盖亚假说

盖亚假说认为，地球的物理和生物进程紧密地联系在一起，形成了自我调整系统，以保证地球自身的宜居性。盖亚假说声称，生命有机体和它们的无机环境就像单一的生命系统一样一起进化，这极大地影响了地球表面的状况。该假说时常被描述为把地球视为一个单一的生物体。

1969年，英国科学家詹姆斯·洛夫洛克假定：地球上的生命调节着大气的组成部分，以保持地球的宜居性。洛夫洛克的朋友、邻居、小说家威廉·戈尔丁（William Golding）建议洛夫洛克以希腊大地女神的名字将这一假定称为盖亚假说。虽然在其早期的阐述和在大众媒体上，盖亚假说都被理解为说地球自身是一个生命有机体，不过，正如洛夫洛克清楚地表明的那样，确切地说，地球的行为就像一个生命有机体，其生命体和无生命体协调一致地创造出一种始终适宜生命生存的环境。

盖亚假说的发展

地球上的生命体不仅仅是一名过客的观点可以追溯到许多学科的学者和研究人员的著作中：苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿（James Hutton，1726—1797）及其支持者英国生物学家T. H. 赫胥黎（T. H.Huxley），动物生理学家艾尔弗雷德·雷德菲尔德（Alfred Redfield），水族生态学家G. 伊夫林·哈钦森（G. Evelyn Hutchinson），以及地质学家弗拉基米尔·维尔纳茨基。1924年，美国化学家、生态学家、数学家和人口统计学家艾尔弗雷德·洛特卡（Alfred Lotka）首先提出了一个激进的看法，即生命和物质环境像一个系统一样共同进化，但很少有人把这个观点当回事儿。

20世纪60年代末，美国国家航空航天局在水星上进行生命体搜索的时候，收集了行星大气组成部分的信息。洛夫洛克那时候是美国国家航空航天局的顾问，他注意到金星和水星都有大气层，而且其主要成分是二氧化碳，并且接受化学平衡。相比之下，生命有机体产生的气体构成大气的主要成分，尽管远离化学平衡，但长期保持稳定性。洛夫洛克意识到这种稳定性需要一个调节器，而且，由于大气主要是一个生物产品，他认为地球上的集体生命形式扮演了调节器这个角色。

1971年，他与著名生物学家林恩·马古利斯（Lynn Margulis）合作，马古利斯带来了她广博的关于微生物的知识，以另一种方式向基于大气证据的一个化学假说中增加了新的内容。

对盖亚假说的批判与改进

洛夫洛克和马古利斯的共同工作引发了强烈的批判，主要来自其他生物学家。W. 福特·杜利特尔（W. Ford Doolittle）和理查德·道金斯（Richard Dawkins）是两个主要的批评者，他们认为，生命有机体在超越其个体本性之外不可能对其他任何东西进行调节。一些科学家特别批评这一假说是目的论的，即认为所有事物都有一个预定的目的。洛夫洛克回应：“马古利斯和我都从未提出一种目的论的假说。”（1990年，第100页）。杜利特尔认为，单个有机体的基因组中并没有提供盖亚假说提出的反馈机制。道金斯则认为，有机体不可能协调一致地行动，因为这样做需要预见性和计划性。美国著名的古生物学家和进化论生物学家斯蒂芬·杰·古尔德（Stephen Jay Gould）想要了解自我调节实现动态平衡可能性所依赖的机制。这种批评产生于科学最好的传统之中，并且需要一个合理的回应。

1981年，洛夫洛克通过创造数值模型“雏菊世界”（Daisyworld）来回应批评，这是一个虚构的行星，有两种植物，一种是浅色的，另一种是深色的。这个行星的温度来自像地球所拥有的太阳一样的恒星，并随着时间流逝而变得越来越热。当这颗恒星逐渐变冷的时候，每一株深色的雏菊通过吸收阳光温暖自己，直到深色的雏菊占主导地位并温暖这个行星；当恒星变得越来越热的时候，每一株浅色的雏菊通过反射阳光使自身和这个行星冷却。这两种雏菊对空间的竞争就使得这个行星保持温度的恒定，因此，尽管恒星不断输出热量，它都能维持一种宜居的状态。这一模型表明，即使不调节自身以外的其他任何事物，有机体及其环境也是作为一个强大的自我调节系统而共同进化的。这个演示与关于地球气候和化学调节机制的成功预测给予盖亚假说一个强有力的理论基础，而且还得到了一系列模型的进一步支持，一是来自生态学家蒂姆·伦顿（Tim Lenton）1998年的模型，一是来自生态学家斯蒂芬·哈定（Stephan Harding）1999年的模型。

盖亚假说的核心

盖亚假说视地球表面环境为一个自我调节的系统，由所有的生物、大气、海洋和地壳岩石组成，维系着一种适宜生命生存的环境。它将生命的进化和地球表面及大气层的演变视为单一的进程，而不是像生物学和地质学教授的那样是单独的过程。生物通过自然选择的方式进化，但在盖亚假说中，生物并不是单纯地适应环境，它们也在改变环境。人类显然正在改变大气层、气候和陆地表面，而其他的生物，多数是微生物在过去的那些时间里对环境的改变甚至更加深刻。20亿年前空气中氧的出现不过是这些变化的其中之一。从某种程度上说，盖亚假说以达尔文主义为基础，就像相对论和牛顿物理学之间的关系一样。它并不是对达尔文学说的否定，而是对其的延伸。

