Гипотеза Лавлока: что, если Земля – живой организм?
Наша планета уникальна. Подобно тому, как каждый из нас отличается от каменных статуй римских богов, Земля отличается от Марса, Венеры и других известных планет. Расскажем историю одной из, пожалуй, самых удивительных гипотез современности – гипотезы Геи, предлагающей нам взглянуть на Землю как на живой организм.
Земля – наш «умный дом»
Этим летом отметил свое столетие Джеймс Эфрэйм Лавлок. Ученый, изобретатель, инженер, независимый мыслитель, человек, известный не столько своими изобретениями, сколько удивительным предположением, что Земля – это саморегулирующийся суперорганизм, который на протяжении большей части своей истории, последних трех с лишним миллиардов лет, поддерживал на поверхности благоприятные условия для жизни.
Названная по имени Геи – богини древнегреческой мифологии, олицетворяющей Землю, – гипотеза, в отличие от традиционных наук, предполагает, что глобальная экосистема планеты ведет себя как биологический организм, а не как неодушевленный объект, управляемый геологическими процессами.
В противовес традиционным наукам о Земле Лавлок предлагает рассматривать планету не как набор обособленных систем – атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы, – а как единую систему, где каждая ее составляющая, развиваясь и изменяясь, оказывает влияние на развитие других компонентов. Причем система эта саморегулирующаяся и, подобно живым организмам, имеет механизмы обратной взаимосвязи. В отличие от других известных планет, путем использования обратных взаимосвязей между живым и неживым мирами Земля поддерживает свой климат и параметры среды, чтобы оставаться благоприятным домом для живых существ.
С самого момента появления эта идея подвергалась критике и не была до конца принята научным сообществом, что не мешает ей, однако, будоражить воображение и собирать множество сторонников по всему миру. Несмотря на вековой юбилей, Лавлок сейчас, как и большую часть своей долгой жизни, оставаясь под огнем критики, продолжает отстаивать теорию, модифицирует ее и усложняет, продолжает работать и заниматься научной деятельностью.
Есть ли жизнь на Марсе
Но прежде чем обратить свое внимание на жизнь на Земле, Джеймс Лавлок был занят поиском жизни на Марсе. В 1961 году, всего через четыре года после того, как СССР запустил в космос первый искусственный спутник нашей планеты, Лавлока пригласили на работу в NASA.
В рамках программы «Викинг» агентство планировало отправку к Марсу двух зондов для изучения планеты и, в частности, поиска следов жизнедеятельности микроорганизмов в ее грунте. Именно приборы для обнаружения жизни, которые должны были установить на борту зондов, разрабатывал ученый, работая в Пасадене, в Лаборатории реактивного движения – научно-исследовательском центре, который создает и обслуживает космические аппараты для NASA. К слову, работал он в буквальном смысле бок о бок – в одном кабинете – с известным астрофизиком и популяризатором науки Карлом Саганом.
Его работа не была чисто инженерной. Рядом с ним трудились биологи, физики и химики. Это позволило ему погрузиться с головой в эксперименты по поиску способов обнаружения жизни и посмотреть на проблему со всех сторон.
В итоге Лавлок спросил себя: «Если бы я сам был на Марсе, как бы я смог понять, что на Земле есть жизнь?» И ответил: «По ее атмосфере, которая не поддается никаким естественным ожиданиям». Свободный кислород составляет 20 процентов атмосферы планеты, тогда как законы химии говорят, что кислород – высокореактивный газ, – и весь он должен находиться в связанном состоянии в составе различных минералов и пород.
Лавлок пришел к выводу, что жизнь – микробы, растения и животные, постоянно метаболизирующие материю в энергию, превращающие солнечный свет в питательные вещества, выделяющие и поглощающие газ – вот то, что делает атмосферу Земли такой, какая она есть. В отличие от этого, марсианская атмосфера практически мертва и находится в низкоэнергетическом равновесии почти без химических реакций.
В январе 1965 года Лавлока пригласили на решающее совещание по поиску жизни на Марсе. В процессе подготовки к важному мероприятию ученый прочел небольшую книгу Эрвина Шредингера «Что такое жизнь». Того самого Шредингера – физика-теоретика, одного из создателей квантовой механики и автора всем известного мыслительного эксперимента. Этим трудом физик внес вклад и в биологию. Две последние главы книги содержат размышления Шредингера о природе жизни.
Шредингер исходил из того, что живой организм в процессе существования непрерывно увеличивает свою энтропию – или, другими словами, производит положительную энтропию. Он вводит концепцию отрицательной энтропии, которую живые организмы должны получать из окружающего мира, чтобы компенсировать рост положительной энтропии, ведущий к термодинамическому равновесию, а значит, к смерти. В простом понимании энтропия – это хаос, саморазрушение и саморазложение. Отрицательная энтропия – то, чем организм питается. Согласно Шредингеру, в этом и состоит одно из главных отличий жизни от неживой природы. Живая система должна экспортировать энтропию, чтобы поддержать собственную энтропию на низком уровне.
Эта книга вдохновила Лавлока на вопрос: «Разве не будет проще искать жизнь на Марсе, ища низкую энтропию как планетарное свойство, чем зарываться в реголит в поисках марсианских организмов?» В этом случае, чтобы найти низкую энтропию, достаточно провести простой атмосферный анализ с использованием газового хроматографа. Поэтому ученый рекомендовал NASA сэкономить деньги и отменить миссию «Викинг».
К звездам
Джеймс Лавлок родился 26 июля 1919 года в Летчуэрте – небольшом городке в графстве Хартфордшир на юго-востоке Англии. Этот город, построенный в 1903 году в 60 километрах от Лондона и являющийся частью его зеленого пояса, стал первым в Великобритании поселением, основанным в соответствии с градостроительной концепцией «города-сада». В начале прошлого века это была захватившая многие страны идея о мегаполисах будущего, в которых были бы объединены лучшие свойства города и деревни. Джеймс родился в рабочей семье, его родители не имели образования, но они сделали все, чтобы их сын его получил.