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標題: 生命的死敵就是生命本身 [打印本頁]

作者: 古月語 時間: 2014-3-22 19:47 標題: 生命的死敵就是生命本身

譯者：行空天牛。
原文： by Peter Wald

地球並不是撫育生命的母親，它更像是要命的美狄亞。——生物學家Peter Ward

兩艘“海盜號”分別於1976年和1977年在火星上成功登陸，他們的首要目標是去發現生命。眾失所望的是，他們傳回的資料顯示的只是少許的冷水。火星的表面是荒蕪的且不宜生存，那裡並沒有生命跡象。

對於James Lovelock和Diane Hitchcock這兩位美國宇航局的科學家來說，這沒什麼可驚訝的。事實上，要是在火星上發現了什麼生命跡象他們才會感到震驚呢。在海盜號登陸的十多年前，這兩位大氣科學家已經通過對火星大氣層的觀測推測出在那顆行星上可能不會有生命存在。

從他們的研究中產生的蓋亞假說是20世紀最具影響的開創性科學思想之一，它是根據古希臘神話中的大地之神這個撫育生命的母親來命名的。但這個假說正確嗎？新的科學發現表明，地球上生命的本質並不是都和蓋亞一樣。如果我們非要選一個神話中的母親形象來刻畫生物圈的特性，美狄亞，這位阿爾戈英雄首領伊阿宋的惡毒的妻子，也許更加合適。她是一個女巫，一個公主，也是殺自己孩子的兇手。

蓋亞假說的故事開始於20世紀60年代，當Lovelock和Hitchcock指出火星上的大氣層處於一種化學平衡的狀態——主要是惰性的二氧化碳，還是少量的氮氣，以及非常少的氧氣、甲烷和氫氣。將其與地球上的大氣層做一比較，他們認識到地球大氣處於化學不平衡的狀態，二氧化碳和氧氣在不斷變化。變化的主要原因是生命——光合作用將二氧化碳轉化為氧氣，而有氧新陳代謝則反而行之。如果沒有生命，地球的大氣層將根本性地由我們所呼吸的氧氣充足維持生命的氣體混合物變成像火星大氣一樣的不利於生命的化學平衡態。

地球上的大氣並不僅僅是不斷變動，它還是適宜生命繁衍的，而且數十億年來都是這樣。類似地，地表溫度、酸度和海洋化學成分看起來在數十億年也很穩定，在平均值上下徘徊，這使得地球可持續居住。考慮這些發現的意義，Lovelock開始拼湊一種新的生命觀點以及其與主導它的星球的聯繫。儘管他專注研究的是地球，但他的觀點可以應用在任何可居住的行星上，而且在他餘下的職業生涯中他一直在琢磨這些。

簡單地說，蓋亞假說就是：生命作為一種聚集體以某一種方式與物理環境相互作用，這種方式不僅保持地球是宜居的，而且持續提升生命的生存環境。這是通過一系列類似於生態平衡的回饋系統實現的，運用這一機理活著的生物體能夠保持一個穩定的內在環境。那些影響行星可否宜居的主要因素，如溫度、海水和淡水的化學成分以及大氣的組成等，它們並不僅是受到生命的影響，也受到回饋系統的控制。

隨著時間的推進，Lovelock的觀點得以演化，蓋亞假說形成了幾種不同的形式。（見文後“蓋亞的多種面孔”）在他第一篇文章發表的十年內，他將它的假說提升為科學性更強的蓋亞理論。在20世紀70年代中，他這樣描述他的觀點：“蓋亞理論是說：溫度、氧化態、酸度以及岩石和水的某些特性被保持常值，而且這一平衡是通過生物群自動地和無意識地操縱主動回饋過程來保持的。”

Lovelock最終開始談及這個可視作某種超有機體的行星自身。“全部範圍的生命物質，大到鯨魚和橡樹，小到病毒和海藻，可以看作是他們構成了一個獨立的生命統一體，這個統一體能夠保持地球上的大氣層適合自己所有的需要，而且所賦有的能力和力量都遠在其構成部分之上，”在他1979年出版的專著《蓋亞：地球生命的新寫照》（Gaia: A new look at life on Earth）中他這樣寫道。換句話說，地球並非簡簡單單地是一顆庇護生命的行星，它本身也是活著的。

這個觀點既簡明又優雅，而且很快吸引了許多擁躉者，這些人既有科學家又有非科學家。一些研究者從蓋亞理論中發現了一種思考有機成分和元素的迴圈的新方式。一部分人跟隨Lovelock的引導，為“在這顆行星上生命控制著環境”這一觀點尋找科學性的支撐。還有一部分人，主要是非科學研究人員，從中發現了一種新的觀點，關於人類該怎樣去聯繫起地球和餘下的生命。一些人甚至從這一概念中看見了上帝的臉。

