V řecko-římské mytologii se praví, že Gaia byla matkou všech bohů, prvotní formou, Zemí samotnou. Hory tvořily její ňadra a rozlehlé pláně tělo. Byla považována za matku všeho co na světě roste a žije. Moderní věda tuto myšlenku znovu oprášila a hledá pro ni vědecké důkazy.
Ačkoliv antika je již dobou dávno minulou, o mnoho století později se k myšlence Země jako komplexního organismu opět vrátil James Lovelock (nar. 1919), anglický chemik studující atmosféru. Ten na jejím základě vypracoval jednu z bezesporu nejzajímavějších biologických hypotéz.
Z čeho pramení život?
V průběhu práce na technickým řešením přístroje pro hledání života na Marsu (v rámci projektu Jet Propulsion Laboratories – laboratoří pro výzkum tryskového pohonu), dospěl Lovelock k myšlence, že by takové zařízení mohlo teoreticky fungovat na principu analýzy chemického složení plynného obalu planety. Nezáleží přitom které. Uvažoval totiž vcelku správně, že by případný život v námi známé formě vždy využíval oceánů a atmosféry jako jakéhosi pohyblivého média, zdroje potřebných surovin i odpadkového koše pro nepotřebné zbytky látkové přeměny. To by se totiž logicky muselo v prostředí planety i nějak projevit.
Vzájemným porovnáním plynného obalu Marsu a Země vědci následně zjistili, že oba jsou skutečně výrazně odlišné, a to zejména v zastoupení kyslíku, oxidu uhličitého a metanu. V naší atmosféře spolu například kyslík a metan neustále reagují a výsledkem přítomnosti organismů je v tomto případě celková nerovnováha. Tak jako rostliny za světla „vyrábějí“ kyslík, vznikají i další plyny, jejichž množství se tím průběžně doplňuje.
Na Marsu ovšem již většina takových reakcí nejspíš dávno proběhla a výsledkem toho je mimo jiné právě minimální přítomnost metanu. Ten tak už nemůže být efektivně nahrazován. Připomeňme, že podle některých nejnovějších informací se metan na Marsu vyskytuje, diskutabilní je však stále příčina.
Dokáže Země sama řídit svůj chod?
K formulaci hypotézy Gaia se každopádně stala klíčovou až otázka, zda Země svou teplotu, atmosférické podmínky, množství solí v oceánech (salinitu) i další prvky je či není schopna regulovat. Z tohoto pohledu by totiž potom šlo o skutečný autoregulační systém, v němž by ruku v ruce probíhaly procesy v biosféře, hydrosféře, pedosféře (vrchní část zemské kůry tvořená půdou) apod.
Celá hypotéza tedy byla v zásadě vystavěna na zpětných vazbách, zahrnujících třebas i zdánlivě tak nesourodé prvky, jako je skála a živočich. Jedním z procesů na kterých lze tento posun v chápání dobře demonstrovat, je bezesporu koloběh oxidu uhličitého.
Jak se točí CO2
Velké množství oxidu uhličitého se kdysi do naší atmosféry dostalo při bouřlivé sopečné činnosti a jeho negativní vliv (skleníkový efekt) posléze vyvolal nutnost začít ho nějak odstraňovat. Podle Lovelocka zde roli takové přírodní „laboratoře“ sehrály skály, které při svém zvětrávání reagovaly s dešťovou vodou i s CO2, přičemž současně vznikaly uhličitany. Tím se Země jistého množství oxidu uhličitého zbavila.
Planeta k tomu už nic jiného nepotřebuje, a navíc přítomnost půdních bakterií takový proces zvětrávání razantně urychluje. Lovelock tyto bakterie považuje za katalyzátory a tvrdí, že celý koloběh CO2 je srovnatelný s biologickými chemickými reakcemi, tzv. katalytickými cykly (např. rozpadem ozónu).
Co se však vlastně s uhličitany stane dále? Po spláchnutí do oceánu jsou vstřebány řasami, které je pak využívají ke stavbě svých schránek (některé řasy navíc odebírají CO2 i přímo ze vzduchu). Jakmile zemřou, jejich schránky klesají ke dnu a tvoří zde vápencové sedimenty, zanořující se postupem času do zemského pláště. Určité procento oxidu uhličitého se tak opět může vrátit do roztavených hornin a následně je sopky zas vychrlí na povrch, což celou smyčku uzavírá.
