Nueva visión de la ecología. Hipótesis Tema

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

• Ekologia

Introducción

El conjunto de los seres vivos tiene vías para controlar la temperatura y la concentración atmosférica de la Tierra.

La hipótesis Gaia, que últimamente está suscitando un gran interés entre investigadores de áreas muy diferentes, es posible que en su línea se desprendan las raíces de una nueva ecología. ¿Cuál es la base científica de esta hipótesis y cuáles son sus conclusiones más discutidas?

La primera formulación moderna de esta hipótesis fue realizada por James Lovelock. Su amigo William Goldin, autor del libro "Eulien Jauna", le dio su nombre.

La hipótesis Tema, en primer lugar, dice que la proporción y la temperatura de todos los gases reactivos de la atmósfera se han mantenido constantes durante un tiempo muy largo, haciendo frente a todas las perturbaciones externas.

La evaporación/transpiración de las selvas controla la concentración de vapor de agua en la atmósfera.

Es especialmente reseñable que, a pesar de que los gases en la atmósfera se encuentran lejos de sus equilibrios químicos, su proporción se ha mantenido constante. Por tanto, esta teoría sugiere que la vida crea su propio entorno. La vida reacciona dinámicamente ante crisis cósmicas y generales, como la radiación solar creciente o la aparición de oxígeno en la atmósfera. Este afrontamiento se puede entender de dos formas: los juicios clásicos, es decir, como dice el darwiniano, adaptándolos para poder superar la crisis o contraerasot mediante la propia actividad biológica. La hipótesis temática ofrece, por tanto, un soporte teórico para una nueva visión de la vida en la Tierra, tanto desde el punto de vista científico como filosófico.

En cuanto al punto de temperatura, la mayoría de los astrónomos dicen que el Sol ha aumentado su luminosidad en los últimos cuatro mil millones de años, por lo que sería lógico pensar que la temperatura de la superficie también ha aumentado. Pero como se ha podido deducir de los fósiles, la temperatura se ha mantenido prácticamente constante. Según la hipótesis Gaia, esta estabilidad de la temperatura se debe a la vida en superficie. Lovelock, a través de un modelo simple que parte de conceptos cibernéticos basados en el crecimiento, comportamiento y diversidad de los seres vivos, ha explicado que las características propias de la vida provocan una regulación activa de la temperatura superficial. Lovelock ha creado y analizado un mundo de joyas para demostrar que factores tan importantes como la luminosidad del Sol pueden controlar teóricamente las biotas. En sus modelos no hay fuerzas ocultas, sólo sería consecuencia de las características conocidas de la intensa regulación de la temperatura.

Regulación de la química atmosférica

La regulación atmosférica se puede atribuir a las actividades de crecimiento y metabolismo de los organismos, especialmente a los gases atmosféricos que contienen azufre y carbono y a los microorganismos con capacidad de transformación de nitrógeno. Antes de que Lovelock diera a conocer su modelo de Mundo de Joyas, algunos tenían en mente que existía un cierto control sobre la concentración atmosférica de metano, lo mismo podía ocurrir con la temperatura.

En latitudes medias la temperatura de la superficie terrestre se ha mantenido durante casi todo el tiempo entre 5 y 15ºC en los últimos tres millones de años.

Además, J. Shukla y Y. Las palabras demostraron que la evaporación//transpiración de las selvas controlaba la concentración de vapor de agua en la atmósfera y, por tanto, algunas características del tiempo que tenían que ver con esta concentración. A pesar de que el trabajo de estos investigadores no está realizado desde el punto de vista Gaia, sin saberlo ellos dieron un ejemplo a favor de esta hipótesis. Efectivamente, algunos trabajos que analizan la influencia de la biota en el mantenimiento del medio pueden ahora ser revisados a la luz de la hipótesis de Gaia.

Pero, ¿cómo puede ocurrir que los organismos regulen activamente la composición y temperatura de la atmósfera? Para algunos es difícil creer que durante millones de años se pueda regular la superficie sin ninguna previsión ni planificación.