那么，盖亚假说有什么用处？它已经是新研究的一个富有成果的来源，而且启发了环保主义者。它导致了天然化合物二甲基硫醚和碘甲烷的发现，从而使必要元素硫黄和碘从海洋转移到陆地。它表明土壤中和岩石上的生命是如何增加去除空气中二氧化碳的比率，从而调节二氧化碳的含量，最终调节气候的。盖亚假说最大胆的预测是在1987年由罗伯特·查尔森（Robert Charlson）、洛夫洛克、梅因拉特·安德烈（Meinrat Andreae）和斯蒂芬·沃伦（Stephen Warren）阐明的：海洋中的微生物藻类通过排放气体、二甲基硫醚而与云朵和气候产生关联。根据这一理论，当地球变得越来越热时，这些藻类向大气层释放出更多的二甲基硫醚，从而增加了覆盖地球的云层，反过来又使地球变冷：没有云层，地球将会变热10~20℃。这一观点对于正确理解气候变化至关重要。1988年，因为这一理论，这些学者从世界气象局获得了诺伯特——格比尔奖（Norbert-Gerbier Prize）。10年后，世界范围内数百名科学家致力于研究海洋藻类、大气化学、云层与气候之间的关系。气候学家甚至生理学家已经在他们的研究中利用雏菊世界模型。多年来，盖亚假说已经改变了科学家的思维方式。最好的例子就是2001年的《阿姆斯特丹宣言》（Amsterdam Declaration）。2001年，环境科学家举行了一场会议，发表了该宣言，其中第一个要点是：“地球系统表现为一个单一的、自我调节的系统，它由物理成分、化学成分、生物成分和人类组成”（开放科学大会，2001年）。虽然还没有关于盖亚假说的完整表述，但它也是对早先存在的地球观和生命科学独立看法的一个实质性推进。

近年来，盖亚假说已经成为公众讨论和大众媒体的一部分，尤其在涉及全球气候变化问题上。它的主题——行星生命的复杂的相互依赖性——是以“地球系统科学”命名的学术课程的一部分。

盖亚的报复

在2006年的一本书中，洛夫洛克提出了这样的观点：环境的退化和气候的变化正在检验盖亚的自我调节和维持地球宜居性的能力。他相信，想要避免重大的气候变化为时已晚，故而，它导致我们所在星球的大部分地区都不那么宜居了。可持续发展和可再生能源已经晚了200年，没有太大的帮助；现在是时候直接朝着适应性而努力。洛夫洛克是主张把核能源作为维持能源需求的短期解决办法的倡导者，但是，其他能想到的清洁的、可替代能源实在太少，也为时已晚。考虑到环境压力的范围，他声称人类文明将面临生存困境，在下一个百年，人类数量将会有显著的下降。洛夫洛克声称，盖亚的自我调节可能会阻止任何地球上的生命发生灾难性的失败，但是目前的一系列行动都是难以为继的，所以，地球上的生命将会以某种方式被改变。

詹姆斯·洛夫洛克

英国独立学者

进一步阅读

Charlson, R. J., Lovelock, J. E., Andreae, M. O., & Warren, S. G.(l987). Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature, 326(6ll4),655~66l.

Crist, E., & Rinker. H. B. (Eds.) (2009). Gaia in Turmoil: Climate Change, Biodepletion,and Earth Ethics in An Age of Crisis. Cambridge, MA: MIT Press.

Harding, S. P. (1999). Food web complexity enhances community stability and climate regulation in a geophysiological model. Tellus, 51(B), 815~829.

Lenton, T. (1998). Gaia and natural selection. Nature, 394, 439~447.

Lotka, A. (1956). Elements of Mathematical Biology. New York: Dover. (Original work published 1924)

Lovelock, J. E. (1969). Planetary atmospheres: Compositional and other changes associated with the presence of life. In O. L. Tiffany & E. Zaitzeff (Eds.).Advances in the Astronautical Sciences, Vol. 25, 179~193. Tarzana, CA: American Astronautical Society.

Lovelock, J. E. (1979). Gaia: A New Look at Life on Earth. Oxford, U.K.: Oxford University Press.

Lovelock, J. E. (1988). The Ages of Gaia: A Biography of Our Living Earth. New York:W.W. Norton.

Lovelock J. E. (1990). Hands up for the Gaia hypothesis. Nature, 344, 100~102.

Lovelock, J. E. (1991). The Practical Science of Planetary Medicine. London: Gaia Books.

Lovelock, J. E. (2006). The Revenge of Gaia: Earth Climate Crisis & the Fate of Humanity. New York: Basic Book.

Lovelock, J. E. (2008). The Vanishing Face of Gaia: A Final Warning. New York: Basic Books.

Lovelock, J. E., & Margulis, M. (1973). Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: The Gaia hypothesis. Tellus, 26, 2~10.

Lovelock, J. E., & Watson, A. J. (l982). The regulation of carbon dioxide and climate:Gaia or geochemistry. Planet. Space Science, 30(8), 795~802.

Open Science Conference (2001, July 10~13).The Amsterdam declaration on global change. Retrieved September 5, 2002, from http://www.sciconf.igbp.kva.se/Amsterdam_Declaration.html

Watson, A. J., & Lovelock, J. E. (l983). Biological homeostasis of the global environment: The parable of Daisyworld. Tellus, 35(B), 284~289.