Nova visió de l'ecologia. Hipòtesi Tema

1987/06/01 Sagan, Dorion | Margulis, Lynn Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ekologia

Introducció

El conjunt dels éssers vius té vies per a controlar la temperatura i la concentració atmosfèrica de la Terra.

La hipòtesi Gaia, que últimament està suscitant un gran interès entre investigadors d'àrees molt diferents, és possible que en la seva línia es desprenguin les arrels d'una nova ecologia. Quina és la base científica d'aquesta hipòtesi i quines són les seves conclusions més discutides?

La primera formulació moderna d'aquesta hipòtesi va ser realitzada per James Lovelock. El seu amic William Goldin, autor del llibre "Eulien Jauna", li va donar el seu nom.

La hipòtesi Tema, en primer lloc, diu que la proporció i la temperatura de tots els gasos reactius de l'atmosfera s'han mantingut constants durant un temps molt llarg, fent front a totes les pertorbacions externes.

L'evaporació/transpiració de les selves controla la concentració de vapor d'aigua en l'atmosfera.

És especialment ressenyable que, a pesar que els gasos en l'atmosfera es troben lluny dels seus equilibris químics, la seva proporció s'ha mantingut constant. Per tant, aquesta teoria suggereix que la vida crea el seu propi entorn. La vida reacciona dinàmicament davant crisis còsmiques i generals, com la radiació solar creixent o l'aparició d'oxigen en l'atmosfera. Aquest afrontament es pot entendre de dues formes: els judicis clàssics, és a dir, com diu el darwiniano, adaptant-los per a poder superar la crisi o contraerasot mitjançant la pròpia activitat biològica. La hipòtesi temàtica ofereix, per tant, un suport teòric per a una nova visió de la vida en la Terra, tant des del punt de vista científic com filosòfic.

Quant al punt de temperatura, la majoria dels astrònoms diuen que el Sol ha augmentat la seva lluminositat en els últims quatre mil milions d'anys, per la qual cosa seria lògic pensar que la temperatura de la superfície també ha augmentat. Però com s'ha pogut deduir dels fòssils, la temperatura s'ha mantingut pràcticament constant. Segons la hipòtesi Gaia, aquesta estabilitat de la temperatura es deu a la vida en superfície. Lovelock, a través d'un model simple que parteix de conceptes cibernètics basats en el creixement, comportament i diversitat dels éssers vius, ha explicat que les característiques pròpies de la vida provoquen una regulació activa de la temperatura superficial. Lovelock ha creat i analitzat un món de joies per a demostrar que factors tan importants com la lluminositat del Sol poden controlar teòricament les biotas. En els seus models no hi ha forces ocultes, només seria conseqüència de les característiques conegudes de la intensa regulació de la temperatura.

Regulació de la química atmosfèrica

La regulació atmosfèrica es pot atribuir a les activitats de creixement i metabolisme dels organismes, especialment als gasos atmosfèrics que contenen sofre i carboni i als microorganismes amb capacitat de transformació de nitrogen. Abans que Lovelock donés a conèixer el seu model de Món de Joies, alguns tenien al cap que existia un cert control sobre la concentració atmosfèrica de metà, el mateix podia ocórrer amb la temperatura.

En latituds mitjanes la temperatura de la superfície terrestre s'ha mantingut durant gairebé tot el temps entre 5 i 15 °C en els últims tres milions d'anys.

A més, J. Shukla i I. Les paraules van demostrar que l'evaporació//transpiració de les selves controlava la concentració de vapor d'aigua en l'atmosfera i, per tant, algunes característiques del temps que tenien a veure amb aquesta concentració. A pesar que el treball d'aquests investigadors no està realitzat des del punt de vista Gaia, sense saber-lo ells van donar un exemple a favor d'aquesta hipòtesi. Efectivament, alguns treballs que analitzen la influència de la biota en el manteniment del mitjà poden ara ser revisats a la llum de la hipòtesi de Gaia.

