J. E. Lovelock:
GAIA

Szkennelte,
javította és tördelte: a Webtigris..
2. FEJEZET
A kezdetek
A tudományos
szóhasználatban az
eon egymilliárd évet
jelent.
A kőzetek
adataiból és radioaktivitásuk
méréséből megállapítható,
hogy a Föld 4 és fél
milliárd évvel, azaz
4 és fél eonnal ezelőtt
kezdte meg égitestként
önálló létét.
Az élet
mindeddig legrégebbi nyomai
olyan üledékes kőzetekben
találhatók meg, melyek
több, mint három és
fél eonnal ezelőtt keletkeztek.
Azonban - ahogyan H.G.Wells megállapította
- a kőzetmaradványok csupán
annyira tükrözik a múltbéli
élet teljességét,
amennyire egy bank könyvelése
a környéken lakók
életét.
Ősi élőlények
milliós sokasága és
azok számos összetettebb,
de még mindig puhatestű leszármazottja
élhetett, virágozhatott
és tűnhetett el anélkül,
hogy bármit is hátrahagytak
volna a jövő számára,
vagy - továbbfűzve a hasonlatot
- bármilyen emléknyomot
- csontvázról ne is
szóljunk - megőriztek volna
a geológiaszertár
számára.
Így
hát nem meglepő, hogy keveset
tudunk arról, hogyan alakult
ki az élet bolygónkon
és még kevesebbet
az evolúció korai
irányáról.
De ha
figyelembe vesszük, amit a
Föld és a bölcsőjéül
szolgáló Világegyetem
születéséről
tudunk, lehet egy-két viszonylag
ésszerű elképzelésünk
arról a környezetről,
melyben az élet - és
potenciálisan Gaia - létrejött
és megtette a kezdeti lépéseket
kölcsönös túlélésük
érdekében.
Galaxisunk
eseményeit megfigyelve tudjuk,
hogy a Világegyetem összetétele
hasonlít a lakosságéhoz,
melyben a gyermektől a százévesig
mindenféle korú egyed
megtalálható.
Régi
csillagok kihunynak, mint öreg
harcosok, mások a dicsőség
mutatós fellobbanásával
látványosan múlnak
ki, közben frissen izzó
bolygók és rajzó
holdak formálódnak.
Ha spektroszkóppal
megvizsgáljuk a csillagközi
port és gázködöt,
melyből új napok és
bolygók jönnek létre,
azt találjuk, hogy valamennyien
bőségben tartalmazzák
az élet építőelemeit
alkotó egyszerű és
összetettebb molekulákat.
Úgy
tűnik, hogy a Világegyetem
valósággal telítve
van az élet alapvető vegyületeivel.
Majd minden
héten érkezik hír
a csillagászat frontjáról,
hogy valamilyen újabb összetett
szerves anyagot fedeztek fel a távoli
űrben. Kis túlzással
azt mondhatjuk, hogy Galaxisunk
az élethez szükséges
alkotórészek óriási
raktára volna.
Ha el
tudunk képzelni egy olyan
bolygót, ami nem áll
semmi másból, mint
órák alkotórészeiből,
jogosan feltételezhetjük,
hogy az idők folyamán - nagyjából
egymilliárd év alatt
- a gravitációs erők
és a szél állandó
mozgása képes lenne
legalább egy működő
órát összeállítani.
A földi
élet valószínűleg
hasonló módon keletkezett.
Az egyes
molekuláris alkotórészek
közötti véletlen
találkozások óriási
száma és változatossága
végül minden bizonynyal
a részek olyan szerencsés
összekapcsolódását
eredményezte, hogy a kapott
együttes képes volt
életszerű feladatot ellátni,
például napfényt
begyűjteni és energiáját
más olyan műveletek végzésére
felhasználni, melyeket egyébként
a fizika törvényei megtiltanának
és lehetetlenné tennének.
(Prométheuszról és
a tűz ellopásáról
szóló görög
mondák és az Ádámról,
Éváról és
a tiltott gyümölcsről
példálódzó
bibliai elbeszélés
jóval mélyebben gyökeredzhet
ősi történelmünkben,
mint képzeljük.)
