La terra è come un organismo vivente! L'ipotesi dello scienziato James Lovelock

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Il nostro pianeta è unico. Proprio come ognuno di noi è diverso dalle statue di pietra degli dei romani, la Terra è diversa da Marte, Venere e altri pianeti conosciuti. Raccontiamo la storia di una delle ipotesi forse più sorprendenti e controverse del nostro tempo: l'ipotesi Gaia, che ci invita a guardare la Terra come un organismo vivente.

La Terra è la nostra "casa intelligente"

James Ephraim Lovelock ha festeggiato il suo centenario la scorsa estate. Scienziato, inventore, ingegnere, pensatore indipendente, persona nota non tanto per le sue invenzioni quanto per la stupefacente ipotesi che la Terra sia un superorganismo autoregolante che, per gran parte della sua storia, gli ultimi tre miliardi di anni, ha mantenuto condizioni favorevoli per la vita in superficie…

Chiamato per Gaia - la dea dell'antica mitologia greca, personificazione della Terra - l'ipotesi, a differenza delle scienze tradizionali, suggerisce che l'ecosistema globale del pianeta si comporta come un organismo biologico e non come un oggetto inanimato controllato da processi geologici.

In contrasto con le scienze della terra tradizionali, Lovelock propone di considerare il pianeta non come un insieme di sistemi separati - l'atmosfera, la litosfera, l'idrosfera e la biosfera - ma come un unico sistema, dove ciascuna delle sue componenti, sviluppandosi e modificandosi, influenza lo sviluppo di altri componenti. Inoltre, questo sistema è autoregolante e, come gli organismi viventi, ha meccanismi di relazione inversa. A differenza di altri pianeti conosciuti, attraverso l'uso di relazioni inverse tra il mondo vivente e quello inanimato, la Terra mantiene i suoi parametri climatici e ambientali in modo da rimanere una casa favorevole per gli esseri viventi.

Fin dal momento della sua comparsa, questa idea è stata giustamente criticata e non è stata accettata dalla comunità scientifica, il che non le impedisce, tuttavia, di eccitare l'immaginazione e raccogliere molti sostenitori in tutto il mondo. Nonostante il centenario, Lovelock ora, come gran parte della sua lunga vita, rimanendo sotto il fuoco delle critiche, continua a difendere la teoria, la modifica e la complica, continua a lavorare e ad impegnarsi in attività scientifiche.

C'è vita su Marte?

Ma prima di rivolgere la sua attenzione alla vita sulla Terra, James Lovelock era impegnato a cercare la vita su Marte. Nel 1961, appena quattro anni dopo che l'URSS ha lanciato nello spazio il primo satellite artificiale del nostro pianeta, Lovelock è stato invitato a lavorare alla NASA.

Nell'ambito del programma Viking, l'agenzia prevedeva di inviare due sonde su Marte per studiare il pianeta e, in particolare, cercare tracce dell'attività vitale dei microrganismi nel suo suolo. Erano i dispositivi per rilevare la vita, che avrebbero dovuto essere installati a bordo delle sonde, che lo scienziato ha sviluppato, lavorando a Pasadena, presso il Jet Propulsion Laboratory, un centro di ricerca che crea e mantiene veicoli spaziali per la NASA. A proposito, ha letteralmente lavorato fianco a fianco - nello stesso ufficio - con il famoso astrofisico e divulgatore della scienza Karl Sagan.

Il suo lavoro non era puramente ingegneristico. Al suo fianco lavorarono biologi, fisici e chimici. Questo gli ha permesso di tuffarsi a capofitto in esperimenti per trovare modi per rilevare la vita e guardare il problema da tutti i lati.

Di conseguenza, Lovelock si è chiesto: "Se io stesso fossi su Marte, come potrei capire che c'è vita sulla Terra?" E lui ha risposto: "Secondo la sua atmosfera, che sfida ogni aspettativa naturale". L'ossigeno libero costituisce il 20 percento dell'atmosfera del pianeta, mentre le leggi della chimica dicono che l'ossigeno è un gas altamente reattivo e tutto deve essere legato a vari minerali e rocce.

Lovelock concluse che la vita - microbi, piante e animali, che metabolizzano costantemente la materia in energia, convertono la luce solare in sostanze nutritive, rilasciano e assorbono gas - è ciò che rende l'atmosfera terrestre ciò che è. Al contrario, l'atmosfera marziana è praticamente morta e in equilibrio a bassa energia con quasi nessuna reazione chimica.

