Ziemia: matka dobra czy patologiczna

Gdy patrzymy w niebo, widzimy biosferę. A dokładniej jej wierzchnią, atmosferyczną część. Właściwie wszystko, co dotyczy powietrza, ma biologiczne pochodzenie – niemal każdy jego gaz powstaje w wyniku działalności bakterii, roślin czy nawet kręgowców (głównym źródłem metanu są dziś przeżuwacze). Również takie zjawiska, jak chmury, deszcz czy śnieg, są często związane z procesami życiowymi: ich krople i płatki kondensują na drobinach materii, którymi mogą być unoszące się w powietrzu bakterie, zarodniki grzybów lub nawet pyłek roślin. Patrząc na morskie fale, też widzimy biosferę. Woda morska jest na dobrą sprawę biologiczną zawiesiną, w której związek chemiczny H₂O zajmuje tylko część jej objętości. A zważywszy na silny związek życia w morzach z ziemskim klimatem, łatwo zrozumieć, jak bardzo ta morska biosfera wpływa na klimat i globalne cykle biogeochemiczne.

Również pod naszymi nogami rozciąga się biosfera, tym razem skalista (wraz z najwyższą warstwą – glebą, będącą w całości biologicznego pochodzenia). Skały nie bardzo kojarzą nam się z życiem, ale nic bardziej mylnego. Białe klify Albionu to w stu procentach materiał pochodzenia biologicznego, składający się ze skorupek organizmów planktonicznych. Zalegające jeszcze niżej skały magmowe już zupełnie wydają się poza zasięgiem życia, ale i to jest złudzenie. Najlepiej świadczą o tym tzw. kominy ryftowe na dnie oceanów, które – choć odkryte dopiero w końcu ubiegłego wieku – okazały się najbogatszymi ekosystemami na Ziemi, przewyższającymi pod względem biomasy na jednostkę objętości nawet rafy koralowe i lasy deszczowe. Nadzwyczajna produktywność tych kominów czerpie swą „żyzność” z zawartych w magmie związków. Ale i same skały magmowe są siedliskiem życia: bakterie i archeany (jednokomórkowe organizmy podobne do bakterii) wypełniają niemal wszystkie ich pory, jeśli są w nich choćby ślady wody.

Życie jak twórca

W tych rozważaniach na temat zasięgu ziemskiej biosfery pominęliśmy jeden niezwykle istotny jej aspekt – homeostazę. Pod tym pojęciem kryje się zdolność do utrzymywania stałości wewnętrznych warunków, ale i jej dynamiczny, a nawet poniekąd fizjologiczny charakter. Takie wartości, jak skład gazów atmosfery, zasolenie wody morskiej czy udział wapieni w budowie litosfery, pozostawały przez wiele milionów lat w przybliżeniu stałe, a produkcja wszelkich jej składników pokrywała się z destrukcją, co przypomina funkcjonowanie żywych organizmów. Przykładem jest termoregulacja. Mimo że od narodzin naszej planety promieniowanie słoneczne zwiększyło się o 30 proc., to średnia temperatura Ziemi pozostawała w tym czasie stała, na co życie miało istotny, a może i decydujący wpływ.

By to wyjaśnić, wróćmy na klify Albionu. Kreda pisząca (CaCO₃) jest bardzo prostym związkiem chemicznym, będącym kombinacją dwóch jeszcze prostszych substancji: dwutlenku węgla (CO₂) i tlenku wapnia (CaO). Jony wapniowe pochodzą z wody morskiej, ale dwutlenek węgla to po prostu nadwyżka tego gazu cieplarnianego wychwycona przez glony z atmosfery w procesie fotosyntezy i złożona pod postacią skały na dnie oceanu. Bez tego transferu CO₂ pozostawałby w powietrzu, podgrzewając i tak ocieplającą się planetę. Podobną rolę pełnią też tzw. paliwa kopalne, które można uznać za pogrzebany w ziemi, a przechwycony za sprawą fotosyntezy nadmiar CO₂ z atmosfery. Gdyby nagle je uwolnić z powrotem, Ziemia stałaby się planetą nieznośnie gorącą. Jak Wenus, gdzie nie ma nikogo, kto by się o takie usuwanie dwutlenku węgla troszczył.

Podczas swej współpracy z NASA Lovelock nabrał przekonania, że Ziemia jest planetą wyjątkową, a zawdzięcza to istnieniu życia.

