  15. [...] 請看《蓋亞的邪惡化身》 [...]

  16. 思考者说道:

    人类的理性思考也是源于非理性而已
    就像我们的话
    盖亚为什么不能是内部的平衡系统呢
    系统内部包含更简单系统~平衡更容易崩溃`
    在生物圈稳态中~简单系统更易崩溃
    系统与系统间也有平衡~~关键是盖亚中不能假定每个系统在未来时间内是独立的
    所以系统与系统间的有影响~但在长时间时~可以被其他系统平衡平衡掉
    地球圈太复杂~我也不知道他的复杂性是如何形成的~
    但如果是海洋圈或陆地圈这种大系统平衡崩溃~盖亚还有几分存活可能?
    外部影响是绝对存在的~内部地质运动更是正常~也许找到平衡结合的点
    就能一举毁掉整个平衡系统~或让整个系统趋于崩溃~虽然付出的能量可能是大到无法想象的
    但人类有核技术啊~~~

  17. 思考者说道:

    哦~不好意思哈~我以为你说作者
    原来是说胖米花~他那个我就不说什么了

  18. No.3说道:

    同意Abyssx和Metaverse 的观点
    美狄亚理论似乎过于悲观,只看见毁灭,没看见新生

    新生物的出现改变了地球的环境,这种改变对与生物来说是致命的,导致生命的大量死亡,活下来的适应了新环境,进化发生,新物种诞生......毁灭中孕育着新生,如此循环,生生不息

  19. WL说道:

    我觉得吧,这个说法太过片面。第一,每个物种都会适应新的环境,从二氧化碳适中到二氧化碳过少,之间是有一个时间的,物种应该会有时间适应。第二,一些小概率的突发事件可能将整个历史改变,比如人类智慧的出现,谁知道五亿年后,我们有办法逃离地球,继续在宇宙中生存呢?天知道!中国有句古话,天无绝人之道,宇宙,时刻都有生机!当世界真的毁灭,真的就看看我们这些小东西有没有本事了。
    总之,地球已经很慷慨了,某位知名的作家说:“DNA的存在就像一阵风吹过一个杂物店,然后出现了一架完整的客机。”地球赋予我们生命,和耀眼的智慧,还替我们挡住了致命的宇宙射线和其他致命的威胁,难道这还不够吗?

  20. NAR说道:

    生命不是盖亚的死敌,只是祂没有把生命太当一会事而已。天地不仁,以万物为刍狗,生命只不过是万物中的一小部分

Leave a Reply