نظریه گایا و بررسی تاثیر متقابل حیات و زمین از دیدگاه جیمز لاولاک
یکی از ساده ترین سوالاتی که ذهن بسیاری از افراد را مشغول کرده، دلیل شور بودن آب دریا است. پاسخ کتاب های درسی در مورد شسته شدن بسیاری از ترکیبات زمینی و ریختن آنها در دریا (که بسیاری از آنها طعم شور دارند)، تا حد زیادی ساده و قانع کننده به نظر می رسد اما آیا واقعاً این گونه است؟ فرسایش خاک قرن ها است که رخ می دهد و ترکیبات شور بیشتری به آب دریا انتقال می دهد اما غلظت آنها هنوز با سطح اشباع فاصله زیادی دارد. از این رو سوال اصلی، دلیل شوری دریا نیست بلکه این است که چرا آب همه دریاها بطور کامل مملو از این مواد نشده و مانند دریای مرده (بحرالمیت)، عقیم نیستند؟ در سال 1965، یک دانشمند انگلیسی ایده ای را مطرح کرد که این معماها را به انقلابی بزرگ تبدیل نمود.
جیمز لاولاک (James Lovelock) در آن زمان دریافت که اینها نشانه هایی از نیرویی طبیعی است که زمین در چنگال آن قرار داشته و بر حیات تاثیر می گذارد. این ایده با واکنش های متفاوتی روبرو شد، برخی آن را تاییدی بر باور «عصر جدید» خود می دانستند که مادر زمین را دارای قابلیت تطابق با حیات تصور می کرد. برخی دیگر آن را بی معنی و تنها تاثیری از نام شاعرانه این ایده یعنی «فرضیه گایا» می دانستند که از روی نام خدای یونانی به معنی زمین گرفته شده بود.
این در حالی است که امروز این نظریه با مقبولیت بیشتری در میان دانشمندان روبرو شده که آن را در درک ارتباطات بین حیات و محیط زمین و حتی جهان های خالی دیگر سودمند یافته اند.
در اواسط دهه 1960 میلادی، جیمز لاولاک، شیمیدان بریتانیایی ایده ای را مطرح کرد که بر اساس آن، موجودات زنده فعالانه محیط خود را برای قابل سکونت نگه داشتن زمین، اصلاح می کنند. دانشمندان مدعی بودند که این ایده با نظریه تکامل داروین تناقض دارد اما اکنون شواهد روز افزونی در جهت حمایت از ایده اصلی مرتبط با نظریه گایا وجود دارد. در این مقاله شما می توانید با نظریه گایا آشنا شوید.
رقابت فضایی
ناسا برای حل چالش بزرگ بررسی حیات در جهان های دیگر از این نظریه استفاده می کند. لاولاک به عنوان یک مخترع و شیمیدان، در ساخت ابزارهایی تخصص دارد که می توانند غلظت های بسیار کم مواد شیمیایی را شناسایی کنند. وی در اواسط دهه 1950 روشی را ابداع کرد که می توانست وجود کمتر از یک میلیون میلیاردم گرم آلاینده ها را تشخیص دهد. این ابداع برای دانشمندان ناسا (که سیاراتی مانند مریخ را برای یافتن حیات جستجو می کردند)، بسیار سودمند بود.
البته لاولاک معتقد است که ترکیب گازهای موجود در جو یک سیاره در نهایت به حالتی می رسند که هیچ واکنش دیگری صورت نمی گیرد. وی همچنین می گوید فرآیندهای حیات برای جذب مواد مغذی و تولید ضایعات از آغاز این تعادل شیمیایی جلوگیری می کنند. به نظر لاولاک، این می تواند پایه یک آزمایش بسیار کلی برای حضور حیات در سیارات دیگر باشد. برای مثال، سیارات دارای جو که تقریباً بطور کامل از یک گاز مانند دی اکسید کربن تشکیل شده اند بیشتر احتمال دارد که فاقد حیات باشند تا سیاراتی که جو آنها دارای ترکیبی از گازهای فعال تری مانند اکسیژن است.