Podle hypotézy Gaia existuje právě takových smyček mnoho a v konečném důsledku všechny přispívají k regulaci podmínek na Zemi. Jinými slovy, rostliny i živočichové zde nejsou pouze v roli „pasivních pozorovatelů“, ale sami si aktivně budují optimální prostředí pro svojí existenci.
Je vůbec důvod k vývoji?
Hypotéza Gaia se zpočátku ve vědeckých kruzích nesetkala právě s vřelým přijetím. Nejvíce jí bylo vyčítáno totéž, co pozorného čtenáře nejspíše už také napadlo, totiž zdánlivě účelové řízení přírodních procesů. To vedlo některé vědce k poněkud předčasnému konstatování, že se v zásadě jedná o práci teologickou, která má korespondovat s názorem, podle něhož příroda má účel i plán ke kterému směřuje. Jenomže to neplatí ani v evoluční, ani v jiné biologii.
Pokud si například vybereme nějaký modelový organismus, pak ten nemá vlastně sám o sobě žádný důvod se jakkoliv měnit, nebo někam vyvíjet. A nebýt okolností, jistě by tak ani nečinil.
Rozhodne-li se řekněme muž zkusit zaujmout ženu předváděním kulturistických póz, nepochybně začne pravidelně navštěvovat fitnesscentrum, aby tak vypracoval své svalstvo. Pravděpodobnost, že v posilovně někdy narazí na lva, který bude na běžeckém trenažéru pilně trénovat, aby pak snáze ulovil antilopu, je přitom zcela minimální.
Pro biologickou evoluci je tedy jistě charakteristické vytváření účelných vlastností. Tato účelnost však nesmí být nikdy zaměňována s účelovostí. Lovelockovi tedy nezbývalo než vymyslet způsob, kterým by dokázal že jeho teorie vědecká je.
Sedmikráskový svět
Představme si například miniplanetku, kterou neustále více a více ohřívá Slunce, na jejímž povrchu existují pouhé dva druhy sedmikrásek – s černými a bílými květy. Jejich semena jsou prakticky všude, ale obě rostliny mohou existovat pouze v určitém teplotním rozmezí. Co se asi začne dít?
Teplota stoupá a na „rovníku“ nakonec dosáhne ideálních hodnot pro růst sedmikrásek. Nejprve se objeví sedmikrásky černé (nezapomeňme, že černá barva pohlcuje teplo více než bílá), které lépe přežívají a rozmnožují se. Postupem času však rovník bude příliš horkým místem i pro ně, proto se pomalu začnou vzdalovat na obě strany od něj, tedy do pomyslného subtropického pásma. Tím pádem zároveň uvolňují místo pro rostliny s bílými květy, které teplo naopak odrážejí (čímž se částečně ochlazují) a rovník je tedy pro ně stále relativně ideální.
Ve třetí fázi už však Slunce neumožňuje život žádných sedmikrásek na rovníku, černé se posouvají do okolí pólů a bílé je možno vidět nově v subtropech. Takto lze postupovat dál, až dokud bychom nedospěli do bodu, kdy by naše pomyslná planetka byla natolik horká, že by na ní nemohla růst již ani jedna sedmikráska.
Co na to počítač?
Tato představa byla vědci převedena do počítačové simulace a stala se nakonec řešením problému účelovosti. Hlavní otázkou bylo, zda důsledkem takto naprogramovaná evoluce bude nějakou autoregulace klimatu. Černé sedmikrásky totiž ohřívají nejen sebe, ale i svojí domovinu. Bílé zas naopak působí coby „chladící systém“.
Pokud nyní vyneseme vývoj teploty v sedmikráskovém světě do grafu, zjistíme s překvapením, že se teplota oproti našemu očekávání udržuje během všech uvedených fází na stejné úrovni. Dokud Slunce ještě moc nehřeje, působí efekt černých sedmikrásek, naopak ve chvíli kdy již pálí hodně, vypomáhají květy bílé. Modelová miniplanetka tedy reguluje svou vlastní teplotu a to zcela bez jakéhokoliv plánu či úmyslu. Principem je jak jinak než zpětná vazba mezi vlivem prostředí a růstem sedmikrásek. Pokud by řekněme neexistovala smyčka, zpětně spojující rostliny s jejich prostředím, pak by se celý systém stal chaotickým.