Para hacer frente a estas críticas, y como se ha mencionado anteriormente, Lovelock formuló el modelo denominado "Mundo de Joyas" para explicar cómo la biota regula la temperatura. Este modelo analiza la temperatura con el fin de clarificar cómo controlarla mediante los comportamientos de los organismos. El modelo se basa en una analogía de las características de crecimiento de los organismos y de los sistemas cibernéticos.

Para muchos astrónomos, la luminosidad del Sol ha aumentado un 10% en los últimos cuatro millones de años, pero la alteración superficial no ha sido tan grande.

Asumiendo de antemano que se trata de un modelo simplificado, a continuación veremos que es capaz de explicar cómo puede ser consecuencia de características muy conocidas de la alta temperatura. Estas características conocidas son el potencial de crecimiento exponencial y los ritmos de crecimiento variables con la temperatura. Es decir, el ritmo de crecimiento más rápido se producirá a una temperatura óptima para cada población y disminuye a medida que se aleja de la temperatura óptima, con temperaturas altas y bajas extremas.

Cualquier teoría que trate de explicar la regularización de la temperatura debe tener en cuenta varias observaciones: Las antiguas rocas no metamorfizadas que se han encontrado tanto en el sur de África como en Australia muestran la existencia de vida en aquellos tiempos. Estos dos sedimentos tienen más de 3 millones de años. Desde entonces se han podido recoger indicios de que la vida en la Tierra ha estado constante, lo que demuestra que la temperatura media de la superficie terrestre no ha superado la temperatura de ebullición del agua, ni ha sufrido temperaturas inferiores a la de congelación.

Si se asume que en las latitudes medias la temperatura de la superficie terrestre no ha disminuido a menos de 10°C y que los períodos de glaciación han sido cortos, la temperatura de la superficie terrestre se ha mantenido probablemente entre 5 y 15°C en los últimos tres millones de años. Sin embargo, para muchos astrónomos, la luminosidad del Sol ha aumentado un 10% en los últimos cuatro millones de años. En consecuencia, la vida (cuestión según la hipótesis, por supuesto) ha actuado como un termostato. A pesar de que nuestros valores de luminosidad del Sol no son muy precisos, esto no desvirtúa la validez de los resultados del "Mundo de Joyería", ya que este modelo admite cambios desde el valor 0,6 de la luminosidad hasta el valor 2,2 (siendo la luminosidad actual 1,0).

Los sistemas cibernéticos mantienen variables constantes, aunque las condiciones perturbadoras actúen sobre ellas. Estos sistemas se denominan homeostáticos*, sus variables (temperatura, dirección, presión, intensidad de la luz, etc.) si se determinan en base a los puntos de partida fijos. Puntos de partida fijos de este tipo pueden ser los 22°C de un termostato o la humedad del 40% de un humidificador. Si el punto de partida no es constante (variable en el tiempo) se denomina punto operativo. Los sistemas que utilizan puntos operativos se denominan homeorréticos** y son contrapuestos a los homeostáticos. El tema puede considerarse más homeorrético que un sistema de regulación homeostático.

El mundo de los margaritas.

En todos los sistemas cibernéticos se definirán como mínimo los siguientes aspectos: sensor, entrada, ganancia (puede ser positiva o negativa) y salida. En estos sistemas la estabilidad está asegurada por su capacidad de corrección de errores. Para poder realizar esta corrección de error, es necesario que el valor de salida vuelva de alguna manera al sensor para que una nueva entrada compense la diferencia que se ha generado en la salida. Este análisis cibernético se quiso aplicar a la hipótesis Gaia, dando lugar al modelo matemático del Mundo de Joyas de Lovelock y Andrew Watson.

