Die Erde ist wie ein lebender Organismus! Die Hypothese des Wissenschaftlers James Lovelock

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Unser Planet ist einzigartig. So wie sich jeder von uns von den Steinstatuen der römischen Götter unterscheidet, unterscheidet sich die Erde von Mars, Venus und anderen bekannten Planeten. Lassen Sie uns die Geschichte einer der vielleicht erstaunlichsten und umstrittensten Hypothesen unserer Zeit erzählen - der Gaia-Hypothese, die uns einlädt, die Erde als lebenden Organismus zu betrachten.

Die Erde ist unser "Smart Home"

James Ephraim Lovelock feierte im vergangenen Sommer seinen 100. Geburtstag. Wissenschaftler, Erfinder, Ingenieur, unabhängiger Denker, eine Person, die weniger für ihre Erfindungen als für die erstaunliche Annahme bekannt ist, dass die Erde ein sich selbst regulierender Superorganismus ist, der während des größten Teils seiner Geschichte, der letzten drei Milliarden Jahre, günstige Bedingungen aufrechterhalten hat für das Leben an der Oberfläche …

Benannt nach Gaia - der Göttin der antiken griechischen Mythologie, die die Erde verkörpert - besagt die Hypothese, dass sich das globale Ökosystem des Planeten im Gegensatz zu den traditionellen Wissenschaften wie ein biologischer Organismus verhält und nicht wie ein lebloses Objekt, das von geologischen Prozessen kontrolliert wird.

Im Gegensatz zu den traditionellen Geowissenschaften schlägt Lovelock vor, den Planeten nicht als eine Reihe separater Systeme zu betrachten - Atmosphäre, Lithosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre -, sondern als ein einzelnes System, in dem jede seiner Komponenten, die sich entwickeln und verändern, die Entwicklung beeinflusst. von anderen Komponenten. Darüber hinaus ist dieses System selbstregulierend und weist wie lebende Organismen Mechanismen der inversen Beziehung auf. Im Gegensatz zu anderen bekannten Planeten behält die Erde durch die Verwendung umgekehrter Beziehungen zwischen der lebenden und der unbelebten Welt ihre Klima- und Umweltparameter bei, um ein günstiges Zuhause für Lebewesen zu bleiben.

Diese Idee wurde vom Moment ihres Erscheinens zu Recht kritisiert und von der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht akzeptiert, was sie jedoch nicht daran hindert, die Fantasie anzuregen und viele Unterstützer auf der ganzen Welt zu gewinnen. Trotz des hundertjährigen Jubiläums verteidigt Lovelock, wie die meiste Zeit seines langen Lebens, weiterhin die Theorie, modifiziert und verkompliziert sie, arbeitet weiter und engagiert sich in wissenschaftlichen Aktivitäten.

Gibt es Leben auf dem Mars?

Aber bevor er sich dem Leben auf der Erde zuwandte, war James Lovelock damit beschäftigt, nach Leben auf dem Mars zu suchen. 1961, nur vier Jahre nachdem die UdSSR den ersten künstlichen Satelliten unseres Planeten ins All schoss, wurde Lovelock eingeladen, bei der NASA zu arbeiten.

Im Rahmen des Viking-Programms plante die Agentur, zwei Sonden zum Mars zu schicken, um den Planeten zu untersuchen und insbesondere nach Spuren der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen in seinem Boden zu suchen. Es waren die Geräte zum Aufspüren von Leben, die an Bord der Sonden installiert werden sollten, die der Wissenschaftler in Pasadena am Jet Propulsion Laboratory entwickelt hat, einem Forschungszentrum, das Raumschiffe für die NASA baut und wartet. Übrigens arbeitete er buchstäblich Seite an Seite – im selben Büro – mit dem berühmten Astrophysiker und Popularisierer der Wissenschaft Karl Sagan.

Sein Job war kein reiner Ingenieur. An seiner Seite arbeiteten Biologen, Physiker und Chemiker. Dies ermöglichte ihm, sich kopfüber in Experimente zu stürzen, um Wege zu finden, Leben zu entdecken und das Problem von allen Seiten zu betrachten.