این نظریه بهترین راه حل برای مشکل بزرگ دانشمندان بود، اما چندی بعد دانشمندان فرانسوی اعلام کردند که جو مریخ و زحل تقریباً بطور کامل از دی اکسید کربن ساخته شده و نشان می داد که هر دو سیاره در حقیقت فاقد حیات هستند. این خبر بسیار بدی برای برنامه های ناسا بود اما لاولاک را بر آن داشت به بررسی این موضوع بپردازد که زمین چگونه از چنین سرنوشتی اجتناب کرده است. در این زمان بود که وی متوجه شد شاید موجودات زنده زمین، از طریق مکانیزم بازخوردی به کنترل ویژگی های سیاره (مانند ترکیب جو) می پردازند تا همچنان قابل سکونت باشد.
سیاره زنده در نظریه گایا
لاولاک اولین دانشمندی نیست که ایده زنده بودن زمین را مطرح کرده است. در سال 1785، جیمز هاتن پدر زمین شناسی مدرن، زمین را به عنوان یک ابر موجود استعاری مطرح کرد که چرخه های گردشی و تنفسی خود را در قبال فرآیندهای زمین شناسی مانند فرسایش دارد. اما این ایده با اصول یکی از پایه های علم یعنی نظریه تکامل داروین مغایرت داشت. بر اساس نظریه داروین، موجودات زنده باید با همه شرایط سیاره میزبان شان مطابقت پیدا کنند. اما لاولاک معتقد بود که موجودات می توانند سیاره شان را به شکلی تغییر دهند که مناسب آنها شود.
این بخش، همان جایی بود که بعدها به شدت از آن انتقاد کردند هر چند که واکنش منتقدان به دیدگاه لاولاک در ابتدا ملایم تر بود. وی ایده خود را در مورد استفاده از ترکیبات جوی برای بررسی وجود حیات خارج زمینی در سال 1965 منتشر و بحث های زیادی را در مورد ایده «زمین زنده» آغاز کرد. وی در سال 1970 همکاری با لین مارگولیس، زیست شناس آمریکایی دانشگاه بوستون را آغاز کرد که ایده های مشابهی داشت. این مارگولیس بود که لاولاک را در مورد نقش بالقوه موجودات ریزی مانند باکتری ها در شکل گیری ارتباط بین حیات و زمین آگاه کرد.
اسرار سولفور
این آگاهی باعث شد که لاولاک نخستین فرضیه خود را پدید آورد. این فرضیه حول ماده سولفور (گوگرد) بود که عنصری اساسی برای موجودات زنده است. باران بیشتر سولفات موجود در زمین را شسته و به دریا سرازیر می کند که دوباره به شکل گاز بدبو و بسیار مغذی سولفید هیدروژن به زمین باز می گردد. حداقل این یک توضیح مرسوم بود اما لاولاک به آن باور نداشت. وی شنیده بود که موجودات دریایی یک گاز سولفوردار دیگر مرسوم به دی متیل سولفید (DMS) تولید می کنند. آیا امکان دارد که موجودات دریایی، نیاز موجودات روی زمین به این ماده اساسی را تامین کنند. لاولاک در سال 1971 تایید کرد که گازهای تولید شده توسط موجودات دریایی، چرخه سولفور زمینی را تامین می کنند.
این یافته به شکل گیری ایده ای جدید در مورد چرخه سولفور منجر شد. دی متیل سولفید تولید شده توسط جلبک های دریایی به شکل گیری ابرهای باران زا کمک می کند که در عوض یون های سولفور را به موجودات روی زمین انتقال می دهند. این پدیده باعث افزایش نرخ فرسایش خاک و انتقال بیشتر مواد مغذی به دریا برای جلبک های دریایی می شود که در نهایت چرخه ای مفید برای همگان را تولید می کند.