Na internetu lze v současnosti nalézt mnoho variací na tento původní program, které berou v potaz i přítomnost celé řady jiných faktorů (více druhů, králíky spásající sedmikrásky, lišky lovící králíky). Výsledkem však nakonec je vždy vyrovnání případného kolísání teploty a stabilní stav.
Je tedy Země opravdu živá?
Ve světle současné vědy se dají rozlišit dvě hlavní varianty této hypotézy. Silná považuje celou Zemi za skutečný superoganismus, avšak dostává se tak nevyhnutelně do rozporu s poznatky evoluční biologie. Problémem tohoto pojetí je právě vznik již popsaných účelných mechanismů, protože k tomu je u živých tvorů nutná selekce. Ta ovšem vyžaduje i konkurenci! A protože v tomto zapadlém koutku vesmíru žádná další „Gaia“ prozatím nebyla (a ani nebude) pozorována, těžko vysvětlit, jak by bez konkurence mohla taková selekce vlastně probíhat.
Oproti tomu slabá varianta hypotézy, dnes už díky množství provedených experimentů vědci poměrně uznávaná, se spokojuje čistě s dokazováním vzájemného propojení geologických a biologických cyklů. Poukazuje zejména na fakt, že o geochemických procesech často významnou měrou rozhoduje právě i přítomnost organismů. Netrváme-li tedy na představě, že Země opravdu žije, dostáváme do rukou velmi zajímavý nástroj pro studium a pochopení celé řady přírodních cyklů. Ukazuje se, jak složitá a křehká je vlastně rovnováha, kterou můžeme svými nešetrnými zásahy narušit.
Více se dozvíte:
http://www.oceansonline.com/gaiaho.htm
http://www.mountainman.com.au/gaia.html
http://www.kheper.net/topics/Gaia/
http://www.experiencefestival.com/gaia_hypothesis
http://www.pik-potsdam.de/~bloh/
http://www.gingerbooth.com/courseware/pages/demos.html#daisy
http://www.gaiaweb.uk.net/GAIADAIS.htm
Žena v pozadí
Ačkoliv v celém článku se objevuje pouze osoba Jamese Lovelocka, spolupráce na hypotéze Gaia pomohla k větší proslulosti bezesporu i Lynn Margulisové, nyní jedné z nejvýraznějších osobností ženské biologie. Profesorka katedry geologických věd na Massachusettské univerzitě v Amherstu a od roku 1983 členka Národní akademie věd USA se proslavila především výzkumem bakteriálního původu buněčných organel (funkční „orgány“ buňky).
Její přínos pro Gaiu byl v tomto směru vcelku zásadní, neboť sám Lovelock coby chemik zpočátku přesně ani nevěděl, které organismy produkují jaké plyny. Shodou okolností však ona sama v té době právě tyto procesy studovala a to naopak z hlediska mikrobiologického.
Až vzájemné setkání těchto dvou vědců v 70. letech minulého století tedy umožnilo pochopení základních principů oněch smyček zpětné vazby.
Teorie Země (Theory of the Earth)
Autorem je zakladatel moderní geologie, skotský geolog James Hutton (teorie 1788, 2 díly knihy 1795; 3. díl knihy až 1899). Historii Země chápal jako „sled světů“ („succession of worlds“), kterou můžeme číst ze záznamu v horninách, a jako historii rozkladu a obnovy („dissolution and restoration“). V roce 1795 se Hutton vyjádřil, že Zemi považuje za superorganismus a navrhl fyziologickou metodu jejího zkoumání.
Podle velmi moderního Huttonova názoru jsou živočichové závislí na rostlinách, rostliny na půdě, půda na rozpadu hornin a Země sama funguje jako tepelný stroj, jehož účelem je zachovat život. Většina dnešního povrchu kontinentů je tvořena horninami, které bývaly sedimenty dřívějších moří a ty zase dříve bývaly horninami tvořícími povrch dřívějších kontinentů. Síla, která dostala sedimenty moří na povrch, je totožná s expanzivní silou podzemního tepla, která se dnes projevuje např. při výbuchu sopek. Ty fungují jako pojistné záklopky, které zabraňují devastačním účinkům zemětřesení.
