Nova visión da ecoloxía. Hipótese Tema
1987/06/01 Sagan, Dorion | Margulis, Lynn Iturria: Elhuyar aldizkaria
Introdución
A hipótese Gaia, que ultimamente está a suscitar un gran interese entre investigadores de áreas moi diferentes, é posible que na súa liña despréndanse as raíces dunha nova ecoloxía. Cal é a base científica desta hipótese e cales son as súas conclusións máis discutidas?
A primeira formulación moderna desta hipótese foi realizada por James Lovelock. O seu amigo William Goldin, autor do libro "Eulien Jauna", deulle o seu nome.
A hipótese Tema, en primeiro lugar, di que a proporción e a temperatura de todos os gases reactivos da atmosfera mantivéronse constantes durante un tempo moi longo, facendo fronte a todas as perturbacións externas.
É especialmente reseñable que, a pesar de que os gases na atmosfera atópanse lonxe dos seus equilibrios químicos, a súa proporción mantívose constante. Por tanto, esta teoría suxire que a vida crea a súa propia contorna. A vida reacciona dinámicamente ante crises cósmicas e xerais, como a radiación solar crecente ou a aparición de osíxeno na atmosfera. Este afrontamiento pódese entender de dúas formas: os xuízos clásicos, é dicir, como di o darwiniano, adaptándoos paira poder superar a crise ou contraerasot mediante a propia actividade biolóxica. A hipótese temática ofrece, por tanto, un soporte teórico paira una nova visión da vida na Terra, tanto desde o punto de vista científico como filosófico.
En canto ao momento de temperatura, a maioría dos astrónomos din que o Sol aumentou a súa luminosidade nos últimos catro mil millóns de anos, polo que sería lóxico pensar que a temperatura da superficie tamén aumentou. Pero como se puido deducir dos fósiles, a temperatura mantívose practicamente constante. Segundo a hipótese Gaia, esta estabilidade da temperatura débese á vida en superficie. Lovelock, a través dun modelo simple que parte de conceptos cibernéticos baseados no crecemento, comportamento e diversidade dos seres vivos, explicou que as características propias da vida provocan una regulación activa da temperatura superficial. Lovelock creou e analizado un mundo de xoias paira demostrar que factores tan importantes como a luminosidade do Sol poden controlar teoricamente as biotas. Nos seus modelos non hai forzas ocultas, só sería consecuencia das características coñecidas da intensa regulación da temperatura.
Regulación da química atmosférica
A regulación atmosférica pódese atribuír ás actividades de crecemento e metabolismo dos organismos, especialmente aos gases atmosféricos que conteñen xofre e carbono e aos microorganismos con capacidade de transformación de nitróxeno. Antes de que Lovelock dese a coñecer o seu modelo de Mundo de Xoias, algúns tiñan en mente que existía un certo control sobre a concentración atmosférica de metano, o mesmo podía ocorrer coa temperatura.
Ademais, J. Shukla e E. As palabras demostraron que a evaporación//transpiración das selvas controlaba a concentración de vapor de auga na atmosfera e, por tanto, algunhas características do tempo que tiñan que ver con esta concentración. A pesar de que o traballo destes investigadores non está realizado desde o punto de vista Gaia, sen sabelo eles deron un exemplo a favor desta hipótese. Efectivamente, algúns traballos que analizan a influencia da biota no mantemento do medio poden agora ser revisados á luz da hipótese de Gaia.
Pero, como pode ocorrer que os organismos regulen activamente a composición e temperatura da atmosfera? Paira algúns é difícil crer que durante millóns de anos póidase regular a superficie sen ningunha previsión nin planificación.
Paira facer fronte a estas críticas, e como se mencionou anteriormente, Lovelock formulou o modelo denominado "Mundo de Xoias" paira explicar como a biota regula a temperatura. Este modelo analiza a temperatura co fin de clarificar como controlala mediante os comportamentos dos organismos. O modelo baséase nunha analogía das características de crecemento dos organismos e dos sistemas cibernéticos.
Asumindo de antemán que se trata dun modelo simplificado, a continuación veremos que é capaz de explicar como pode ser consecuencia de características moi coñecidas da alta temperatura. Estas características coñecidas son o potencial de crecemento exponencial e os ritmos de crecemento variables coa temperatura. É dicir, o ritmo de crecemento máis rápido producirase a unha temperatura óptima paira cada poboación e diminúe a medida que se afasta da temperatura óptima, con temperaturas altas e baixas extremas.