Daraufhin fragte sich Lovelock: "Wenn ich selbst auf dem Mars wäre, wie könnte ich dann verstehen, dass es Leben auf der Erde gibt?" Und er antwortete: "Nach ihrer Atmosphäre, die allen natürlichen Erwartungen widerspricht."Freier Sauerstoff macht 20 Prozent der Atmosphäre des Planeten aus, während die Gesetze der Chemie besagen, dass Sauerstoff ein hochreaktives Gas ist – und das alles in verschiedenen Mineralien und Gesteinen gebunden sein muss.

Lovelock kam zu dem Schluss, dass das Leben – Mikroben, Pflanzen und Tiere, die ständig Materie in Energie umwandeln, Sonnenlicht in Nährstoffe umwandeln, Gas freisetzen und absorbieren – die Erdatmosphäre zu dem machen, was sie ist. Im Gegensatz dazu ist die Marsatmosphäre praktisch tot und befindet sich in einem Niedrigenergie-Gleichgewicht mit fast keinen chemischen Reaktionen.

Im Januar 1965 wurde Lovelock zu einem wichtigen Treffen zur Suche nach Leben auf dem Mars eingeladen. Zur Vorbereitung auf ein wichtiges Ereignis las die Wissenschaftlerin ein kurzes Buch von Erwin Schrödinger „Was ist Leben“. Derselbe Schrödinger - ein theoretischer Physiker, einer der Begründer der Quantenmechanik und Autor des bekannten Gedankenexperiments. Mit dieser Arbeit leistete der Physiker einen Beitrag zur Biologie. Die letzten beiden Kapitel des Buches enthalten Schrödingers Reflexionen über das Wesen des Lebens.

Schrödinger ging davon aus, dass ein lebender Organismus im Existenzprozess seine Entropie kontinuierlich erhöht – oder anders ausgedrückt positive Entropie produziert. Er führt das Konzept der negativen Entropie ein, die lebende Organismen von der umgebenden Welt erhalten müssen, um das Wachstum der positiven Entropie zu kompensieren, was zu einem thermodynamischen Gleichgewicht und damit zum Tod führt. Im einfachen Sinne ist Entropie Chaos, Selbstzerstörung und Selbstzerstörung. Negative Entropie ist das, was der Körper isst. Dies ist laut Schrödinger einer der Hauptunterschiede zwischen Leben und unbelebter Natur. Ein lebendes System muss Entropie exportieren, um seine eigene Entropie niedrig zu halten.

Dieses Buch inspirierte Lovelock zu der Frage: "Wäre es nicht einfacher, nach Leben auf dem Mars zu suchen, indem man nach geringer Entropie als planetarischer Eigenschaft sucht, als sich auf der Suche nach Marsorganismen in Regolith einzugraben?" In diesem Fall reicht eine einfache Atmosphärenanalyse mit einem Gaschromatographen aus, um eine niedrige Entropie zu finden. Daher empfahl der Wissenschaftler der NASA, Geld zu sparen und die Viking-Mission abzubrechen.

Zu den Sternen

James Lovelock wurde am 26. Juli 1919 in Letchworth, einer Kleinstadt in Hertfordshire im Südosten Englands, geboren. Die 1903 60 Kilometer von London entfernte Stadt, die Teil ihres Grüngürtels ist, war die erste Siedlung in Großbritannien, die nach dem städtebaulichen Konzept der "Gartenstadt" gegründet wurde. Zu Beginn des letzten Jahrhunderts war es die Idee, die viele Länder über die Megastädte der Zukunft erfasste, die die besten Eigenschaften einer Stadt und eines Dorfes vereinen würden. James wurde in eine Arbeiterfamilie hineingeboren, seine Eltern hatten keine Ausbildung, aber sie taten alles, damit ihr Sohn sie erhielt.

1941 graduierte Lovelock an der University of Manchester - einer der führenden britischen Universitäten unter den berühmten "Red Brick Universities". Dort studierte er bei Professor Alexander Todd, einem herausragenden englischen Organiker, Nobelpreisträger für die Erforschung von Nukleotiden und Nukleinsäuren.

1948 erhielt Lovelock seinen Doktortitel vom London Institute of Hygiene and Tropical Medicine. In dieser Zeit seines Lebens beschäftigt sich der junge Wissenschaftler mit der medizinischen Forschung und erfindet die für diese Experimente notwendigen Geräte.