Később,
ahogyan egyre több ilyen kezdetleges
összekapcsolódott forma
jelent meg, néhányuk
sikeresen ismét egymásra
talált.
Kapcsolatukból
új tulajdonságokkal
és lehetőségekkel
rendelkező egységek kerültek
ki. Ezek ismét egyesültek,
miközben a gyümölcsöző
összekapcsolódások
eredménye az alkotórészek
mindinkább teljesítőképesebb
szövevénye lett, míg
végül a létrejövő
bonyolult egység már
magának az életnek
a tulajdonságaival rendelkezett.
Megjelent
az első olyan mikroorganizmus, ami
képes volt napfényt
és környezetének
molekuláit felhasználva
saját másodpéldányát
megteremteni.
Elhanyagolható
volt annak az esélye, hogy
ezek az egymást követő
találkozások elvezetnek
az első élőlényhez.
Másrészt viszont a
Föld ősi anyagát alkotó
molekulák véletlen
találkozásainak száma
minden bizonnyal igen nagy volt.
Az élet
létrejöttének
valószínűsége
ezek szerint majdnem nulla volt,
viszont korlátlan számú
lehetőség nyílt az
ismétlésre.
És
egyszercsak megtörtént...
Mindenesetre
valószínűbb, hogy
így történt,
nem pedig titokzatos megtermékenyítés,
kivülről érkező spórák
vagy valamilyen más külső
beavatkozás útján.
Minket
elsősorban nem az élet eredete,
hanem a létrejövő bioszféra
és az ősi földi környezet
kapcsolata érdekel.
Milyenek
voltak a földi állapotok
közvetlenül az élet
kezdetét megelőzően, mintegy
három és fél
eonnal ezelőtt? Miért volt
képes bolygónk az
életet kihordani és
táplálni, miközben
legközelebbi testvérei,
a Mars és a Vénusz,
nyilvánvalóan kudarcot
vallottak? Milyen veszélyekkel
és majdnem-katasztrófákkal
került szembe a cseperedő bioszféra
és hogyan segítette
elő Gaia jelenléte a fennmaradást?
Ahhoz,
hogy megtalálhassuk a lehetséges
válaszokat ezekre az érdekes
kérdésekre, először
vissza kell térnünk
magának a Földnek mintegy
négy és fél
eonnal ezelőtti keletkezési
körülményeihez.
Majdnem
biztos, hogy Naprendszerünk
létrejöttének
tér- és időbeli szomszédságában
szupernova keletkezett.
A szupernova
egy nagyméretű csillag felrobbanása.
A csillagászok feltételezése
szerint egy csillag a következőképpen
juthat erre a sorsra:
égése,
vagyis hidrogén- majd héliumatomjainak
fúziója során
az égés hulladéka
nehéz- elemek például
vas és szilícium formájában
középen összegyűlik.
Amikor
a kiégett elemekből álló,
hőt és gázokat többé
már nem termelő magnak a
tömege jóval meghaladja
Napunkét, a csillagot saját
súlyának ellenállhatatlan
ereje másodpercek alatt néhány
ezer köbkilométernyi
térfogatú, de csillagnyi
súlyú testté
roppantja össze.
Ennek
a különös égitestnek,
a neutroncsillagnak létrejötte
kozmikus katasztrófát
jelent.
Noha az
ilyen és hasonló Gfolyamatok
részletei még mindig
nem világosak, annyi nyilvánvaló,
hogy a nagy csillag haláltusájakor
egy hatalmas nukleáris robbanás
minden kelléke rendelkezésre
áll.
A szupernovarobbanás
során keletkező írtózatos
mennyiségű hő-, fény-
és kemény radioaktív
sugárzás csúcsértéke
eléri a csillagrendszer valamennyi
más csillagának együttes
kisugárzását.
Egy robbanás
hatásfoka ritkán százszázalékos.
Mikor
a csillag szupernovaként
végzi, a nukleáris
robbanóanyag - ami urán
és plutónium mellett
nagymennyiségű vasat és
egyéb kiégett elemet
tartalmaz - eloszlik az űrben és
éppen úgy szétszóródik,
akár egy hidrogénbomba-kísérlet
porfelhője.