Però, com pot ocórrer que els organismes regulin activament la composició i temperatura de l'atmosfera? Per a alguns és difícil creure que durant milions d'anys es pugui regular la superfície sense cap previsió ni planificació.

Per a fer front a aquestes crítiques, i com s'ha esmentat anteriorment, Lovelock va formular el model denominat "Món de Joies" per a explicar com la biota regula la temperatura. Aquest model analitza la temperatura amb la finalitat d'aclarir com controlar-la mitjançant els comportaments dels organismes. El model es basa en una analogia de les característiques de creixement dels organismes i dels sistemes cibernètics.

Per a molts astrònoms, la lluminositat del Sol ha augmentat un 10% en els últims quatre milions d'anys, però l'alteració superficial no ha estat tan gran.

Assumint per endavant que es tracta d'un model simplificat, a continuació veurem que és capaç d'explicar com pot ser conseqüència de característiques molt conegudes de l'alta temperatura. Aquestes característiques conegudes són el potencial de creixement exponencial i els ritmes de creixement variables amb la temperatura. És a dir, el ritme de creixement més ràpid es produirà a una temperatura òptima per a cada població i disminueix a mesura que s'allunya de la temperatura òptima, amb temperatures altes i baixes extremes.

Qualsevol teoria que tracti d'explicar la regularització de la temperatura ha de tenir en compte diverses observacions: Les antigues roques no metamorfitzades que s'han trobat tant en el sud d'Àfrica com a Austràlia mostren l'existència de vida en aquells temps. Aquests dos sediments tenen més de 3 milions d'anys. Des de llavors s'han pogut recollir indicis que la vida en la Terra ha estat constant, la qual cosa demostra que la temperatura mitjana de la superfície terrestre no ha superat la temperatura d'ebullició de l'aigua, ni ha sofert temperatures inferiors a la de congelació.

Si s'assumeix que en les latituds mitjanes la temperatura de la superfície terrestre no ha disminuït a menys de 10 °C i que els períodes de glaciació han estat curts, la temperatura de la superfície terrestre s'ha mantingut probablement entre 5 i 15 °C en els últims tres milions d'anys. No obstant això, per a molts astrònoms, la lluminositat del Sol ha augmentat un 10% en els últims quatre milions d'anys. En conseqüència, la vida (qüestió segons la hipòtesi, per descomptat) ha actuat com un termòstat. A pesar que els nostres valors de lluminositat del Sol no són molt precisos, això no desvirtua la validesa dels resultats del "Món de Joieria", ja que aquest model admet canvis des del valor 0,6 de la lluminositat fins al valor 2,2 (sent la lluminositat actual 1,0).

Els sistemes cibernètics mantenen variables constants, encara que les condicions pertorbadores actuïn sobre elles. Aquests sistemes es denominen homeostàtics*, les seves variables (temperatura, direcció, pressió, intensitat de la llum, etc.) si es determinen sobre la base dels punts de partida fixos. Punts de partida fixos d'aquest tipus poden ser els 22 °C d'un termòstat o la humitat del 40% d'un humidificador. Si el punt de partida no és constant (variable en el temps) es denomina punt operatiu. Els sistemes que utilitzen punts operatius es denominen homeorréticos** i són contraposats als homeostàtics. El tema pot considerar-se més homeorrético que un sistema de regulació homeostàtic.

El món dels margarides.

En tots els sistemes cibernètics es definiran com a mínim els següents aspectes: sensor, entrada, guany (pot ser positiva o negativa) i sortida. En aquests sistemes l'estabilitat està assegurada per la seva capacitat de correcció d'errors. Per a poder realitzar aquesta correcció d'error, és necessari que el valor de sortida torni d'alguna manera al sensor perquè una nova entrada compensi la diferència que s'ha generat en la sortida. Aquesta anàlisi cibernètica es va voler aplicar a la hipòtesi Gaia, donant lloc al model matemàtic del Món de Joies de Lovelock i Andrew Watson.