Modelo del mundo del joyero

Como se ha mencionado anteriormente, el modelo del mundo del joyero surge para explicar cómo se puede controlar la temperatura de la superficie terrestre. Hace supuestos muy simples: sólo hay una población polimorfa de margaritas claras y oscuras. La reproducción de estas margaritas es efectiva y asexual independientemente del valor*** de su albedo. Las margaritas completamente negras, es decir, las de flanco 0, absorben toda la luz y las totalmente blancas, es decir, las de albedo 1, reflejan toda la luz. Si el albedo es de 0,4, esto significa que refleja el 40% de la luz y absorbe el 60%.

Ahora vamos a suponer que la luminosidad del sol parte de un valor 0,6 y se duplica aproximadamente. Otro supuesto es que la temperatura óptima es igual para las margaritas claras y oscuras. Su impacto es imposible por debajo de los 5°C y aumenta a medida que aumenta la temperatura hasta los 20°C. A partir de ahí el crecimiento vuelve a descender con el aumento de la temperatura hasta alcanzar los 40ºC, donde no hay crecimiento.

El ritmo máximo de crecimiento de la población activa se produce a temperatura óptima.

Se supone que las margaritas más oscuras absorben más calor a bajas temperaturas y por ello crecen más rápido que las luces. A altas temperaturas, sin embargo, las margaritas claras reflejan y pierden más calor y por ello crecen más rápido que las oscuras. Veamos ahora algunos gráficos.

En todas las gráficas se supone que la superficie destinada al crecimiento es constante. Se supone arbitrariamente que el albedo del Sol es 0,5 y se mantiene constante.

Las margaritas oscuras cubrirán la superficie máxima a bajas temperaturas y producirán una temperatura superior a la media de la superficie terrestre. Las margaritas claras producen temperaturas inferiores a la media, lo que facilita su reproducción a altas temperaturas y cubrirá la superficie máxima.

Vamos a analizar ahora cuatro gráficos. Lo único que cambia de un gráfico a otro es el albedo de margaritas claras y oscuras. En el primer gráfico el albedo de las margaritas claras y oscuras es el mismo que el del sol. En este caso, el albedo del planeta se mantiene constante a un valor 0,5 y la temperatura media de la Tierra aumenta con la luminosidad del Sol. Es conocido que el crecimiento de muchos organismos eucaróticos (y lo mismo ocurre con las margaritas de nuestro ejemplo) es una función directa de la temperatura. Por debajo de 5°C y por encima de 40°C no hay granizo y el ritmo de crecimiento más rápido se produce entre 20 y 30°C.

En el segundo gráfico se supone que el albedo de las margaritas claras es de 0,6 y el más oscuro de 0,4. En estas condiciones, es decir, cuando los albedros de ambos son diferentes y además difieren de los del Sol, se tiende a la homeostasis. La curva de margaritas oscuras indica que su crecimiento es mayor a temperaturas inferiores. Por el contrario, las margaritas claras pierden calor y cubren superficies mayores a temperaturas superiores (curva de luces). Comparando la curva de temperatura con la del gráfico anterior, se observa que en este caso la temperatura no es una función directa de la luminosidad, sino que se estabiliza en un intervalo estrecho (entre 0,8 y 0,1 de luminosidad).

En el tercer gráfico se supone que el albedo de las margaritas es de 0,7 a 0,3 y en el cuarto de 0,8 para las luces y 0,2 para las oscuras. Obsérvese que a medida que avanzamos en las gráficas, el control de la temperatura se produce en un intervalo de luminosidad cada vez mayor. Explicamos la temperatura del mundo sin vida mediante una línea discontinua. En baja luminosidad solar, ver gráficos, los que se expanden son margaritas oscuras, pero todas mueren cuando las luces han tomado fuerza.

El límite de vida de las claras margaritas está a temperaturas más altas, pero al llegar a esas limitaciones, la temperatura del mundo del joyero es la misma que la del mundo sin vida. Cuando el albedo de las margaritas claras es de 0,9 y el más oscuro de 0,1, la regularización de la temperatura se extiende a todo el intervalo en el que la luminosidad solar es 2,2 veces mayor. Cuanto mayor es la separación de albedo entre ambas poblaciones en general, mayor es la tendencia a la homeostasis.