Fakt, że obdarzona życiem Ziemia może mieć inną atmosferę (a nawet litosferę) niż podobna planeta, na której życie nie powstało, jest zastanawiający. A jeśli zdamy sobie sprawę, że te wywołane przez żywe organizmy zmiany mogły wręcz umożliwić biosferze istnienie i trwanie, wówczas w zupełnie nowy sposób przyjdzie nam spojrzeć na nasz glob i naszą – czyli życia – na nim rolę. W końcu uczyliśmy się w szkole, że to życie w ciągu swej historii przystosowywało się do zastanego (abiotycznego) środowiska, a nie, że samo je stwarzało. Stąd już tylko krok do twierdzenia, że życie nie tylko wpływało w ciągu dziejów na funkcjonowanie naszej planety, ale też, że wpływ ten był dla samego życia korzystny, o ile nie kluczowy. W końcu każdy termostat nastawiony jest na osiąganie pewnego z góry założonego celu. Ale kto i jak miałby nastawić ziemski odpowiednik tego urządzenia?

Atmosfera jak futro kota

I tak dochodzimy do Gai – koncepcji, która obchodzi właśnie 50. urodziny i która głęboko przeorała myślenie o naszej planecie. Jej ojcem jest James Lovelock, zmarły 26 lipca w wieku 103 lat chemik, wynalazca i – co w dzisiejszych czasach nieczęste – niezależny naukowiec. Niemal całe zawodowe życie spędził on w prywatnym laboratorium Coombe Mill, mieszczącym się w starym młynie wodnym na rzece Carey, pośród lasów i dzikich angielskich wrzosowisk Devonshire. Ale zanim tam osiadł, pracował dla największych światowych instytucji, w tym firmy Hewlett-Packard i – przede wszystkim – NASA, gdzie brał udział w pracach nad metodami wykrywania życia na innych planetach.

Za pierwszy krok w kierunku hipotezy Gai uznać można prace Lovelocka nad skonstruowaniem superczułej aparatury do pomiaru zawartości śladowych ilości gazów w atmosferze, tzw. detektora wychwytu elektronów. Sukces urządzenia i dokonane dzięki niemu odkrycia, w tym niszczących warstwę ozonową freonów (CFC), stały się dla naukowca przepustką do NASA. Agencja potrzebowała kogoś takiego podczas prac nad sondą poszukującą marsjańskiego życia. Kto mógł się spodziewać, że Lovelock – już w Pasadenie – uzna jej misję za zbyteczną?

Analizując za pomocą swojego nowego wynalazku skład ziemskiej atmosfery, Lovelock zwrócił uwagę na współwystępowanie gazów, których obecność w normalnych warunkach powinna się wykluczać – w szczególności wolnego tlenu i metanu. Wchodzą one bowiem ze sobą w gwałtowne reakcje – metan „spala się” do dwutlenku węgla, co prowadzi do powstania stabilnej, chemicznie neutralnej mieszanki. A jednak oba gazy stanowią od setek milionów lat nieodłączny element ziemskiej atmosfery, co jest nie tylko chemiczną anomalią, ale i wyróżnikiem wśród wszystkich znanych nam planet.

Zarówno wolny tlen, jak i metan są na Ziemi pochodzenia biologicznego – tlen produkują rośliny i sinice (w procesie fotosyntezy), metan wytwarzany jest przez bakterie metanowe, również takie, które rezydują w jelitach przeżuwaczy i termitów. Można więc powiedzieć, że Wenus i Mars posiadają atmosfery „naturalne” (i chemicznie stabilne), a Ziemia – „sztuczną” (bo zmienioną przez działalność żywych organizmów) i w stanie skrajnej chemicznej nierównowagi. Dziś zawartość dwutlenku węgla na naszej planecie wynosi 0,04 proc., a „powinno być” grubo ponad 90 proc.; tlenu 21 proc. zamiast zera; azotu 79 zamiast 2 proc. Przy czym zmiany te, choć przez nikogo nie planowane, okazały się dla życia niezwykle korzystne. Dlatego w naszej atmosferze widzieć można nie tylko produkt uboczny działania żywych organizmów, ale też – jak napisał Lovelock – „biologiczną konstrukcję, nie tyle żywą, co przez życie stworzoną dla zapewnienia określonego środowiska, coś jak futro kota lub upierzenie ptaka”.