Model del món del joier

Com s'ha esmentat anteriorment, el model del món del joier sorgeix per a explicar com es pot controlar la temperatura de la superfície terrestre. Fa suposats molt simples: només hi ha una població polimorfa de margarides clares i fosques. La reproducció d'aquestes margarides és efectiva i asexual independentment del valor*** del seu albedo. Les margarides completament negres, és a dir, les de flanc 0, absorbeixen tota la llum i les totalment blanques, és a dir, les d'albedo 1, reflecteixen tota la llum. Si l'albedo és de 0,4, això significa que reflecteix el 40% de la llum i absorbeix el 60%.

Ara suposarem que la lluminositat del sol parteix d'un valor 0,6 i es duplica aproximadament. Un altre supòsit és que la temperatura òptima és igual per a les margarides clares i fosques. El seu impacte és impossible per sota dels 5 °C i augmenta a mesura que augmenta la temperatura fins als 20 °C. A partir d'aquí el creixement torna a descendir amb l'augment de la temperatura fins a aconseguir els 40 °C, on no hi ha creixement.

El ritme màxim de creixement de la població activa es produeix a temperatura òptima.

Se suposa que les margarides més fosques absorbeixen més calor a baixes temperatures i per això creixen més ràpid que les llums. A altes temperatures, no obstant això, les margarides clares reflecteixen i perden més calor i per això creixen més ràpid que les fosques. Vegem ara alguns gràfics.

En totes les gràfiques se suposa que la superfície destinada al creixement és constant. Se suposa arbitràriament que l'albedo del Sol és 0,5 i es manté constant.

Les margarides fosques cobriran la superfície màxima a baixes temperatures i produiran una temperatura superior a la mitjana de la superfície terrestre. Les margarides clares produeixen temperatures inferiors a la mitjana, la qual cosa facilita la seva reproducció a altes temperatures i cobrirà la superfície màxima.

Analitzarem ara quatre gràfics. L'única cosa que canvia d'un gràfic a un altre és l'albedo de margarides clares i fosques. En el primer gràfic l'albedo de les margarides clares i fosques és el mateix que el del sol. En aquest cas, l'albedo del planeta es manté constant a un valor 0,5 i la temperatura mitjana de la Terra augmenta amb la lluminositat del Sol. És conegut que el creixement de molts organismes eucaróticos (i el mateix ocorre amb les margarides del nostre exemple) és una funció directa de la temperatura. Per sota de 5 °C i per sobre de 40 °C no hi ha calamarsa i el ritme de creixement més ràpid es produeix entre 20 i 30 °C.

En el segon gràfic se suposa que l'albedo de les margarides clares és de 0,6 i el més fosc de 0,4. En aquestes condicions, és a dir, quan els albedros de tots dos són diferents i a més difereixen dels del Sol, es tendeix a l'homeòstasi. La corba de margarides fosques indica que el seu creixement és major a temperatures inferiors. Per contra, les margarides clares perden calor i cobreixen superfícies majors a temperatures superiors (corba de llums). Comparant la corba de temperatura amb la del gràfic anterior, s'observa que en aquest cas la temperatura no és una funció directa de la lluminositat, sinó que s'estabilitza en un interval estret (entre 0,8 i 0,1 de lluminositat).

En el tercer gràfic se suposa que l'albedo de les margarides és de 0,7 a 0,3 i en el quart de 0,8 per a les llums i 0,2 per a les fosques. Observi's que a mesura que avancem en les gràfiques, el control de la temperatura es produeix en un interval de lluminositat cada vegada major. Expliquem la temperatura del món sense vida mitjançant una línia discontínua. En baixa lluminositat solar, veure gràfics, els que s'expandeixen són margarides fosques, però totes moren quan les llums han pres força.

El límit de vida de les clares margarides està a temperatures més altes, però en arribar a aquestes limitacions, la temperatura del món del joier és la mateixa que la del món sense vida. Quan l'albedo de les margarides clares és de 0,9 i el més fosc de 0,1, la regularització de la temperatura s'estén a tot l'interval en el qual la lluminositat solar és 2,2 vegades major. Com més gran és la separació d'albedo entre totes dues poblacions en general, major és la tendència a l'homeòstasi.