Nel gennaio 1965, Lovelock fu invitato a un incontro cruciale sulla ricerca della vita su Marte. In preparazione di un evento importante, lo scienziato ha letto un breve libro di Erwin Schrödinger "Cos'è la vita". Quello stesso Schrödinger - un fisico teorico, uno dei fondatori della meccanica quantistica e l'autore del noto esperimento mentale. Con questo lavoro il fisico diede un contributo alla biologia. Gli ultimi due capitoli del libro contengono le riflessioni di Schrödinger sulla natura della vita.

Schrödinger partiva dal presupposto che un organismo vivente nel processo dell'esistenza aumenta continuamente la sua entropia - o, in altre parole, produce entropia positiva. Introduce il concetto di entropia negativa, che gli organismi viventi devono ricevere dal mondo circostante per compensare la crescita di entropia positiva, portando all'equilibrio termodinamico, e quindi alla morte. In un senso semplice, l'entropia è caos, autodistruzione e autodistruzione. L'entropia negativa è ciò che il corpo mangia. Secondo Schrödinger, questa è una delle principali differenze tra la vita e la natura inanimata. Un sistema vivente deve esportare entropia per mantenere bassa la propria entropia.

Questo libro ha ispirato Lovelock a chiedere: "Non sarebbe più facile cercare la vita su Marte, cercando la bassa entropia come proprietà planetaria, piuttosto che scavare nella regolite alla ricerca di organismi marziani?" In questo caso, è sufficiente una semplice analisi atmosferica utilizzando un gascromatografo per trovare una bassa entropia. Pertanto, lo scienziato ha raccomandato alla NASA di risparmiare denaro e annullare la missione Viking.

Alle stelle

James Lovelock è nato il 26 luglio 1919 a Letchworth, una piccola cittadina dell'Hertfordshire, nel sud-est dell'Inghilterra. Questa città, costruita nel 1903 a 60 chilometri da Londra e fa parte della sua cintura verde, è stato il primo insediamento nel Regno Unito, fondato secondo il concetto urbano della "città giardino". All'inizio del secolo scorso, è stata l'idea che ha catturato molti paesi sulle megalopoli del futuro, che unirebbero le migliori proprietà di una città e di un villaggio. James è nato in una famiglia della classe operaia, i suoi genitori non avevano istruzione, ma hanno fatto di tutto perché il figlio la ricevesse.

Nel 1941, Lovelock si laureò all'Università di Manchester, una delle principali università britanniche tra le famose "Red Brick University". Lì studiò con il professor Alexander Todd, eminente chimico organico inglese, vincitore del premio Nobel per lo studio dei nucleotidi e degli acidi nucleici.

Nel 1948, Lovelock ricevette il suo MD dal London Institute of Hygiene and Tropical Medicine. Durante questo periodo della sua vita, il giovane scienziato è impegnato nella ricerca medica e inventa i dispositivi necessari per questi esperimenti.

Lovelock si distingueva per un atteggiamento molto umano nei confronti degli animali da laboratorio, al punto che era pronto a condurre esperimenti su se stesso. In uno dei suoi studi, Lovelock e altri scienziati hanno cercato la causa dei danni alle cellule e ai tessuti viventi durante il congelamento. Gli animali da esperimento - i criceti su cui è stato condotto l'esperimento - dovevano essere congelati, quindi riscaldati e riportati in vita.

Ma se il processo di congelamento era relativamente indolore per gli animali, lo scongelamento suggeriva che i roditori avessero bisogno di mettere cucchiai caldi sul petto per riscaldare i loro cuori e costringere il sangue a circolare attraverso il corpo. È stata una procedura estremamente dolorosa. Ma a differenza di Lovelock, i suoi colleghi biologi non erano dispiaciuti per i roditori da laboratorio.

Quindi lo scienziato ha inventato un dispositivo che aveva quasi tutto ciò che ci si può aspettare da un normale forno a microonde - in effetti, era proprio questo. Potresti mettere un criceto congelato lì, impostare un timer e dopo un tempo prestabilito si è svegliato. Un giorno, per curiosità, Lovelock riscaldò il pranzo allo stesso modo. Tuttavia, non pensava di ottenere un brevetto per la sua invenzione in tempo.

Nel 1957 Lovelock inventa il rivelatore a cattura di elettroni, un dispositivo straordinariamente sensibile che ha rivoluzionato la misura delle bassissime concentrazioni di gas nell'atmosfera e, in particolare, nella rilevazione di composti chimici che rappresentano una minaccia per l'ambiente.