Lovelock zeichnete sich durch eine sehr humane Haltung gegenüber Versuchstieren aus - bis zu dem Punkt, dass er bereit war, Experimente an sich selbst durchzuführen. In einer seiner Studien suchten Lovelock und andere Wissenschaftler nach der Ursache für Schäden an lebenden Zellen und Geweben bei Erfrierungen. Die Versuchstiere – die Hamster, an denen der Versuch durchgeführt wurde – sollten eingefroren, dann erwärmt und wieder zum Leben erweckt werden.

Aber wenn der Gefrierprozess für Tiere vergleichsweise schmerzlos war, dann deutete das Auftauen darauf hin, dass die Nagetiere heiße Esslöffel auf ihre Brust legen mussten, um ihr Herz zu erwärmen und das Blut durch den Körper zu zirkulieren. Es war eine äußerst schmerzhafte Prozedur. Aber anders als Lovelock hatten seine Biologenkollegen kein Mitleid mit Labornagern.

Dann erfand der Wissenschaftler ein Gerät, das fast alles hatte, was man von einem gewöhnlichen Mikrowellenherd erwarten kann - tatsächlich war es das. Sie könnten einen gefrorenen Hamster dort hinstellen, einen Timer stellen und nach einer bestimmten Zeit wachte er auf. Eines Tages wärmte Lovelock aus Neugier sein Mittagessen auf die gleiche Weise auf. Er dachte jedoch nicht daran, seine Erfindung rechtzeitig zum Patent zu bekommen.

1957 erfindet Lovelock den Elektroneneinfang-Detektor, ein außergewöhnlich empfindliches Gerät, das die Messung extrem niedriger Gaskonzentrationen in der Atmosphäre und insbesondere die Detektion umweltgefährdender chemischer Verbindungen revolutioniert hat.

Ende der 1950er Jahre wurde mit dem Gerät nachgewiesen, dass die Atmosphäre des Planeten voller Rückstände des Pestizids DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) war. Dieses äußerst wirksame und leicht erhältliche Pestizid wird seit dem Zweiten Weltkrieg häufig eingesetzt. Für die Entdeckung seiner einzigartigen Eigenschaften erhielt der Schweizer Chemiker Paul Müller 1948 den Nobelpreis für Medizin. Diese Auszeichnung wurde nicht nur für die geretteten Ernten verliehen, sondern auch für die Millionen geretteter Menschenleben: DDT wurde während des Krieges zur Bekämpfung von Malaria und Typhus bei Zivilisten und Militärs eingesetzt.

Erst Ende der 50er Jahre wurde fast überall auf der Erde ein gefährliches Pestizid entdeckt - von der Pinguinleber in der Antarktis bis zur Muttermilch stillender Mütter in den USA.

Der Detektor lieferte genaue Daten für das 1962 erschienene Buch "Silent Spring", geschrieben von der amerikanischen Ökologin Rachel Carson, das die internationale Kampagne zum Verbot der Verwendung von DDT startete. Das Buch argumentierte, dass DDT und andere Pestizide Krebs verursachen und dass ihre Verwendung in der Landwirtschaft eine Bedrohung für Wildtiere, insbesondere Vögel, darstellt. Die Veröffentlichung war ein Meilenstein in der Umweltbewegung und löste einen breiten öffentlichen Aufschrei aus, der schließlich 1972 zum Verbot der landwirtschaftlichen Verwendung von DDT in den Vereinigten Staaten und dann weltweit führte.

Wenig später, nachdem er seine Arbeit bei der NASA aufgenommen hatte, reiste Lovelock in die Antarktis und entdeckte mit Hilfe seines Detektors die allgegenwärtige Präsenz von Fluorchlorkohlenwasserstoffen - künstlichen Gasen, von denen heute bekannt ist, dass sie die stratosphärische Ozonschicht abbauen. Beide Entdeckungen waren äußerst wichtig für die Umweltbewegung des Planeten.