Calquera teoría que trate de explicar a regularización da temperatura debe ter en conta varias observacións: As antigas rocas non metamorfizadas que se atoparon tanto no sur de África como en Australia mostran a existencia de vida naqueles tempos. Estes dous sedimentos teñen máis de 3 millóns de anos. Desde entón puidéronse recoller indicios de que a vida na Terra estivo constante, o que demostra que a temperatura media da superficie terrestre non superou a temperatura de ebulición da auga, nin sufriu temperaturas inferiores á de conxelación.
Se se asume que nas latitudes medias a temperatura da superficie terrestre non diminuíu a menos de 10°C e que os períodos de glaciación foron curtos, a temperatura da superficie terrestre mantívose probablemente entre 5 e 15°C nos últimos tres millóns de anos. Con todo, paira moitos astrónomos, a luminosidade do Sol aumentou un 10% nos últimos catro millóns de anos. En consecuencia, a vida (cuestión segundo a hipótese, por suposto) actuou como un termostato. A pesar de que os nosos valores de luminosidade do Sol non son moi precisos, isto non desvirtúa a validez dos resultados do "Mundo de Xoiaría", xa que este modelo admite cambios desde o valor 0,6 da luminosidade até o valor 2,2 (sendo a luminosidade actual 1,0).
Os sistemas cibernéticos manteñen variables constantes, aínda que as condicións perturbadoras actúen sobre elas. Estes sistemas denomínanse homeostáticos*, as súas variables (temperatura, dirección, presión, intensidade da luz, etc.) se se determinan en base aos puntos de partida fixos. Puntos de partida fixos deste tipo poden ser os 22°C dun termostato ou a humidade do 40% dun humidificador. Se o punto de partida non é constante (variable no tempo) denomínase punto operativo. Os sistemas que utilizan puntos operativos denomínanse homeorréticos** e son contrapostos aos homeostáticos. O tema pode considerarse máis homeorrético que un sistema de regulación homeostático.
En todos os sistemas cibernéticos definiranse como mínimo os seguintes aspectos: sensor, entrada, ganancia (pode ser positiva ou negativa) e saída. Nestes sistemas a estabilidade está asegurada pola súa capacidade de corrección de erros. Paira poder realizar esta corrección de erro, é necesario que o valor de saída volva dalgunha maneira ao sensor para que una nova entrada compense a diferenza que se xerou na saída. Esta análise cibernético quíxose aplicar á hipótese Gaia, dando lugar ao modelo matemático do Mundo de Xoias de Lovelock e Andrew Watson.
Modelo do mundo do xoieiro
Como se mencionou anteriormente, o modelo do mundo do xoieiro xorde paira explicar como se pode controlar a temperatura da superficie terrestre. Fai supostos moi simples: só hai una poboación polimorfa de margaridas claras e escuras. A reprodución destas margaridas é efectiva e asexual independentemente do valor*** do seu albedo. As margaridas completamente negras, é dicir, as de flanco 0, absorben toda a luz e as totalmente brancas, é dicir, as de albedo 1, reflicten toda a luz. Se o albedo é de 0,4, isto significa que reflicte o 40% da luz e absorbe o 60%.
Agora imos supor que a luminosidade do sol parte dun valor 0,6 e duplícase aproximadamente. Outro suposto é que a temperatura óptima é igual paira as margaridas claras e escuras. O seu impacto é imposible por baixo dos 5°C e aumenta a medida que aumenta a temperatura até os 20°C. A partir de aí o crecemento volve descender co aumento da temperatura até alcanzar os 40ºC, onde non hai crecemento.
Suponse que as margaridas máis escuras absorben máis calor a baixas temperaturas e por iso crecen máis rápido que as luces. A altas temperaturas, con todo, as margaridas claras reflicten e perden máis calor e por iso crecen máis rápido que as escuras. Vexamos agora algúns gráficos.
En todas as gráficas suponse que a superficie destinada ao crecemento é constante. Suponse arbitrariamente que o albedo do Sol é 0,5 e mantense constante.
As margaridas escuras cubrirán a superficie máxima a baixas temperaturas e producirán una temperatura superior á media da superficie terrestre. As margaridas claras producen temperaturas inferiores á media, o que facilita a súa reprodución a altas temperaturas e cubrirá a superficie máxima.
Imos analizar agora catro gráficos. O único que cambia dun gráfico a outro é o albedo de margaridas claras e escuras. No primeiro gráfico o albedo das margaridas claras e escuras é o mesmo que o do sol. Neste caso, o albedo do planeta mantense constante a un valor 0,5 e a temperatura media da Terra aumenta coa luminosidade do Sol. É coñecido que o crecemento de moitos organismos eucaróticos (e o mesmo ocorre coas margaridas do noso exemplo) é una función directa da temperatura. Por baixo de 5°C e por encima de 40°C non hai saraiba e o ritmo de crecemento máis rápido prodúcese entre 20 e 30°C.
