Теории всего на свете

Гипотеза Геи

Готов биться об заклад, что самое глубокое и красивое научное объяснение – это так называемая гипотеза Геи, идея, согласно которой физические и биологические процессы, идущие на Земле, тесно переплетены друг с другом, образуя саморегулирующуюся систему. Эту концепцию придумал в 1965 году химик Джеймс Лавлок, а затем она получила дальнейшее развитие благодаря биологу Линн Маргулис. Согласно этой гипотезе, воздух (атмосфера), вода (гидросфера), земля (геосфера) и жизнь (биосфера) взаимодействуют, образуя единую эволюционирующую систему, способную самостоятельно поддерживать экологические условия, необходимые для существования жизни. Лавлок выдвинул гипотезу Геи, чтобы объяснить, каким образом жизнь на Земле смогла просуществовать почти 4 миллиарда лет, несмотря на то что за этот промежуток времени интенсивность свечения Солнца успела возрасти на 30 %.

Как же работает гипотеза Геи? Лавлок и Маргулис продемонстрировали, что в отсутствие системы сознательного контроля и управления Гея применяет своего рода петли обратной связи для отслеживания и подстройки важнейших экологических параметров. Возьмем кислород, высокореакционноспособный побочный продукт жизни, создаваемый водорослями и растениями в процессе фотосинтеза; они постоянно возобновляют его запасы в природе. В настоящее время в атмосфере содержится около 21 % кислорода. Будь его на каких-нибудь несколько процентов меньше, существа, дышащие воздухом, не смогли бы выжить. Будь его на несколько процентов больше, экосистемы суши стали бы чересчур подверженными воспламенению. По гипотезе Геи, организмы, вырабатывающие кислород, используют контуры обратной связи для постоянного поддержания его необходимого уровня в этих узких рамках. Так происходит сотни миллионов лет.

Сходные умозаключения, подкрепленные растущим объемом научных данных, можно сделать и для иных компонентов атмосферы, а также для средней температуры на поверхности земли, солености океанской воды и других ключевых экологических параметров. Хотя в гипотезе Геи особо подчеркивается «кооперация» в масштабах всей биосферы, ученые зафиксировали множество случаев, когда кооперация на одном уровне может эволюционировать посредством конкуренции и естественного отбора на более низких уровнях. Серьезные ученые поначалу насмешливо называли радикальную идею Лавлока магией в духе сект «нью-эйдж», однако с годами представления Лавлока все шире включаются в традиционную систему научных взглядов, и ее основные элементы ныне зачастую преподаются в рамках «системной науки о Земле» (т. е. науки о Земле как о единой системе). Одним из своевременных уроков, который человечеству удалось извлечь из гипотезы Геи (по крайней мере, она сыграла тут некоторую роль), состоит в том, что усложнение хитросплетений паутины трофических отношений (пищевой сети), в том числе и рост разнообразия видов, имеет тенденцию способствовать экологической и климатической стабильности.

Так что, хоть Земля и находится в благодатной умеренной зоне (не слишком близко к Солнцу, но и не слишком далеко от него), триумф жизни на нашей «крошечной голубой точке» нельзя приписать лишь чистому везению. Сама жизнь напрямую приложила руку к тому, чтобы обеспечить собственное существование.

Наука еще не совсем приняла гипотезу Геи. Следует признать, что пока эта идея может считаться лишь неполным объяснением. Умозаключения, в изобилии рождающиеся на основе гипотезы Геи, зачастую, вне всякого сомнения, являются глубокими и красивыми. Они объединяют биосферу и процессы, идущие на поверхности Земли, в единую постоянно развивающуюся саморегулирующуюся систему. Но этому объяснению недостает третьей важной составляющей, названной в вопросе, который предложил нам в этом году Edge: речь идет об изяществе. Гипотезе Геи не хватает математической точности и лаконичности эйнштейновской формулы Е = mc². Пока еще не предложено никакой объединенной теории Земли и жизни, которая объяснила бы, почему жизнь скорее стабилизируется, нежели дестабилизируется.

Биолог-эволюционист Уильям Дональд Гамильтон однажды сравнил идеи Лавлока с открытиями Коперника, добавив, что мы по-прежнему ожидаем нового Ньютона, который сформулировал бы законы для этой грандиозной взаимосвязи, порой кажущейся чем-то невероятным. Сам Гамильтон с некоторых пор глубоко погрузился в поиски ответа на этот вопрос, разрабатывая компьютерную модель, которая вроде бы показывала, как биологические стабильность и производительность могут взаимосвязанно расти. Если бы не безвременная кончина, он бы сам мог стать Ньютоном наших дней.

Продолжает обсуждаться и возможное применение гипотезы Геи в более широком культурном контексте. Есть основания полагать, что наиболее серьезные перспективы – у вытекающего из этой гипотезы предположения о том, что Земля, рассматриваемая как единое целое, обладает многими качествами живого организма. Но действительно ли Гея является живой, подобно какой-нибудь единичной форме жизни, или же более корректно считать ее экосистемой размером с планету? Линн Маргулис весьма активно (и, на мой взгляд, убедительно) высказывалась в пользу последней точки зрения. Маргулис, чьи работы совершили настоящий переворот в эволюционной биологии, умерла в 2011 году. Всегда оставаясь ученым до мозга костей, она однажды заметила: «Гея – живучая стерва. Эта система больше трех миллиардов лет работала без людей. Поверхность планеты, ее атмосфера и прочие ее части будут продолжать развиваться и спустя долгое время после того, как исчезнут люди с их предрассудками».

Не споря с этой резкой оценкой, я все-таки черпаю значительно большее утешение в размышлениях, на кото рые вдохновляет гипотеза Геи. Решусь даже предположить, что эта идея, возможно, поспособствует изменению наших представлений о природе. С типично современной точки зрения, природный мир – лишь немногим больше, чем просто набор практически неограниченных ресурсов, доступных для эксплуатации человечеством. Однако гипотеза Геи побуждает нас воспринимать земную природу как взаимосвязанное и конечное целое, из которого мы произошли и в которое мы, несмотря ни на что, по-прежнему полностью включены. Вот вам глубокая, красивая и перспективная идея, и она остро нуждается в широком распространении.