Als die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde Anfang der 1960er Jahre ihre Mond- und Planetenmissionen plante und nach jemandem suchte, der empfindliche Ausrüstung herstellen konnte, die ins All geschickt werden konnte, wandten sie sich an Lovelock. Von Kindheit an von Science-Fiction fasziniert, nahm er das Angebot mit Begeisterung an und konnte natürlich nicht ablehnen.

Planeten leben und tot

Die Arbeit am Jet Propulsion Laboratory bot Lovelock eine hervorragende Gelegenheit, die ersten von Raumsonden übermittelten Beweise für die Natur von Mars und Venus zu erhalten. Und dies waren zweifellos völlig tote Planeten, die sich auffallend von unserer blühenden und lebendigen Welt unterschieden.

Die Erde hat eine thermodynamisch instabile Atmosphäre. Gase wie Sauerstoff, Methan und Kohlendioxid werden in großen Mengen produziert, koexistieren jedoch in einem stabilen dynamischen Gleichgewicht.

Die seltsame und instabile Atmosphäre, die wir atmen, erfordert etwas auf der Erdoberfläche, das kontinuierlich große Mengen dieser Gase synthetisieren und gleichzeitig aus der Atmosphäre entfernen kann. Gleichzeitig reagiert das Klima des Planeten sehr empfindlich auf die Fülle an mehratomigen Gasen wie Methan und Kohlendioxid.

Lovelock entwickelt nach und nach eine Vorstellung von der regulatorischen Rolle solcher Stoffkreisläufe in der Natur – analog zu Stoffwechselvorgängen im Körper eines Tieres. Und an diesen Prozessen ist das irdische Leben beteiligt, das nach Lovelocks Theorie nicht nur an ihnen teilnimmt, sondern auch gelernt hat, die notwendigen Existenzbedingungen für sich aufrechtzuerhalten, indem es eine Form einer für beide Seiten vorteilhaften Zusammenarbeit mit dem Planeten eingegangen ist.

Und wenn dies zunächst reine Spekulation war, dann hatte Lovelock 1971 die Gelegenheit, dieses Thema mit der herausragenden Biologin Lynn Margulis, der Schöpferin der modernen Version der Symbiogenese und der ersten Frau von Carl Sagan, zu diskutieren.

Margulis ist Co-Autorin der Gaia-Hypothese. Sie schlug vor, dass Mikroorganismen im Bereich der Interaktion zwischen Leben und Planet eine verbindende Rolle spielen sollten. Wie Lovelock in einem seiner Interviews feststellte: "Es wäre fair zu sagen, dass sie meinem physiologischen Konzept eines lebenden Planeten Fleisch in die Knochen steckte."

Aufgrund der Neuheit des Konzepts und seiner Widersprüchlichkeit mit den traditionellen Wissenschaften brauchte Lovelock einen kurzen und einprägsamen Namen. Es war dann, im Jahr 1969, ein Freund und Nachbar des Wissenschaftlers, Physikers und Schriftstellers, Nobelpreisträgers sowie des Autors des Romans Herr der Fliegen, William Golding, schlug vor, diese Idee Gaia zu nennen - zu Ehren der antike griechische Göttin der Erde.

Wie es funktioniert

Nach Lovelocks Konzept ist die Evolution des Lebens, d -regulatorische Eigenschaften ähnlich den physiologischen Eigenschaften eines lebenden Organismus.

Das Leben passt sich nicht nur dem Planeten an, es verändert ihn für seine eigenen Zwecke. Evolution ist ein Paartanz, bei dem sich alles Lebendige und Unbelebte dreht. Aus diesem Tanz entsteht die Essenz von Gaia.

Lovelock führt das Konzept der Geophysiologie ein, das einen systemischen Ansatz für die Geowissenschaften impliziert. Die Geophysiologie wird als synthetische Geowissenschaft präsentiert, die die Eigenschaften und Entwicklung eines integralen Systems untersucht, dessen eng verwandte Komponenten Biota, Atmosphäre, Ozeane und Erdkruste sind.

Zu seinen Aufgaben gehört die Suche und das Studium von Selbstregulierungsmechanismen auf planetarer Ebene. Die Geophysiologie zielt darauf ab, Verbindungen zwischen zyklischen Prozessen auf zellular-molekularer Ebene mit ähnlichen Prozessen auf anderen verwandten Ebenen wie dem Organismus, den Ökosystemen und dem Planeten als Ganzem herzustellen.