Pchły na Marsie jak na wielbłądzie

Pisząc o swych dyskusjach z kolegami z NASA dotyczących sposobów szukania życia pozaziemskiego, Lovelock przytaczał – zapewne podkolorowaną – anegdotkę: „Oni rozumowali tak: Mars jest pustynną planetą, na pustyni żyją wielbłądy, a gdzie są wielbłądy, jest też dużo pcheł. Musimy więc wysłać tam pułapki na pchły i zobaczyć, czy coś do nich wpadnie”. Lovelock uważał to za absurd. Jeśli życie na Marsie istnieje, to jest, jak na Ziemi, zjawiskiem globalnym, a więc i globalnie wpływającym na tamtejsze środowisko, szczególnie atmosferę. Dlatego zamiast poszukiwać żywych organizmów bezpośrednio na jego powierzchni, lepiej (i znacznie taniej) byłoby analizować docierające do Ziemi widmo marsjańskiej atmosfery, by sprawdzić, czy nie ma w nim śladów chemicznej niestabilności.

Nie była to jednak popularna idea. Cała fascynacja misją marsjańską polegała właśnie na możliwości bezpośredniego kontaktu z nieznanym życiem, zwykle rozumianym jako indywidualne organizmy, a nie bezosobowe „sygnały” odbierane z odległości. A one, zdaniem Lovelocka, były jednoznaczne: atmosfera Marsa złożona głównie z dwutlenku węgla (95 proc.) i azotu (2,7 proc.), z niewielką domieszką argonu, za to bez wolnego tlenu i metanu, nie stwarzała nadziei na znalezienie jakiegokolwiek życia.

Podczas swej współpracy z NASA Lovelock nabrał przekonania, że Ziemia jest planetą wyjątkową, a tę swoją wyjątkowość zawdzięcza istnieniu życia, którego wpływ przejawia się w zapewnieniu Ziemi stabilnych warunków. I, co najważniejsze, że są one takie, jakie życiu, jako całości, najbardziej odpowiadają. Takie utrzymywanie się stabilności układu (homeostazy), pomimo działania zewnętrznych sił, które mogą go z niego wytrącić, możliwe jest tylko dzięki istnieniu sprzężeń zwrotnych (dodatnich i ujemnych), tak jak to dzieje się wewnątrz organizmów stałocieplnych, których warunki wewnętrzne również odbiegają znacząco od otoczenia. A jeśli tak, to może ogół żywych organizmów zachowuje się jak swoisty superorganizm – Gaja właśnie – gdzie pewne kluczowe parametry ustawione zostały na utrzymywanie stałych wartości.

Kosmos jak cmentarzysko

Pierwsza wzmianka o Gai ukazała się w 1972 r. w czasopiśmie „Atmospheric Environment” w postaci jednostronicowej (!) notki odnoszącej się tylko do nietypowego charakteru ziemskiej atmosfery. Mało kogo zdołała ona przekonać, do niewielu zresztą dotarła. Znalazła się jednak osoba, która koncepcję Gai przyjęła entuzjastycznie i była to dla Lovelocka zwolenniczka wyjątkowa: Lynn Margulis.

Badaczka była znana już wówczas jako twórczyni jednej z najciekawszych koncepcji biologicznych XX w., tzw. seryjnej endosymbiozy. Według niej organelle komórkowe, takie jak chloroplasty i mitochondria, to potomkowie dawnych wolnożyjących bakterii, wcielonych kiedyś w obręb naszych organizmów. To symbioza stworzyła „wyższe” (eukariotyczne) organizmy i jest jednym z najważniejszych procesów ewolucyjnych prowadzących do innowacji. Margulis stała się szybko kimś w rodzaju „matki” hipotezy Gai, gorącą orędowniczką tezy, że w naszej biosferze znaleźć można przejawy symbiozy na skalę planetarną. Te tezy rozwinęła później w książce pod znamiennym tytułem: „Symbiotyczna planeta” (1999, wyd. pol. 2000), jej głośnym wyrazem sprzeciwu wobec skrajnie darwinowskiej koncepcji wojny wszystkich ze wszystkimi.

W 1979 r. Lovelock gotową już hipotezę Gai przedstawił światu w postaci książki „Gaia. A New Look at Life on Earth” („Gaja. Nowe spojrzenie na życie na Ziemi”). Pisał w niej o biosferze jako swoistej maszynie homeostatycznej przetwarzającej w swym globalnym ciele napływające z zewnątrz informacje i dostosowującej zachowania w ten sposób, by oddziaływać moderująco na ewentualne niekorzystne zmiany zewnętrznego środowiska. Koncepcja ta, zwłaszcza w jej pierwotnym brzmieniu, spotkała się z entuzjastycznym przyjęciem w środowiskach obrońców przyrody i wszelkich ruchów ekologicznych (jeden z najważniejszych w Polsce, Klub Gaja, z powodzeniem działa do dziś). Ale też poddana została druzgocącej krytyce ze strony wielu przedstawicieli nauk przyrodniczych, zwłaszcza ewolucjonistów i geologów. Do największych krytyków należeli tak znani naukowcy, jak Richard Dawkins czy Stephen Jay Gould.