Bolygónkat
illetően az a legeslegfurcsább,
hogy nagyrészt valamilyen
csillagméretű hidrogénbomba
hulladékának göröngyeiből
áll.
Még
ma, eonok elteltével is épp
elég instabil robbanóanyag
maradt a Föld kérgében
ahhoz, hogy kicsinyített
formában megismételhessük
az eredeti eseményt.
A kettős-
vagy ikercsillagok meglehetősen
gyakori képződmények
csillagrendszerünkben.
Meglehet,
hogy valamikor Napunknak, ennek
a csendes és jól viselkedő
égitestnek is volt egy nagyméretű
társa, amely azonban hamar
felélte hidrogénkészletét
és szupernovaként
végezte.
Az is
lehetséges, hogy valamilyen
közeli szupernova- robbanás
törmeléke összekeveredett
a Nap és a bolygók
alapanyagát képező
csillagközi porral és
gázokkal.
Bárhogyan
is van, Naprendszerünk kialakulása
szorosan kapcsolódik egy
szupernovarobbanáshoz.
Nincs más elfogadható
magyarázat a Földön
található nagymennyiségű
bomló atom jelenlétére.
A legegyszerűbb,
idejétmúlt Geiger
számláló is
azt mutatja, hogy egy óriási
nukleáris robbanás
hulladékán állunk.
Testünkben
nem kevesebb, mint hárommillió,
az akkori események során
instabillá vált atom
bomlik el percenként, miközben
felszabadítja az egykori
hatalmas tűzből elraktározott
energiának apró töredékét.
A Föld
jelenlegi uránkészlete
mindössze 0,72%-ban tartalmaz
veszélyes Urán 235
izotópot. Ebből az adatból
könnyen kiszámítható,
hogy nagyjából négy
eonnal ezelőtt a Föld kérgében
lévő uránkészlet
15%-a volt urán 235.
Hiszik
vagy sem, nukleáris erőművek
léteztek jóval az
ember előtt is.
Nemrég
fedeztek fel egy fosszilis nukleáris
reaktort az afrikai Gabonban.
Már
két eon óta üzemel.
Akkoriban
az Urán 235 aránya
már csak néhány
százalék volt.
Így
azután meglehetősen biztosak
lehetünk abban, hogy négy
eonnal ezelőtt az urán geokémiai
koncentrációja természetes
nukleáris robbanások
látványos bemutatójához
vezetett.
A technika
jelenleg divatos pocskondiázása
mellett könnyen megfeledkezünk
arról, hogy a maghasadás
természetes folyamat.
Ha egy
annyira bonyolult dolog, mint az
élet, létrejöhet
véletlenül, akkor nem
kell csodálkoznunk azon,
hogy egy viszonylag egyszerű szerkezet
- a hasadóreaktor - ugyanígy
tesz.
Ezek szerint
az élet létrejöttekor
jóval hevesebb radioaktív
sugárzásnak volt kitéve
annál, mint ami egyes mai
környezetvédőknek gondot
okoz.
Ráadásul
a levegőben nem volt sem szabad
oxigén sem ózon, így
a Föld felszíne minden
bizonnyal a Nap erőteljes, szűretlen
ultraibolya sugárzásának
volt kitéve.
A nukleáris
és ultraibolya sugárzás
veszélyei manapság
jobban szem előtt vannak, és
néhányan attól
félnek, hogy ezek a sugárzások
minden földi életet
elpusztíthatnak.
Mégis,
energiájuk heves árama
magának az életnek
a bölcsőjét árasztotta
el.
A dologban
nincs ellentmondás.
A jelenlegi
veszélyek valóságosak,
de hajlamosak vagyunk azokat eltúlozni.
A sugárzás
része a természetes
környezetnek és mindig
is az volt.
Az élet
első megjelenése idején
a nukleáris sugárzás
romboló, kötéseket
szétválasztó
hatása még jól
is jöhetett, mivel a hibás
kapcsolatok lebontásával
és az eredeti alapvető kémiai
alkotórészek visszanyerésével
meggyorsíthatta a kísérletezés
fontos folyamatát. Ami pedig
a leglényegesebb, ösztönözhette
új, véletlen Gkombinációk
létrejöttét,
amíg az optimális
forma ki nem alakult.