1971 wurde vorgeschlagen, dass lebende Organismen in der Lage sind, Stoffe zu produzieren, die eine regulierende Bedeutung für das Klima haben. Dies wurde bestätigt, als 1973 die Emission von Dimethylsulfid aus sterbenden Planktonorganismen entdeckt wurde.

Dimethylsulfidtröpfchen, die in die Atmosphäre gelangen, dienen als Kondensationskeime von Wasserdampf und verursachen die Bildung von Wolken. Die Dichte und Fläche der Wolkenbedeckung beeinflussen die Albedo unseres Planeten - seine Fähigkeit, Sonnenstrahlung zu reflektieren - erheblich.

Gleichzeitig mit dem Regen zu Boden fallend, fördern diese Schwefelverbindungen das Pflanzenwachstum, was wiederum die Auswaschung von Gesteinen beschleunigt. Die durch Auswaschung gebildeten Biogene werden in Flüsse gespült und gelangen schließlich in die Ozeane, wo sie das Wachstum planktonischer Algen fördern.

Der Reisekreislauf von Dimethylsulfid ist geschlossen. Dafür wurde 1990 festgestellt, dass die Bewölkung über den Ozeanen mit der Planktonverteilung korreliert.

Laut Lovelock kommt heute, wenn die Atmosphäre durch menschliche Aktivitäten überhitzt ist, der biogene Mechanismus der Regulierung der Wolkendecke eine große Bedeutung zu.

Ein weiteres regulatorisches Element von Gaia ist Kohlendioxid, das in der Geophysiologie als Schlüsselgas des Stoffwechsels angesehen wird. Klima, Pflanzenwachstum und Produktion von freiem Luftsauerstoff hängen von seiner Konzentration ab. Je mehr Kohlenstoff gespeichert ist, desto mehr Sauerstoff wird an die Atmosphäre abgegeben.

Durch die Kontrolle der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre reguliert Biota damit die durchschnittliche Temperatur des Planeten. 1981 wurde vorgeschlagen, dass eine solche Selbstregulierung durch eine biogene Verstärkung des Verwitterungsprozesses von Gesteinen erfolgt.

Lovelock vergleicht die Schwierigkeit, die auf dem Planeten ablaufenden Prozesse zu verstehen, mit der Schwierigkeit, die Wirtschaft zu verstehen. Der Ökonom Adam Smith aus dem 18.

Genauso ist es mit dem Planeten, sagt Lovelock: Als er „reifte“, begann er, für die Existenz des Lebens geeignete Bedingungen aufrechtzuerhalten, und die „unsichtbare Hand“konnte die unterschiedlichen Interessen der Organismen auf die gemeinsame Sache der Erhaltung lenken diese Bedingungen.

Darwin vs. Lovelock

Das 1979 erschienene Gaia: A New Look at Life on Earth wurde ein Bestseller. Es wurde von Umweltschützern gut aufgenommen, aber nicht von Wissenschaftlern, von denen die meisten die darin enthaltenen Ideen ablehnten.

Der renommierte Kritiker des Kreationismus und des intelligenten Designs, Professor an der Universität Oxford und Autor von The Selfish Gene, Richard Dawkins, verurteilte Gaias Theorie als „zutiefst fehlerhafte“Ketzerei gegen den grundlegenden Grundsatz der Darwinschen natürlichen Auslese: „Der Stärkste überlebt“. Dennoch, weil Gaias Theorie besagt, dass Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen nicht nur konkurrieren, sondern auch kooperieren, um die Umwelt zu erhalten.

Als Gaias Theorie zum ersten Mal diskutiert wurde, gehörten darwinistische Biologen zu ihren schärfsten Gegnern. Sie argumentierten, dass die für die Selbstregulierung der Erde notwendige Kooperation niemals mit der für die natürliche Auslese notwendigen Konkurrenz verbunden werden kann.