Alla fine degli anni '50, il dispositivo fu utilizzato per dimostrare che l'atmosfera del pianeta era piena di residui del pesticida DDT (diclorodifeniltricloroetano). Questo pesticida estremamente efficace e facile da ottenere è stato ampiamente utilizzato dalla seconda guerra mondiale. Per la scoperta delle sue proprietà uniche, il chimico svizzero Paul Müller è stato insignito del Premio Nobel per la Medicina nel 1948. Questo premio è stato assegnato non solo per i raccolti salvati, ma anche per i milioni di vite salvate: il DDT è stato utilizzato durante la guerra per combattere la malaria e il tifo tra civili e militari.

Fu solo alla fine degli anni '50 che la presenza di un pericoloso pesticida fu scoperta quasi ovunque sulla Terra, dal fegato di pinguino in Antartide al latte materno delle madri che allattano negli Stati Uniti.

Il rilevatore ha fornito dati accurati per il libro "Silent Spring" del 1962, scritto dall'ecologa americana Rachel Carson, che ha lanciato la campagna internazionale per vietare l'uso del DDT. Il libro sosteneva che il DDT e altri pesticidi provocavano il cancro e che il loro uso in agricoltura rappresentava una minaccia per la fauna selvatica, in particolare gli uccelli. La pubblicazione è stata un evento fondamentale nel movimento ambientalista e ha causato un'ampia protesta pubblica, che alla fine ha portato al divieto dell'uso agricolo del DDT negli Stati Uniti e poi in tutto il mondo nel 1972.

Poco dopo, dopo aver iniziato a lavorare alla NASA, Lovelock si recò in Antartide e con l'aiuto del suo rivelatore scoprì l'onnipresente presenza di clorofluorocarburi, gas artificiali che ora sono noti per impoverire lo strato di ozono stratosferico. Entrambe queste scoperte furono estremamente importanti per il movimento ambientalista del pianeta.

Così, quando la US Aeronautics and Space Administration ha pianificato le sue missioni lunari e planetarie all'inizio degli anni '60 e ha iniziato a cercare qualcuno in grado di creare apparecchiature sensibili da inviare nello spazio, si è rivolta a Lovelock. Essendo stato affascinato dalla fantascienza fin dall'infanzia, ha accettato l'offerta con entusiasmo e, ovviamente, non ha potuto rifiutare.

Pianeti vivi e morti

Lavorare al Jet Propulsion Laboratory ha fornito a Lovelock un'eccellente opportunità di ricevere le prime prove della natura di Marte e Venere trasmesse dalle sonde spaziali. E questi erano, senza dubbio, pianeti completamente morti, sorprendentemente diversi dal nostro mondo fiorente e vivente.

La terra ha un'atmosfera termodinamicamente instabile. Gas come ossigeno, metano e anidride carbonica sono prodotti in grandi quantità ma coesistono in equilibrio dinamico stabile.

L'atmosfera strana e instabile che respiriamo richiede qualcosa sulla superficie terrestre in grado di sintetizzare continuamente grandi quantità di questi gas, oltre a rimuoverli dall'atmosfera allo stesso tempo. Allo stesso tempo, il clima del pianeta è piuttosto sensibile all'abbondanza di gas poliatomici come il metano e l'anidride carbonica.

Lovelock sviluppa gradualmente un'idea del ruolo regolatore di tali cicli di sostanze in natura - per analogia con i processi metabolici nel corpo di un animale. E la vita terrena è coinvolta in questi processi, che, secondo la teoria di Lovelock, non solo vi partecipa, ma ha anche imparato a mantenere per sé le condizioni necessarie di esistenza, entrando in una qualche forma di cooperazione reciprocamente vantaggiosa con il pianeta.

E se all'inizio tutto questo era pura speculazione, nel 1971 Lovelock ebbe l'opportunità di discutere di questo argomento con l'eccezionale biologa Lynn Margulis, il creatore della versione moderna della teoria della simbiogenesi e la prima moglie di Carl Sagan.

Margulis co-autore dell'ipotesi Gaia. Ha suggerito che i microrganismi dovrebbero svolgere un ruolo di collegamento nel campo dell'interazione tra la vita e il pianeta. Come ha osservato Lovelock in una delle sue interviste, "Sarebbe giusto dire che ha messo carne nelle ossa del mio concetto fisiologico di un pianeta vivente".