La salinitat de la mar també s'ha mantingut constant.

I. Elosegi

Hem estat molt de temps parlant del Món Joier, però la raó és que, en la nostra opinió, és molt important veure que les característiques del creixement exponencial baix diferents temperatures són suficients per a explicar l'inici d'un mecanisme global d'homeorresis de la temperatura. En general, l'abundància de diversitat (cada vegada major diferència entre dos tipus de joies i albedo) permet una major capacitat de regularització i de creixement de la grandària de la població.

El Mundo Joier no és un model. No obstant això, i malgrat la simplificació que es fa en ella, és evident que l'homeorresis termal de la biosfera no és una bruixeria i un mecanisme. Generalitzant les conclusions obtingudes en aquest model, s'ha considerat que durant molt de temps s'ha mantingut constant la salinitat en les aigües marines i que la coexistència de gasos reactius en l'atmosfera pot deure's a la influència dels éssers vius. L'aportació més important del model de Món Joier és que l'homeorresis global és possible sense negar un sol dogma utilitzat fins ara en biologia.

La terra segueix envoltada de gas reactiu

Segons la hipòtesi Gaia, la Terra en el seu conjunt es comporta com una màquina cibernètica gegant o organisme intel·ligent. Aquesta hipòtesi s'ajusta a les creences antigues de molts països, però és una raó més sòlida per a l'atractiu que genera aquesta hipòtesi: la informació de diferents camps de la ciència es recull i es basa en una informació moderna i consistent. Pot ser que la seva evidència més clara no sigui la del Món Joier, sinó que provingui de l'especialitat de Lovelock: la química atmosfèrica.

II. Taula . Composició de l'atmosfera en els diferents planetes.

En el camp de la química, l'atmosfera terrestre no és "normal". I. Analitzant la taula veiem: En una atmosfera amb un 20% d'oxigen els gasos estan molt lluny de les proporcions que podrien correspondre a altres gasos. Molts gasos reduïts en l'atmosfera oxidant. Aquesta és la nostra situació atmosfèrica. L'evidència d'això va convèncer a Martitz que el vaixell espacial Lovelock Viking era totalment inútil per a conèixer si estava viu o no en ell: En Mart l'atmosfera compleix les lleis d'equilibri químic, per la qual cosa considera que allí no pot sobreviure. L'atmosfera terrestre no és, en cap cas, la intermèdia entre les atmosferes d'Artizar i Martitz. El principal component de tots dos és l'òxid de carboni (IV) i a penes hi ha oxigen lliure. En l'atmosfera terrestre, per contra, el component principal és el nitrogen i l'oxigen és només la cinquena part de l'aire.

II. La taula mostra, entre altres aspectes, la comparació entre l'atmosfera inerta de la Terra i l'actual. En la Terra sense vida, la calor, envoltat de diòxid de carboni i lliure d'oxigen. La terra tindria més similitud amb els seus veïns. En un sistema químicament estable, l'oxigen i el nitrogen reaccionarien i es produiria una gran quantitat d'òxid de nitrogen verinós.

Per tant, la presència d'aquests gasos inestables enfront d'altres gasos en grans quantitats en la nostra atmosfera hauria de ser suficient perquè tots els pensadors racionals comencin a revisar el que actualment es diu en els llibres de text (és a dir, que la nostra atmosfera és des de fa temps constant i inert). Els gasos que tendeixen a reaccionar violentament en la realitat es mantenen en l'atmosfera en proporcions adequades per a la vida.

Les proporcions de gasos en l'atmosfera terrestre no són les esperables.