Neben der Essenz selbst sorgte auch der aus der Mythologie stammende Name für Unzufriedenheit. All dies sah aus wie eine neue Religion, in der die Erde selbst zum Gegenstand der Vergöttlichung wurde. Der talentierte Polemiker Richard Dawkins stellte Lovelocks Theorie mit der gleichen Energie in Frage, die er später in Bezug auf das Konzept der Existenz Gottes verwendete.

Lovelock widerlegte ihre Kritik mit Beweisen für die Selbstregulierung, die er aus seiner Forschung und mathematischen Modellen sammelte, die veranschaulichten, wie die Selbstregulierung des planetaren Klimas funktioniert. Gaias Theorie ist eine physiologische Ansicht des Erdsystems von oben nach unten. Sie betrachtet die Erde als einen dynamisch reagierenden Planeten und erklärt, warum sie sich so stark von Mars oder Venus unterscheidet.

Die Kritik basierte hauptsächlich auf dem Missverständnis, dass die neue Hypothese antidarwinistisch sei.

"Die natürliche Selektion begünstigt Enhancer", sagte Lovelock. Seine Theorie beschreibt nur Darwins Theorie und impliziert, dass die Natur Organismen bevorzugt, die die Umwelt in einem besseren Zustand hinterlassen, damit die Nachkommen überleben können.

Jene Arten von Lebewesen, die die Umwelt negativ beeinflussen, sie für die Nachwelt weniger geeignet machen und schließlich vom Planeten vertrieben werden – ebenso wie schwächere, evolutionär nicht angepasste Arten, argumentierte Lovelock.

Copernicus wartet auf seinen Newton

Zusammenfassend muss gesagt werden, dass das wissenschaftliche Konzept der Erde als integrales lebendes System, als lebender Superorganismus, seit dem 18. Jahrhundert von Naturwissenschaftlern und Denkern entwickelt wurde. Dieses Thema diskutierte der Vater der modernen Geologie und Geochronologie James Hutton, Naturwissenschaftler, der der Welt den Begriff "Biologie" gab Jean-Baptiste Lamarck, Naturforscher und Reisender, einer der Begründer der Geographie als unabhängige Wissenschaft, Alexander von Humboldt.

Im 20. Jahrhundert wurde die Idee in einem wissenschaftlich fundierten Konzept der Biosphäre des herausragenden russischen und sowjetischen Wissenschaftlers und Denkers Vladimir Ivanovich Vernadsky entwickelt. In seinem wissenschaftlichen und theoretischen Teil ähnelt das Konzept von Gaia der "Biosphäre". In den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts war Lovelock jedoch noch nicht mit den Werken von Wernadski vertraut. Zu dieser Zeit gab es keine erfolgreichen Übersetzungen seiner Arbeit ins Englische: Wie Lovelock es ausdrückte, sind englischsprachige Wissenschaftler traditionell "taub", um in anderen Sprachen zu arbeiten.

Lovelock besteht wie seine langjährige Kollegin Lynn Margulis nicht mehr darauf, dass Gaia ein Superorganismus ist. Heute erkennt er, dass sein Begriff "Organismus" in vielerlei Hinsicht nur eine nützliche Metapher ist.

Charles Darwins Konzept des "Kampfes ums Überleben" kann jedoch aus dem gleichen Grund als Metapher betrachtet werden. Gleichzeitig hinderte dies die darwinistische Theorie nicht daran, die Welt zu erobern. Metaphern wie diese können das wissenschaftliche Denken anregen und uns auf dem Weg des Wissens immer weiter voranbringen.

Heute ist die Gaia-Hypothese ein Anstoß für die Entwicklung einer modernen Version der systemischen organismischen Wissenschaft der Erde - der Geophysiologie. Vielleicht wird es im Laufe der Zeit zu der synthetischen Biosphärenwissenschaft, von der Wernadskij einst träumte. Jetzt ist es auf dem Weg, ein traditionelles, allgemein anerkanntes Wissensgebiet zu werden und sich zu wandeln.

Es ist kein Zufall, dass der bedeutende britische Evolutionsbiologe William Hamilton – der Mentor eines der verzweifeltsten Kritiker der Theorie, Richard Dawkins, und der Autor des von ihm im Titel seines Buches verwendeten Begriffs „das egoistische Gen“- genannt James Lovelock „Copernicus wartet auf seinen Newton“.