Urey tanítása
szerint a Föld ősi légköre
a Nap megnyugvását
követő korai időszakban valószínűleg
megszökött.
Bolygónk
egy darabig olyan lehetett, mint
a Hold mostanság. Később
a Föld saját súlyának
nyomása és erősen
radioaktív tartalmának
felszabaduló energiája
addig melegítette a belső
részt, amíg gázok
és vízgőz léptek
ki, létrehozva ezzel a légkört
és az óceánokat.
Nem tudjuk, hogy meddig tartott
ennek a másodlagos atmoszférának
a kialakulása, eredeti összetételéről
sincs bizonyítékunk.
Feltételezzük azonban,
hogy az élet megjelenése
idején a belső részekből
származó gázok
hidrogénben gazdagabbak voltak
azoknál, melyek jelenleg
távoznak a tűzhányókból.
Az élő
anyag alkotórészeit
képező szerves vegyületek
keletkezése és fennmaradása
egyaránt feltételezi
nagymennyiségű hidrogén
jelenlétét a környezetben.
Amikor
számba vesszük az élethez
szükséges vegyületek
alkotóelemeit, először
rendszerint szénre, nitrogénre,
oxigénre és foszforra
gondolunk, majd pedig a nyomelemekre,
többek között vasra,
cinkre és kalciumra.
A hidrogént, ezt a mindenütt
jelenlévő anyagot, amiből
a Világegyetem nagyrésze
felépül és ami
jelen van minden élő szervezetben,
magától értetődőnek
vesszük.
Fontossága és változatos
előfordulása azonban felülmúl
mindent.
Lényeges alkotórészét
képezi az élet más
kulcselemeiből álló
vegyületeknek.
A Nap
üzemanyagaként elsőrendű
forrása annak a bőségesen
áramló ingyenes energiának,
ami lehetővé teszi az életfolyamatok
elindítását
és fenntartását.
A víz,
ez a másik létszükségleti
anyag - ami olyannyira hétköznapi,
hogy hajlamosak vagyunk megfeledkezni
róla - atomi arányokban
kétharmadában szintén
hidrogénből áll.
Egy bolygón
a szabad hidrogén mennyisége
állítja be a redukciós-oxidációs,
azaz a redoxipotenciált.
Ez a környezet redukáló
illetve oxidálóképességét
méri. (Oxidáló
környezetben az elemek oxigént
vesznek fel, a vas például
rozsdásodik. Redukáló,
hidrogénben gazdag atmoszférában
az oxigénvegyületek
le akarják adni oxigéntartalmukat,
a rozsda ismét vassá
alakul.)
A pozitív töltésű
hidrogénatomok mennyisége
szabja meg a sav-bázis viszonyt
is, amit a vegyészek péhának
hívnak.
A redoxipotenciál és
a péhá érték
az a két döntő környezeti
tényező, amelyek meghatározzák
valamelyik bolygó alkalmasságát
vagy alkalmatlanságát
az élet hordozására.
A Marson
leszálló amerikai
Viking űrszonda és a Vénuszra
leereszkedő orosz Venyera egyaránt
azt jelentette, hogy nem észlel
életet.
A Vénusz
mostanra már majdnem az összes
hidrogénjét elveszítette,
következésképpen
reménytelenül kihalt.
A Marson
még mindig van víz,
vagyis vegyileg kötött
hidrogén, de felszíne
annyira oxidált, hogy meg
van fosztva azoktól a szerves
molekuláktól, melyekből
az élet felépülhet.
Mindkét bolygó mostanra
nemcsak, hogy halottá vált,
de soha nem is hordozhat már
életet.
Noha nagyon
kevés közvetlen adatunk
van a Föld kémiájáról
az élet kialakulásának
idejéből, annyit mindenképpen
tudunk, hogy a jelenlegivel ellentétben
nem volt oxidáló jellegű.
A szükséges vegyületek
kialakulhattak és elegendő
ideig fennmaradhattak ahhoz, hogy
az élet létrejöhessen.