A causa della novità del concetto e della sua incoerenza con le scienze tradizionali, Lovelock aveva bisogno di un nome breve e memorabile. Fu allora, nel 1969, un amico e vicino di casa dello scienziato, fisico e scrittore, premio Nobel, nonché autore del romanzo Il signore delle mosche, William Golding, propose di chiamare questa idea Gaia - in onore del antica dea greca della Terra.

Come funziona

Secondo il concetto di Lovelock, l'evoluzione della vita, cioè la totalità di tutti gli organismi biologici del pianeta, è così strettamente correlata all'evoluzione del loro ambiente fisico su scala globale che insieme formano un unico sistema auto-sviluppante con sé -proprietà regolatorie simili alle proprietà fisiologiche di un organismo vivente.

La vita non si limita ad adattarsi al pianeta: lo cambia per i propri scopi. L'evoluzione è una danza di coppia in cui tutto ciò che è vivente e inanimato ruota. Da questa danza emerge l'essenza di Gaia.

Lovelock introduce il concetto di geofisiologia, che implica un approccio sistemico alle scienze della terra. La geofisiologia è presentata come una scienza della terra sintetica che studia le proprietà e lo sviluppo di un sistema integrale, i cui componenti strettamente correlati sono il biota, l'atmosfera, gli oceani e la crosta terrestre.

I suoi compiti includono la ricerca e lo studio dei meccanismi di autoregolazione a livello planetario. La geofisiologia mira a stabilire collegamenti tra processi ciclici a livello cellulare-molecolare con processi simili ad altri livelli correlati, come l'organismo, gli ecosistemi e il pianeta nel suo insieme.

Nel 1971 è stato suggerito che gli organismi viventi sono in grado di produrre sostanze che hanno un significato normativo per il clima. Ciò è stato confermato quando, nel 1973, è stata scoperta l'emissione di dimetil solfuro da organismi planctonici morenti.

Le goccioline di dimetil solfuro, entrando nell'atmosfera, fungono da nuclei di condensazione del vapore acqueo, provocando la formazione di nubi. La densità e l'area della copertura nuvolosa influenzano in modo significativo l'albedo del nostro pianeta: la sua capacità di riflettere la radiazione solare.

Allo stesso tempo, cadendo a terra insieme alla pioggia, questi composti di zolfo promuovono la crescita delle piante, che a loro volta accelerano la lisciviazione delle rocce. I biogeni formati a seguito della lisciviazione vengono lavati nei fiumi e alla fine finiscono negli oceani, favorendo la crescita delle alghe planctoniche.

Il ciclo di viaggio del dimetil solfuro è chiuso. A sostegno di ciò, nel 1990 è stato scoperto che la nuvolosità sugli oceani è correlata alla distribuzione del plancton.

Secondo Lovelock, oggi, quando l'atmosfera si surriscalda a causa dell'attività umana, il meccanismo biogeno di regolazione della copertura nuvolosa diventa estremamente importante.

Un altro elemento regolatore di Gaia è l'anidride carbonica, che la geofisiologia considera un gas metabolico chiave. Il clima, la crescita delle piante e la produzione di ossigeno atmosferico libero dipendono dalla sua concentrazione. Più carbonio viene immagazzinato, più ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera.

Controllando la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, il biota regola così la temperatura media del pianeta. Nel 1981 è stato suggerito che tale autoregolazione avvenga attraverso il potenziamento biogeno del processo di alterazione delle rocce.

Lovelock confronta la difficoltà nel comprendere i processi che avvengono sul pianeta con la difficoltà nel comprendere l'economia. L'economista del XVIII secolo Adam Smith è meglio conosciuto per aver introdotto il concetto di "mano invisibile" nella borsa di studio, che fa sì che l'interesse commerciale sfrenato in qualche modo funzioni per il bene comune.

Lo stesso vale per il pianeta, dice Lovelock: quando è "maturato", ha cominciato a mantenere condizioni adatte all'esistenza della vita, e la "mano invisibile" è stata in grado di indirizzare i disparati interessi degli organismi verso la causa comune del mantenimento queste condizioni.

Darwin contro Lovelock

Pubblicato nel 1979, Gaia: A New Look at Life on Earth è diventato un bestseller. È stato ben accolto dagli ambientalisti, ma non dagli scienziati, la maggior parte dei quali ha respinto le idee in esso contenute.