蓋亞假說一直不停地引起科學家們的興趣和爭論——已經有三次國際會議致力於這一假說，最近的一次是在2006年。儘管如此，研究科目正在改變。許多最近的發現對蓋亞假說產生了嚴重懷疑。有兩路研究尤其具有毀滅性：一種基於深時——對遠古岩石的研究，另一種基於未來的模型。兩者均推翻了蓋亞預言的關鍵，並且提出地球的生命在反復忍受“美狄亞”事件——由生命本身引起的生物種類和數量的急劇減少，而且在未來的歲月中還將如此。

讓我們首先轉向深時發現。蓋亞假說的宣導者所提出的最具影響力的觀點之一是地球上的各種溫度保持穩定和平穩是由於回饋機制的存在，這種回饋是由生命引起的，或者至少是由其助長的。

在這些各自不同的“恒溫器”中最最重要的一個是碳酸鹽-矽酸鹽風化迴圈。由於不斷的火山活動，這是地球的一個特點，會給大氣層不停地注入不定量的二氧化碳。二氧化碳是一種很有效力的溫室氣體。如果沒有什麼辦法消除掉它，它將會使地球經歷不可控制的升溫過程，這將最終導致海水汽化——如同40億年前金星的宿命。

二氧化碳的消除主要是靠諸如花崗岩這樣的富矽酸鹽岩石的化學風化過程。這種風化是與二氧化碳發生化學反應，將這種氣體從大氣中轉化出來，並以石灰石（碳酸鈣）固定下來。

這種反應的速率因陸地植物而增加，它們的根可以破壞岩石以使得水和二氧化碳可以滲透進去。此外，植物也直接通過光合作用消耗大氣中的二氧化碳。

到目前為止，一直還符合蓋亞假說。但是根據科學家們對過去全球溫度比以往任何時候更精確的估計來看，倒並沒怎麼發現蓋亞理論所預言的穩定性。實際上，由於新物種的進化，地球溫度的變化就像過山車一樣。

例如，大約23億年前，地球忍受了一個持續了1億年的漫長冰川時期。海洋完全被凍住了，形成了一個“冰雪地球”。這一起因是生命本身。大約在這個時期的2億年前，進化開始用一種新的方式來維持生命，即光合作用，它利用太陽光中的能量將無機的二氧化碳轉化成糖類。光合微生物將大量的可吸收熱量的二氧化碳從大氣中吸走了，以至於這顆行星跌入了冰窟。

最初的多細胞植物的進化所帶來的第二幕冰雪地球時期發生在7億年以前。一段時間以後，陸地植物的進化給了氣候一個雙重打擊。他們的深根顯著地提高了風化速率，而且光合作用也減少了二氧化碳的含量。結果是，在泥盆紀（4億1600萬年前到3億6000萬年前）末期森林的出現之後不久，地球進入了長達5000萬年的冰河時期。這個溫暖年輕的行星很快地降下溫來，大量的生命滅亡。這並不是一個符合蓋亞假說的結果。

事實上，自生命存在之時起，它就一直能夠毀壞自己。Charles Darwin把新產生的生命形式融入這個世界的過程，想像成一個楔子輕鬆地進入一個狹窄的空凹處然後漸漸將其撐開的過程。一部分生命的確是這樣，但是其餘的卻像大錘，在他們所到之處毀滅生命之樹的所有分支。

自從有了最早的生命以來情況就一直是這樣的。我們認為，大約在37億年前的一場“沼氣危機”幾乎徹底毀滅了地球上的生命，差不多從它一開始就是這樣。釋放沼氣的微生物使得大氣籠罩著一層煙霧，並擋住了太陽。

恐怕最惡劣的美狄亞事件與第一幕冰雪地球一樣，是由相同的生物變革促成的，即光合作用的進展和與之相伴的大氣中氧氣的增加。對於25億年前構成生命的微生物來說，氧氣就是一種致命的毒藥，直到那個時候開始，生物體才能夠適應它。隨著光合作用的進展，這一大規模殺傷武器被啟動起來，造成了第一次，恐怕也是最極端的一次大滅絕事件。生命被毀滅了。倖存下來的都是光合生物和微生物，它們迅速地進化以適應氧氣。