No segundo gráfico suponse que o albedo das margaridas claras é de 0,6 e o máis escuro de 0,4. Nestas condicións, é dicir, cando os albedros de ambos son diferentes e ademais difiren dos do Sol, téndese á homeostasis. A curva de margaridas escuras indica que o seu crecemento é maior a temperaturas inferiores. Pola contra, as margaridas claras perden calor e cobren superficies maiores a temperaturas superiores (curva de luces). Comparando a curva de temperatura coa do gráfico anterior, obsérvase que neste caso a temperatura non é una función directa da luminosidade, senón que se estabiliza nun intervalo estreito (entre 0,8 e 0,1 de luminosidade).
No terceiro gráfico suponse que o albedo das margaridas é de 0,7 a 0,3 e no cuarto de 0,8 paira as luces e 0,2 paira as escuras. Obsérvese que a medida que avanzamos nas gráficas, o control da temperatura prodúcese nun intervalo de luminosidade cada vez maior. Explicamos a temperatura do mundo sen vida mediante unha liña descontinua. En baixa luminosidade solar, ver gráficos, os que se expanden son margaridas escuras, pero todas morren cando as luces tomaron forza.
O límite de vida das claras margaridas está a temperaturas máis altas, pero ao chegar a esas limitacións, a temperatura do mundo do xoieiro é a mesma que a do mundo sen vida. Cando o albedo das margaridas claras é de 0,9 e o máis escuro de 0,1, a regularización da temperatura esténdese a todo o intervalo no que a luminosidade solar é 2,2 veces maior. Canto maior é a separación de albedo entre ambas as poboacións en xeral, maior é a tendencia á homeostasis.
Estivemos moito tempo falando do Mundo Xoieiro, pero a razón é que, na nosa opinión, é moi importante ver que as características do crecemento exponencial baixo diferentes temperaturas son suficientes paira explicar o inicio dun mecanismo global de homeorresis da temperatura. En xeral, a abundancia de diversidade (cada vez maior diferenza entre dous tipos de xoias e albedo) permite una maior capacidade de regularización e de crecemento do tamaño da poboación.
O Mundo Xoieiro non é un modelo. Con todo, e a pesar da simplificación que se fai nela, é evidente que a homeorresis termal da biosfera non é una bruxaría e un mecanismo. Xeneralizando as conclusións obtidas neste modelo, considerouse que durante moito tempo mantívose constante a salinidade nas augas mariñas e que a coexistencia de gases reactivos na atmosfera pode deberse á influencia dos seres vivos. A achega máis importante do modelo de Mundo Xoieiro é que a homeorresis global é posible sen negar unha só dogma utilizado até agora en bioloxía.
A terra segue rodeada de gas reactivo
Segundo a hipótese Gaia, a Terra no seu conxunto compórtase como una máquina cibernética xigante ou organismo intelixente. Esta hipótese axústase ás crenzas antigas de moitos países, pero é una razón máis sólida paira o atractivo que xera esta hipótese: a información de diferentes campos da ciencia recóllese e baséase nunha información moderna e consistente. Poida que a súa evidencia máis clara non sexa a do Mundo Xoieiro, senón que proveña da especialidade de Lovelock: a química atmosférica.
No campo da química, a atmosfera terrestre non é "normal". I. Analizando a táboa vemos: Nunha atmosfera cun 20% de osíxeno os gases están moi lonxe das proporcións que poderían corresponder a outros gases. Moitos gases reducidos na atmosfera oxidante. Esa é a nosa situación atmosférica. A evidencia diso convenceu a Martitz de que o buque espacial Lovelock Viking era totalmente inútil paira coñecer se estaba vivo ou non nel: En Marte a atmosfera cumpre as leis de equilibrio químico, polo que considera que alí non pode sobrevivir. A atmosfera terrestre non é, en ningún caso, a intermedia entre as atmosferas de Artizar e Martitz. O principal compoñente de ambos é o óxido de carbono (IV) e apenas hai osíxeno libre. Na atmosfera terrestre, pola contra, o compoñente principal é o nitróxeno e o osíxeno é só a quinta parte do aire.
II. A táboa mostra, entre outros aspectos, a comparación entre a atmosfera inerte da Terra e a actual. Na Terra sen vida, a calor, rodeado de dióxido de carbono e libre de osíxeno. A terra tería máis similitude cos seus veciños. Nun sistema químicamente estable, o osíxeno e o nitróxeno reaccionarían e produciríase una gran cantidade de óxido de nitróxeno venenoso.