Rinomato critico del creazionismo e del design intelligente, Richard Dawkins, professore dell'Università di Oxford e autore di The Selfish Gene, ha condannato la teoria di Gaia come un'eresia "profondamente imperfetta" contro il principio fondamentale della selezione naturale darwiniana: "il più adatto sopravvive". Eppure, perché la teoria di Gaia afferma che animali, piante e microrganismi non solo competono, ma cooperano anche per mantenere l'ambiente.

Quando la teoria di Gaia fu discussa per la prima volta, i biologi darwiniani furono tra i suoi più accaniti oppositori. Hanno sostenuto che la cooperazione necessaria per l'autoregolazione della Terra non può mai essere combinata con la competizione necessaria per la selezione naturale.

Oltre all'essenza stessa, il nome, tratto dalla mitologia, ha anche causato insoddisfazione. Tutto questo sembrava una nuova religione, dove la Terra stessa diventava oggetto di deificazione. Il talentuoso polemista Richard Dawkins sfidò la teoria di Lovelock con la stessa energia che in seguito utilizzò in relazione al concetto dell'esistenza di Dio.

Lovelock ha continuato a confutare le loro critiche con prove di autoregolamentazione raccolte dalla sua ricerca e modelli matematici che hanno illustrato come funziona l'autoregolamentazione del clima planetario. La teoria di Gaia è una visione fisiologica dall'alto verso il basso del sistema Terra. Vede la Terra come un pianeta dinamicamente reattivo e spiega perché è così diverso da Marte o Venere.

La critica si basava principalmente sull'idea sbagliata che la nuova ipotesi fosse antidarwiniana.

"La selezione naturale favorisce i potenziatori", ha detto Lovelock. La sua teoria descrive solo in dettaglio la teoria di Darwin, implicando che la natura favorisce gli organismi che lasciano l'ambiente in condizioni migliori per la sopravvivenza della prole.

Quelle specie di esseri viventi che influiscono negativamente sull'ambiente, lo rendono meno adatto ai posteri e alla fine verranno espulsi dal pianeta, così come le specie più deboli ed evolutivamente non adattate, ha affermato Lovelock.

Copernico aspetta il suo Newton

Riassumendo, va detto che il concetto scientifico della Terra come sistema vivente integrale, un superorganismo vivente è stato sviluppato da scienziati e pensatori naturalisti fin dal XVIII secolo. Questo argomento è stato discusso dal padre della geologia e geocronologia moderna James Hutton, scienziato naturale che ha dato al mondo il termine "biologia" Jean-Baptiste Lamarck, naturalista e viaggiatore, uno dei fondatori della geografia come scienza indipendente, Alexander von Humboldt.

Nel XX secolo, l'idea è stata sviluppata in un concetto scientificamente fondato della biosfera dell'eccezionale scienziato e pensatore russo e sovietico Vladimir Ivanovich Vernadsky. Nella sua parte scientifica e teorica, il concetto di Gaia è simile alla "Biosfera". Tuttavia, negli anni '70 del secolo scorso, Lovelock non aveva ancora familiarità con le opere di Vernadsky. A quel tempo, non c'erano traduzioni di successo del suo lavoro in inglese: come ha affermato Lovelock, gli scienziati di lingua inglese sono tradizionalmente "sordi" per lavorare in altre lingue.

Lovelock, come la sua collega di lunga data Lynn Margulis, non insiste più sul fatto che Gaia sia un superorganismo. Oggi riconosce che, per molti versi, il suo termine "organismo" è solo un'utile metafora.

Tuttavia, il concetto di "lotta per la sopravvivenza" di Charles Darwin può essere considerato una metafora per lo stesso motivo. Allo stesso tempo, ciò non ha impedito alla teoria darwiniana di conquistare il mondo. Metafore come queste possono stimolare il pensiero scientifico, spingendoci sempre più avanti lungo il cammino della conoscenza.

Oggi, l'Ipotesi di Gaia è diventata un impulso per lo sviluppo di una versione moderna della scienza organismica sistemica della Terra: la geofisiologia. Forse, nel tempo, diventerà la scienza della biosfera sintetica che Vernadsky un tempo sognava di creare. Ora sta per diventare e trasformarsi in un campo di conoscenza tradizionale e generalmente riconosciuto.

Non è un caso che l'eminente biologo evoluzionista britannico William Hamilton - il mentore di uno dei critici più disperati della teoria, Richard Dawkins, e l'autore della frase "il gene egoista" usata da quest'ultimo nel titolo del suo libro - chiamò James Lovelock “Copernico in attesa del suo Newton”.