Teorii zarzucano, że jest bardziej metaforą niż koncepcją naukową. Że odwołuje się do emocji, a nie rozumu (sam Lovelock nie ułatwił sobie zadania, poświęcając – w następnej swej książce „The Ages of Gaia” („Wieki Gai”) z 1988 r. – cały długi rozdział sprawom religii i pisząc: „Dla mnie Gaja jest koncepcją zarówno religijną, jak i naukową”). Że jest niezgodna z darwinizmem, że zakłada kooperację gatunków w celu osiągania wspólnych celów, a więc teleologię. Że wymaga od życia planowania i przewidywania przyszłości w świecie rządzącym się egoistycznym interesem jednostek, a może tylko ich genów. Wreszcie, że Gaja się nie rozmnaża, a żywe organizmy powinny. By, jak pisał Dawkins, ziemski superorganizm mógł żyć naprawdę, potrzebna jest selekcja, zachowująca lepiej, a eliminująca gorzej przystosowanych.

Tak działa darwinowska ewolucja, a tej Lovelock nigdy nie kwestionował. Gdyby zgodzić się z jego logiką – pisał Dawkins w książce „Fenotyp rozszerzony” – trzeba by przyjąć, że kosmos to cmentarzysko wymarłych, odrzuconych przez kosmiczny dobór naturalny biosfer, bo przeżyć mogły tylko te nieliczne, o najlepszych cechach, zapewniających homeostazę. A więc świat musiałby być pełen mniej lub bardziej zaawansowanych Gai i pełen ex-Gai, które przestały istnieć, a wszystkie one pochodzić od wspólnych przodków i mieć – przez implikację – zdolność do rozrodu. Lecz te twierdzenia są przecież absurdalne, więc i hipoteza Gai opiera się na absurdzie.

Na to odpowiedział po latach (w 2016 r.) inny wybitny darwinista, Ford Doolittle, prostym pytaniem: „a właściwie dlaczego nie”? Na bardzo wielu planetach życie mogło powstać, a potem zaniknąć właśnie dlatego, że nie udało mu się stworzyć owej sieci sprzężeń, bez których żywe organizmy istnieć mogą, ale biosfera już nie. Może kosmos jest cmentarzyskiem wymarłych Gai, ale też i areną tych nielicznych (lub tylko jednej), którym to się udało.

Lovelock dowodzi, że dziś to ludzie stają się ziemską świadomością i to dzięki nim „organizm ziemski” poznać może zasady swego funkcjonowania.

Planeta jak pole stokrotek

W odpowiedzi na zarzut niedarwinowskiego charakteru swej hipotezy, Lovelock wymyślił jeszcze jedną metaforę – Daisyworld, czyli Świat Stokrotek. Wyobraźmy sobie, dla uproszczenia, że Ziemia zasiedlona jest przez jeden tylko gatunek organizmów – stokrotki właśnie. Mogą one przybierać różne odcienie – od białego do czarnego – i porastać gęstym dywanem całą powierzchnię planety. Gdy dywan ten jest biały, znaczna część promieniowania słonecznego odbijana jest w przestrzeń – rośnie albedo planety. Gdy dywan zmienia kolejne odcienie szarości, a nawet przechodzi do czarnego, albedo się zmniejsza i powierzchnia planety ulega nagrzewaniu. W ten sposób stokrotki mogą wpływać na klimat, a symulacje matematyczne pokazują, że ten proces aktywnej kontroli klimatu przez „biosferę” może utrzymać temperaturę planety na stałym poziomie nawet w przypadku stale rosnącego promieniowania Słońca docierającego do jej powierzchni. To byłaby odpowiedź na pytanie, kto nastawił ziemski termostat. Zważmy – stokrotki nie działają tu altruistycznie, bo każda prowadzi „walkę” (darwinowską konkurencję) z innymi stokrotkami o swoje własne interesy. Gdy klimat jest chłodny, ciemne stokrotki wygrywają rywalizację z białymi, gdy się ociepla, białe zyskują przewagę nad czarnymi.

Daisyworld jest bardzo niedoskonałym modelem biosfery, bo ta złożona jest z milionów gatunków i dlatego w kolejnych wersjach Lovelock wprowadził 20 gatunków stokrotek o różnych cechach, a także króliki, które jadły stokrotki, i lisy, które polowały na króliki. Wprowadził też katastrofy periodycznie niszczące ten niezbyt złożony ekosystem. Zaś w odpowiedzi na zarzut, że stokrotki mogą „oszukiwać”, nie produkując żadnego barwnika, i korzystać z pracy innych, wprowadził do modelu właśnie takich oszustów. Wszystko to nie zmieniło głównego wyniku: mimo egoizmu poszczególnych stokrotek rezultatem ich działań była stabilizacja klimatu na poziomie odpowiadającym wszystkim.