Quant a l'atmosfera, segons la teoria Gaia, la vida sintetitza i elimina contínuament els gasos necessaris per a la seva supervivència. La vida controla la proporció de gasos reactius en l'atmosfera. Mart, Venus i les hipotètiques Terres sense vida tindrien atmosferes químicament estables i el 95% de la seva composició seria diòxid de carboni. Però aquest planeta en el qual vivim no té més que 0,03% de diòxid de carboni en la seva atmosfera. Aquesta curiositat és conseqüència del procés de fotosíntesi.

La fotosíntesi de bacteris, algues i plantes necessita contínuament diòxid de carboni i després de prendre-ho de l'aire quedarà fixat en estructures sòlides. Les plantes i els microbis fotosintètics, d'una banda, i tots els éssers vius que s'alimenten d'ells en general, per un altre, quan moren, romanen en el sòl en forma de carboni orgànic o reduït. Després de la fotosíntesi a través de l'energia solar i la seva posterior mort, les plantes, algues i bacteris han capturat i enterrat el diòxid de carboni de l'atmosfera. Per això, al principi el gas era abundant en l'atmosfera de la terra, a causa de la vida hi ha menys dies.

D'altra banda, pensem que la proporció d'oxigen en l'atmosfera s'ha mantingut constant al llarg de molt de temps. Si la proporció d'oxigen en l'atmosfera disminuís per molt poc, molts dels éssers vius que necessitem per a la respiració es destruirien. Per contra, si la proporció d'oxigen fos una mica superior a la que coneixem avui, qualsevol cosa, com les selves, s'incendiaria ràpidament. Per tant, sembla que la biota controla la concentració d'oxigen i altres gasos en l'atmosfera.

! Taula.

No obstant això, aquesta hipòtesi té un negador. Aquests científics consideren difícil que tots els organismes de la Terra "coneguin" com controlar les condicions de vida. L'actitud de Lovelock davant les crítiques ha estat treballar el model matemàtic del Món de Joies que hem vist una mica abans. Almenys ara no es pot dir que sigui una hipòtesi contaminada pel misticisme, ja que ha posat tota l'artilería matemàtica treballant per la seva teoria.

Però en la vida real, al marge dels margarides, els microbis tenen el paper més important, ja que són els que produeixen i controlen compostos estranys i reactius. Segurament ells són la base de l'antic termostax de la Terra, a través de la producció de gasos que emmagatzemen la calor. Des del punt de vista evolutiu, els davanters per a la implantació del Gaia en el sistema són els microbis. En aquest sentit, atès que les formes dels nivells superiors de la vida són conjunts microbiales que interactuen, el fenomen Gaia podria considerar-se un fenomen microbià. Nosaltres, els microbis, formem part de Gaia.

Des del punt de vista ecològic, Gaia deixa un buit per a l'estudi de la vida humana. Fa poc temps que creguem, bastant nous i probablement no gaire madurs des del punt de vista de Gaia. D'altra banda, els potencials que tenim per a desviar asteroides a l'espai o colonitzar la vida en altres planetes, les possibilitats de Gaia es multipliquen

e

Dimarts.

Coneixent bé tots els mecanismes del tema, seríem capaços de conèixer com la biota ha controlat el seu entorn durant almenys 3 milions d'anys. Al marge del valor filosòfic de la hipòtesi Gaia, existeix una altra visió totalment interessant. Potser si tots els mecanismes d'aquest control anessin coneguts, podríem reutilitzar-los en altres hàbitats autònoms de l'espai. Durant el disseny de l'estació espacial, la tecnologia natural de Gaia podria ser aplicable per a aconseguir el subministrament propi d'aquesta estació. I fent encara més el pas més lluny, convertir a un planeta com Martitz en habitable seria un projecte enorme que només pot imaginar-se des del punt de vista de Gaia.

* homeòstasi: és el manteniment de l'equilibri interior per a tornar a la situació anterior donant resposta controlada als canvis produïts pel mitjà en un sistema biològic.

** homeorresis: És la regulació del desenvolupament biològic cap a una forma futura, com la forma adulta.

*** albedo: proporció que reflecteix un cos des de la radiació solar incident en ell.