این واقعیت که آب دریا با وجود ریزش مداوم مواد نمکی توسط فرسایش شور نمی شود، نشان دهنده وجود موجوداتی است که می توانند مقدار نمک را در آب در حد متعادلی ثابت نگه دارند. لاولاک موفق به شناسایی کاندیدایی در میکروب های اولیه شد که مرداب های بزرگ و کم عمق زیادی را در سواحلی ایجاد کرده اند که خورشید بطور مستقیم بر آنها می تابد. این تابش مستقیم باعث می شود آب شیرین بخار شده و نمک باقی بماند.
در اواخر دهه 1970، فرضیه گایای لاولاک مورد توجه عموم قرار گرفت و با نگرانی های روز افزون از تاثیر منفی انسان ها بر زمین هماهنگ بود. البته دانشمندان نیز به این فرضیه بسیار انتقاد کردند برای مثال می گفتند برای آنکه این فرضیه واقعیت داشته باشد، لازم است موجودات از اعمال خود آگاه باشند. برخی دیگر بر تناقص آن با نظریه تکامل داروین اشاره می کردند و دیگران نیز آن را با ادعاهای مرتبط با «جنبش عصر جدید» مربوط می دانستند.
لاولاک با شبیه سازی کامپیوتری Daisyworld به جنگ این انتقادات رفت که شامل سیاره ای در اطراف یک ستاره خورشید مانند است و دو daisy به رنگ روشن و تیره در آن حضور دارند. این شبیه سازی با وجود ساده بودن، نشان می دهد که چگونه انتخاب طبیعی می تواند تکثیر دیزی ها را که بسته به رنگشان به جذب یا بازتاب نور خورشید می پردازند، تحریک کند. این می تواند به رغم تغییر در مقدار حرارت تولید شده در ستاره میزبان، پیوسته دمای سیاره را حفظ کند.
البته فرضیه گایا که اکنون با عبور آزمون های پیش بینی کننده به مرحله نظریه رسیده، همچنان با پرسش های حل نشده زیادی روبرو است. یکی از آنها ارتباط آن با تکامل داروینی است. در اوایل دهه 1980، ریچارد داوکینز، تکامل شناس دانشگاه آکسفورد، نظریه گایا را به دلیل نیاز آن به ارتباط همدلانه بین موجودات مورد انتقاد قرار داد چرا که این ویژگی با انتخاب طبیعی داروینی متناقض است. در سال 1998، محققان دانشگاه غرب استرالیا یک مدل شبیه سازی Daisyworld را ارائه کردند که ادعا می کرد قابلیت داروینی موجودات برای تطابق با محیط، نشانگر غیر ضروری بودن فرآیندهای مشابه گایا است و اینکه حیات برای سازگاری با شرایط متغیر، تکامل می یابد. در این زمان، دانشمندان زیادی همچون تیم لنتون از دانشگاه ایست آنگلیا به دفاع از نظریه گایا پرداختند و آن را مکملی برای درک تکامل و نه متضاد آن خواندند. در سال 2002 تاکشی سوگیموتو از دانشگاه کاناگاوای ژاپن از این نیز فراتر رفت و نشان داد که سازگاری داروینی در حقیقت به تقویت تاثیرگذاری فرآیندهای گایامانند پرداخته و به موجودات در قابل سکونت نگه داشتن طولانی تر سیاره کمک می کند.
اکنون این نظریه مرزهای جدیدی از پیش بینی ها را برای دانشمندان گشود و برای مثال نقش جلبک های تولید کننده دی متیل سولفید را در چرخه سولفور پُر رنگ تر کرده که خود پای موجودات را در طیف گسترده ای از مسائل از گرم شدن زمین گرفته تا حیات بیگانه باز کرده است.