La salinidad del mar también se ha mantenido constante.

I. Elosegi

Hemos estado mucho tiempo hablando del Mundo Joyero, pero la razón es que, en nuestra opinión, es muy importante ver que las características del crecimiento exponencial bajo diferentes temperaturas son suficientes para explicar el inicio de un mecanismo global de homeorresis de la temperatura. En general, la abundancia de diversidad (cada vez mayor diferencia entre dos tipos de joyas y albedo) permite una mayor capacidad de regularización y de crecimiento del tamaño de la población.

El Mundo Joyero no es un modelo. Sin embargo, y a pesar de la simplificación que se hace en ella, es evidente que la homeorresis termal de la biosfera no es una brujería y un mecanismo. Generalizando las conclusiones obtenidas en este modelo, se ha considerado que durante mucho tiempo se ha mantenido constante la salinidad en las aguas marinas y que la coexistencia de gases reactivos en la atmósfera puede deberse a la influencia de los seres vivos. La aportación más importante del modelo de Mundo Joyero es que la homeorresis global es posible sin negar un solo dogma utilizado hasta ahora en biología.

La tierra sigue rodeada de gas reactivo

Según la hipótesis Gaia, la Tierra en su conjunto se comporta como una máquina cibernética gigante u organismo inteligente. Esta hipótesis se ajusta a las creencias antiguas de muchos países, pero es una razón más sólida para el atractivo que genera esta hipótesis: la información de diferentes campos de la ciencia se recoge y se basa en una información moderna y consistente. Puede que su evidencia más clara no sea la del Mundo Joyero, sino que provenga de la especialidad de Lovelock: la química atmosférica.

II. Tabla . Composición de la atmósfera en los diferentes planetas.

En el campo de la química, la atmósfera terrestre no es "normal". I. Analizando la tabla vemos: En una atmósfera con un 20% de oxígeno los gases están muy lejos de las proporciones que podrían corresponder a otros gases. Muchos gases reducidos en la atmósfera oxidante. Ésa es nuestra situación atmosférica. La evidencia de ello convenció a Martitz de que el buque espacial Lovelock Viking era totalmente inútil para conocer si estaba vivo o no en él: En Marte la atmósfera cumple las leyes de equilibrio químico, por lo que considera que allí no puede sobrevivir. La atmósfera terrestre no es, en ningún caso, la intermedia entre las atmósferas de Artizar y Martitz. El principal componente de ambos es el óxido de carbono (IV) y apenas hay oxígeno libre. En la atmósfera terrestre, por el contrario, el componente principal es el nitrógeno y el oxígeno es sólo la quinta parte del aire.

II. La tabla muestra, entre otros aspectos, la comparación entre la atmósfera inerte de la Tierra y la actual. En la Tierra sin vida, el calor, rodeado de dióxido de carbono y libre de oxígeno. La tierra tendría más similitud con sus vecinos. En un sistema químicamente estable, el oxígeno y el nitrógeno reaccionarían y se produciría una gran cantidad de óxido de nitrógeno venenoso.

Por lo tanto, la presencia de estos gases inestables frente a otros gases en grandes cantidades en nuestra atmósfera debería ser suficiente para que todos los pensadores racionales comiencen a revisar lo que actualmente se dice en los libros de texto (es decir, que nuestra atmósfera es desde hace tiempo constante e inerte). Los gases que tienden a reaccionar violentamente en la realidad se mantienen en la atmósfera en proporciones adecuadas para la vida.

Las proporciones de gases en la atmósfera terrestre no son las esperables.