Por tanto, a presenza destes gases inestables fronte a outros gases en grandes cantidades na nosa atmosfera debería ser suficiente para que todos os pensadores racionais comecen a revisar o que actualmente se di nos libros de texto (é dicir, que a nosa atmosfera é desde hai tempo constante e inerte). Os gases que tenden a reaccionar violentamente na realidade mantéñense na atmosfera en proporcións adecuadas paira a vida.
En canto á atmosfera, segundo a teoría Gaia, a vida sintetiza e elimina continuamente os gases necesarios paira a súa supervivencia. A vida controla a proporción de gases reactivos na atmosfera. Marte, Venus e as hipotéticas Terras sen vida terían atmosferas químicamente estables e o 95% da súa composición sería dióxido de carbono. Pero este planeta no que vivimos non ten máis que 0,03% de dióxido de carbono na súa atmosfera. Esta curiosidade é consecuencia do proceso de fotosíntesis.
A fotosíntesis de bacterias, algas e plantas necesita continuamente dióxido de carbono e tras tomalo do aire quedará fixado en estruturas sólidas. As plantas e os microbios fotosintéticos, por unha banda, e todos os seres vivos que se alimentan deles en xeral, por outro, cando morren, permanecen no chan en forma de carbono orgánico ou reducido. Tras a fotosíntesis a través da enerxía solar e a súa posterior morte, as plantas, algas e bacterias capturaron e enterrado o dióxido de carbono da atmosfera. Por iso, nun principio o gas era abundante na atmosfera da terra, debido á vida hai menos días.
Por outra banda, pensemos que a proporción de osíxeno na atmosfera mantívose constante ao longo de moito tempo. Se a proporción de osíxeno na atmosfera diminuíse por moi pouco, moitos dos seres vivos que necesitamos paira a respiración destruiríanse. Pola contra, se a proporción de osíxeno fose algo superior á que coñecemos hoxe, calquera cousa, como as selvas, incendiaríase rapidamente. Por tanto, parece que a biota controla a concentración de osíxeno e outros gases na atmosfera.
Con todo, esta hipótese ten un negador. Estes científicos consideran difícil que todos os organismos da Terra "coñezan" como controlar as condicións de vida. A actitude de Lovelock ante as críticas foi traballar o modelo matemático do Mundo de Xoias que vimos un pouco antes. Polo menos agora non se pode dicir que sexa una hipótese contaminada polo misticismo, xa que puxo toda a artilería matemática traballando pola súa teoría.
Pero na vida real, á marxe das margaridas, os microbios teñen o papel máis importante, xa que son os que producen e controlan compostos raros e reactivos. Seguramente eles son a base do antigo termostax da Terra, a través da produción de gases que almacenan a calor. Desde o punto de vista evolutivo, os dianteiros paira a implantación do Gaia no sistema son os microbios. Neste sentido, dado que as formas dos niveis superiores da vida son conxuntos microbiales que interactúan, o fenómeno Gaia podería considerarse un fenómeno microbiano. Nós, os microbios, formamos parte de Gaia.
Desde o punto de vista ecolóxico, Gaia deixa un oco paira o estudo da vida humana. Hai pouco tempo que creamos, bastante novos e probablemente non moi maduros desde o punto de vista de Gaia. Doutra banda, os potenciais que temos paira desviar asteroides ao espazo ou colonizar a vida noutros planetas, as posibilidades de Gaia multiplícanse
e
Significa que estamos a traballar en .
Coñecendo ben todos os mecanismos do tema, seriamos capaces de coñecer como a biota controlou a súa contorna durante polo menos 3 millóns de anos. Á marxe do valor filosófico da hipótese Gaia, existe outra visión totalmente interesante. Quizá se todos os mecanismos deste control fosen coñecidos, poderiamos reutilizalos noutros hábitats autónomos do espazo. Durante o deseño da estación espacial, a tecnoloxía natural de Gaia podería ser aplicable paira conseguir a subministración propia de devandita estación. E dando aínda máis o paso máis lonxe, converter a un planeta como Martitz en habitable sería un proxecto enorme que só pode imaxinarse desde o punto de vista de Gaia.
* homeostasis: é o mantemento do equilibrio interior paira volver á situación anterior dando resposta controlada aos cambios producidos polo medio nun sistema biolóxico.
** homeorresis: É a regulación do desenvolvemento biolóxico cara a unha forma futura, como a forma adulta.
*** albedo: proporción que reflicte un corpo desde a radiación solar incidente nel.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