حیات فضایی
در سال 2007 دانشمندان سیاره ای بیرون از منظومه شمسی را در فاصله 63 سال نوری شناسایی کرده و برای اولین بار ترکیب شیمیایی جو آن را تحلیل و بررسی کردند. سیاره HD 189733 b حدوداً 360 برابر زمین جرم دارد و کمی بزرگتر از سیاره مشتری است. تلسکوپ های اسپیتزر و هابل ناسا نشان دادند که جو این سیاره دارای بخار آب، دی اکسید کربن و مقادیری متان است. بر اساس نظریه گایا، ممکن است متان با وجود حیات مرتبط باشد.
این کشف با نظریه گایا متناظر است که می گوید حیات، حضور خود را با تاثیراتش بر جو نشان می دهد. البته این موضوع همچنین نشانگر مشکل بودن کاربرد این نظریه برای اثبات قطعی وجود حیات در یک سیاره دیگر است. در مورد HD 189733 b، جو آن ممکن است نشانگر وجود موجودات زنده باشد اما خود سیاره در مدار بسیار نزدیکی از ستاره میزبان گردش می کند و دمای سطح آن از آلومینیوم مذاب داغ تر است که این امر تصور حضور حیات (از نوعی که می شناسیم) را در آن مشکل می کند. همچنین مشکل مشابه دیگری در مورد فقدان گازهای بسیار واکنش دهنده در سیارات دیگر وجود دارد.
سازمان فضایی اروپا قصد داشت طی پروژه داروین که قرار بود در سال 2016 پرتاب شود، سیارات قابل سکونت احتمالی را در اطراف ستارگان دیگر شناسایی کند. این ماموریت شامل ناوگان کوچکی از کاوشگرهای فضایی بود که سه مورد آن تلسکوپ های فضایی بزرگ تر از هابل بودند و در کنار هم تلسکوپی بزرگتر و در اندازه 100 متر ایجاد می کردند که قدرت جذب نور آنها هزاران برابر تلسکوپ هابل است. این تلسکوپ ها برای شناسایی تابش مادون قرمز طراحی شدند که می توان گازهای تشکیل دهنده جو سیارات را با وضوح بیشتری در آن مشاهده کرد.
اگرچه این ماموریت لغو شد اما امید است برخی فناوری های آن در تلسکوپ های فضایی آینده مورد استفاده قرار گیرند.
اگرچه نظریه گایا از زمان ارائه آن در حدود 40 سال قبل تا به امروز راه زیادی را طی کرده، اما هنوز دانشمندان زیادی با تعریف لاولاک از هدف آن مشکل دارند. برخی حتی معتقدند که کل مفهوم تقویت کننده حیات گایا درست نیست. پیتر وارد از دانشگاه واشنگتن در سیاتل، سال 2009 مقاله ای انتقادی در مورد نظریه گایا منتشر و این بحث را مطرح کرد که موجودات خود باعث انقراض های پی در پی در زمین شده اند که برخی حتی تا 90 درصد حیات را از بین برده بودند. تحقیقات جدید نشان داده که این نابودی گسترده در اثر باکتری های دریایی تولید کننده سولفور رخ داده که دریا و هوا را مسموم کرده بود. البته همه با این انتقادها موافق نیستند و برخی معتقدند که زمین می تواند خود را از انقراض های عظیم بازیابی کرده و موجودات پیچیده تر با تنوع زیستی بیشتر را نیز ایجاد کند.
به گفته دانشمندان، اکنون باید بیشتر بر تاثیر انسان ها بر محیط تمرکز کرد که اثر چشمگیری بر قابل سکونت بودن زمین دارد. در حالی که نظریه گایا زمین زنده را ترجیح می دهد، ما نباید رفتار دیگری را از سیاره مان انتظار داشته باشیم.
منابع
مقاله علمی و آموزشی «نظریه گایا و بررسی تاثیر متقابل حیات و زمین از دیدگاه جیمز لاولاک»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله سما سالاری در مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.