En cuanto a la atmósfera, según la teoría Gaia, la vida sintetiza y elimina continuamente los gases necesarios para su supervivencia. La vida controla la proporción de gases reactivos en la atmósfera. Marte, Venus y las hipotéticas Tierras sin vida tendrían atmósferas químicamente estables y el 95% de su composición sería dióxido de carbono. Pero este planeta en el que vivimos no tiene más que 0,03% de dióxido de carbono en su atmósfera. Esta curiosidad es consecuencia del proceso de fotosíntesis.

La fotosíntesis de bacterias, algas y plantas necesita continuamente dióxido de carbono y tras tomarlo del aire quedará fijado en estructuras sólidas. Las plantas y los microbios fotosintéticos, por un lado, y todos los seres vivos que se alimentan de ellos en general, por otro, cuando mueren, permanecen en el suelo en forma de carbono orgánico o reducido. Tras la fotosíntesis a través de la energía solar y su posterior muerte, las plantas, algas y bacterias han capturado y enterrado el dióxido de carbono de la atmósfera. Por eso, en un principio el gas era abundante en la atmósfera de la tierra, debido a la vida hay menos días.

Por otra parte, pensemos que la proporción de oxígeno en la atmósfera se ha mantenido constante a lo largo de mucho tiempo. Si la proporción de oxígeno en la atmósfera disminuyera por muy poco, muchos de los seres vivos que necesitamos para la respiración se destruirían. Por el contrario, si la proporción de oxígeno fuera algo superior a la que conocemos hoy, cualquier cosa, como las selvas, se incendiaría rápidamente. Por lo tanto, parece que la biota controla la concentración de oxígeno y otros gases en la atmósfera.

! Tabla.

Sin embargo, esta hipótesis tiene un negador. Estos científicos consideran difícil que todos los organismos de la Tierra "conozcan" cómo controlar las condiciones de vida. La actitud de Lovelock ante las críticas ha sido trabajar el modelo matemático del Mundo de Joyas que hemos visto un poco antes. Al menos ahora no se puede decir que sea una hipótesis contaminada por el misticismo, ya que ha puesto toda la artilería matemática trabajando por su teoría.

Pero en la vida real, al margen de los margaritas, los microbios tienen el papel más importante, ya que son los que producen y controlan compuestos raros y reactivos. Seguramente ellos son la base del antiguo termostax de la Tierra, a través de la producción de gases que almacenan el calor. Desde el punto de vista evolutivo, los delanteros para la implantación del Gaia en el sistema son los microbios. En este sentido, dado que las formas de los niveles superiores de la vida son conjuntos microbiales que interactúan, el fenómeno Gaia podría considerarse un fenómeno microbiano. Nosotros, los microbios, formamos parte de Gaia.

Desde el punto de vista ecológico, Gaia deja un hueco para el estudio de la vida humana. Hace poco tiempo que creamos, bastante nuevos y probablemente no muy maduros desde el punto de vista de Gaia. Por otro lado, los potenciales que tenemos para desviar asteroides al espacio o colonizar la vida en otros planetas, las posibilidades de Gaia se multiplican

e

Martes.

Conociendo bien todos los mecanismos del tema, seríamos capaces de conocer cómo la biota ha controlado su entorno durante al menos 3 millones de años. Al margen del valor filosófico de la hipótesis Gaia, existe otra visión totalmente interesante. Quizá si todos los mecanismos de este control fueran conocidos, podríamos reutilizarlos en otros hábitats autónomos del espacio. Durante el diseño de la estación espacial, la tecnología natural de Gaia podría ser aplicable para conseguir el suministro propio de dicha estación. Y dando aún más el paso más lejos, convertir a un planeta como Martitz en habitable sería un proyecto enorme que sólo puede imaginarse desde el punto de vista de Gaia.

* homeostasis: es el mantenimiento del equilibrio interior para volver a la situación anterior dando respuesta controlada a los cambios producidos por el medio en un sistema biológico.

** homeorresis: Es la regulación del desarrollo biológico hacia una forma futura, como la forma adulta.

*** albedo: proporción que refleja un cuerpo desde la radiación solar incidente en él.