Tyle że Ziemia nie jest pokryta stokrotkami, co krytycy Lovelocka z lubością podkreślali. Wśród zwolenników Gai zaczęło się więc polowanie na realne alter ego stokrotek, które przyniosło interesujące wyniki. Wśród licznych kandydatów na pierwszym miejscu wymienić trzeba kokolity. Te same, które – budując kredę piszącą – przyczyniają się do zmniejszenia zawartości CO₂ w atmosferze.

Otóż te maleńkie glony mogą pełnić też inną rolę – produkują związek zwany DMSP, który służy im do przezwyciężania „szoku solnego” związanego z groźbą wysychania. DMSP rozkłada się na pochodną substancję zwaną DMS (siarczek dimetylu), który w postaci gazowej uchodzi do atmosfery, gdzie utlenia się do dwutlenku siarki i tworzy tzw. aerozol siarczanowy. Cząstki tego aerozolu stanowią niezwykle skuteczne jądra kondensacji pary wodnej i przyczyniają się do powstawania chmur – a te odbijają w przestrzeń promienie słoneczne. Wzrost intensywności promieniowania wywołuje rozmnażanie się kokolitów, co prowadzi – pośrednio – do większego zachmurzenia nieba. W efekcie temperatura nad oceanem spada. Kokolity zachowują się więc jak białe stokrotki, a to tylko jeden z dziesiątków znalezionych do dziś przykładów.

Ludzie jak mózg Ziemi

Inna krytyka spotkała Lovelocka ze strony amerykańskiego paleontologa Petera Warda, który w 2009 r. postanowił zaatakować Gaję inną grecką boginią, Medeą, znaną z tego, że zamordowała własne dzieci. Twierdził on, że życie – przez tendencję do ekspansji – ma destrukcyjny wpływ na środowisko, a w przeszłości spowodowało nawet kilka szczególnie dramatycznych wymierań np. podczas tzw. rewolucji tlenowej przed 2 mld lat, gdy ten trujący (wówczas) gaz sinice masowo pompowały do atmosfery na zgubę wszystkich tych, którzy go nie tolerowali (czyli większości ówczesnych organizmów). Cokolwiek sądzić o argumentacji Warda, nie przebiła się ona nawet do krytyków Gai, bo – mówiąc najogólniej – opierała się na przykładach jednostkowych, a Gaja może istnieć tylko jako mechanizm globalny. Obecność złodziei i morderców nie jest argumentem przeciw istnieniu prawa.

Owszem, gatunki przez swą ekspansję mogą powodować katastrofy, czego działalność człowieka jest najlepszym przykładem. Ale i tu dobrze widać ograniczenia Wardowskiej metafory – ludzie mogą też pełnić zupełnie inną funkcję. Lovelock dowodzi, że dziś to oni stają się ziemską świadomością i to dzięki nim „organizm ziemski” poznać może zasady swego funkcjonowania, przewidzieć przyszłe wydarzenia, a nawet próbować zaradzić ich niekorzystnym następstwom (już teraz możliwe jest, teoretycznie, zniszczenie w przestrzeni kosmicznej planetoidy, której trajektoria krzyżuje się z ziemską). Dzięki nam rodzi się nowa jakość, globalny mózg, centralny układ nerwowy Ziemi. Po 4 mld lat historii być może wkracza ona w zupełnie nową fazę rozwoju.

W ostatniej książce („Novacene: The Coming Age of Hyper­intelligence” z 2019 r.) Lovelock rozgraniczył te dwie „funkcje” naszej cywilizacji. O ile dotąd były one głównie destrukcyjne i mieściły się w modnym dziś pojęciu antropocenu, to pomni tych doświadczeń i coraz lepiej rozumiejący mechanizmy działania Gai, zaczynamy coraz częściej przyjmować tę drugą, szlachetniejszą funkcję. Lovelock pisał, że antropocen, który zaczął się około 300 lat temu, właśnie się kończy i wchodzimy w nowy okres, który proponuje nazwać novacenem.

Gaja zrodziła się prawie 4 mld lat temu i pozwoliła przetrwać ziemskiej biosferze do dziś. Swą ostatnią książkę Lovelock pisał, mając dokładnie 100 lat. Cokolwiek więc o niej sądzić, hipoteza Gai może oznaczać długowieczność.