一些新的研究成果是對蓋亞假說更大的否定，這些成果是對5億6500萬年前自動物進化以來發生的滅絕事件的研究得到的，其中包括5次大規模和差不多10次較小規模的滅絕。

1980年，地理學家公佈了一個開創性的發現：6500萬年前的白堊紀/第三紀大滅絕是由於一顆小行星撞擊地球引起的，有一個觀點很快地變成了正統說法，即：所有大滅絕都是由地球外事件造成的，不管是衝撞，還是在4億4300萬年前奧陶紀滅絕事件情況下的伽馬射線爆發。這類事件被稱為“蓋亞空檔”，因為生命是沒有辦法對他們做出準備的。

研究者很快認識到隕石坑與大滅絕事件有著明顯的聯繫，這包括2億5100萬年前宏大的二疊紀/三疊紀事件以及2億年前的三疊紀/侏羅紀事件。然而，撞擊引起大滅絕這一論據也是經不起推敲的。如今，大多數的事件被看作是“細菌引起的”大滅絕，這是由於大量的細菌釋放出有毒的硫化氫氣體導致的。（新科學家，2008年2月9日出版，P40）海洋是在全球急劇升溫的地質幕出現的，如二疊紀的後期，這個時期延長的火山活動往大氣中注入了大量的二氧化碳。這些細菌就在這死寂的海水中茁壯成長。根據蓋亞理論，生命應該緩和掉這些事件，但是事實並非如此。它們的存在似乎在強烈地支持美狄亞觀點，而與蓋亞背道而馳。可論證地是，與生命歷史上許多其他的事件一樣，人類主導的大滅絕現在正在我們周圍進行著。 “生命似乎在追求自我的終結，拖著地球回歸到了無生機”

未來是什麼樣子呢？這裡我們還是可以駁斥蓋亞假說，而且這恐怕也是最有趣和最震撼的發現了。生命似乎在積極地追求它自己的終結，拖著地球走近必然來臨的一天，那個時候地球將回歸它的原點：了無生機。

怎麼會這樣呢？首先，太陽正在越變越熱，它的光照強度已經在過去的45億年增加約30%，而且還將繼續增加下去。由於太陽持續更強的光照，這將造成全球升溫，增加矽酸鹽岩石的風化——風化的速率隨著溫度的上升而增大。再加之光合作用和植物的根的作用，將會使二氧化碳以比以往更快的速度在大氣中消除。

災難來襲

起先，二氧化碳的消除將緩和太陽引起的溫度上升，但是可能在5億年後會有這樣的一個時期到來，那個時侯大氣中將沒有足夠多的二氧化碳來進行光合作用。當那不幸的一天到來，我們的所知的世界將迎來一個非常明瞭的末日。

對生命來說，這些變化將是劇烈而又悲慘的。植物將乾枯和死亡，阻斷主要的生物生產源和大氣中的氧氣。動物將很快跟著死亡。植物的死亡也將引起大氣中二氧化碳的重新積累，導致失去控制的溫室效應。最終，地球表面溫度將超過沸水的溫度，最後一個微生物也將滅亡。地球將再次沒有生命。這是非常反蓋亞的，因為蓋亞理論認為在一顆行星上生命的存在將提高其宜居性。而其對立面才是正確的。

如果這些模型是正確的，那麼地球上的生命已處於老年期。這場始於38億年前的地球生命冒險，而且仍然是在宇宙中我們所知道的唯一生命體，也許還剩下十億年的旅程。大氣中二氧化碳的減少這一長期的、最終的過程已經開始了——礦物燃料燃燒的影響僅僅是九牛一毛。對現在來說，蓋亞就要死去，美狄亞會活得更久。

蓋亞的多種面孔

至少有三種不同的蓋亞假說變體
優化的蓋亞假說

這個最早的解釋仍然是蓋亞理論最“強”的版本之一。它指出生命在積極地控制外界條件，包括生物圈中純物理的方面，如溫度、海水酸度、大氣組成，以至於地球最好地保持可居住性。

自我調節（或內穩定）的蓋亞假說
一種較新的且稍弱一些的理論。比起生命積極地優化行星上的環境，這個理論指出生命建立一個負反饋系統，它可以使約束生命的因素保持在特定的範圍內，諸如溫度、以及更近時期提出的大氣中氧氣和二氧化碳的含量等。

超有機體蓋亞假說
地球並不是一個僅僅來支援生命的物理行星，它自己是活著的。這是這一理論最強悍的解釋，也趨向於被認作是不科學的。

Peter Ward是西雅圖華盛頓大學的生物學教授。這篇文章是基於他的新書《美狄亞假說：地球上生命最終會自我毀滅嗎？》（The Medea Hypothesis: Is life on Earth ultimately self-destructive?，普林斯頓大學出版社）
轉載自：http://songshuhui.net/archives/19832

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