Valószínűnek
tűnik, hogy eonokkal ezelőtt a Földön,
a Vénuszon és a Marson
hasonló viszonyok uralkodtak.
A felszín gazdag volt szén-dioxidban
és vízben, ezenkívül
nyomokban redukáló
gázokat is tartalmazott:
hidrogént, metánt
és ammóniát.
Ahogy
azonban a vas rozsdásodik
vagy a gumi öregszik, úgy
válik idővel még egy
bolygó is hervadttá
és kopárrá,
ha az élethez nélkülözhetetlen
hidrogén a Világűrbe
szökik.
A fentiek
alapján a Földnek az
élet keletkezésekor
valószínűleg enyhén
redukáló légköre
és erősen redukáló
óceánja volt.
Az óceán
a színvashoz vagy a szulfidion
formájában jelenlévő
kénhez hasonló redukáló
anyagok óriási tárháza
volt, több mint egy eonon át
távoltartva az oxigént
az atmoszférától.
Az ősi légkör életfontosságú
gáza a szén-dioxid
volt. A tudósok most úgy
gondolják, hogy mint a légkör
domináns gáza, egy,
a bolygónkat melegen tartó
takarót képezett abban
az időben, amikor a Nap a jelenleginél
gyengébben sugárzott.
A Föld
éghajlatának története
egyike a legmeggyőzőbb érveknek
Gaia létezése mellett.
Az üledékes kőzetmaradványokból
tudjuk, hogy az elmúlt három
és fél eon során
az éghajlat még egy
rövid ideig sem volt teljesen
alkalmatlan az élet számára.
Az élet vonalának
töretlenségéből
kiindulva azt is tudjuk, hogy az
óceán se be nem fagyott,
se fel nem forrt.
Valóban, az idők során
a kőzetekben megkötött
oxigénatomok különféle
elrendeződésére vonatkozó
adatok azt támasztják
alá, hogy az éghajlat
nagyjából mindig a
jelenlegihez hasonló volt.
Kivételek ezalól az
eljegesedések, valamint az
élet kialakulásának
időszaka, amikor viszont kissé
melegebb volt.
A hideg, jegesedési szakaszok,
a jégkorszakok - ahogy gyakran
eltúlozva emlegetik őket
- csak a 45 fokos északi
és déli szélességeken
túli területeket érintették.
Gyakran nem veszünk tudomást
arról a tényről, hogy
a Föld felszínének
70%-a ezen szélességek
alatt terül el. s az úgynevezett
jégkorszakok csak a fennmaradt
30%-ot benépesítő
növény- és állatvilág
életét befolyásolták,
de ez a terület - mint ahogyan
jelenleg is - az eljegesedések
közötti időszakban is
részben be volt fagyva.
Első pillantásra
úgy tűnhet, nincs semmi különösen
szokatlan abban, hogy az éghajlat
az utóbbi három és
fél eon során állandó
volt.
A Föld
már kétségkívül
régóta beállt
a nagy és állandó
hősugárzó, a Nap körüli
pályájára,
úgyhogy miért is számítanánk
másra?
A dolog
azonban mégis szokatlan a
következők miatt:
Napunk, mint tipikus csillag, ismert
és elfogadott minta szerint
alakult ki.
Ennek alapján a földi
élet fennállásának
három és fél
eonja alatt a Nap energiakibocsátása
minden valószínűség
szerint legalább 30%-kal
nőtt. A Napból származó
hő harmincszázalékos
csökkenése jóval
fagypont alatti középhőmérsékletet
eredményezne a Földön.
Ha a Föld éghajlatát
kizárólag a Nap kisugárzása
határozná meg, bolygónk
az élet létezésének
első másfél eonja
során fagyott állapotban
lett volna.
A kőzetmaradványokból
és magának az életnek
fennmaradásából
tudjuk, hogy nem uralkodtak ilyen
szélsőséges körülmények.
Ha a Föld
csupán szilárd, lakatlan
objektum lenne, akkor felszíni
hőmérséklete a napsugárzás
változásait követné.
Semmilyen szigetelőruha nem véd
meg egy kőszobrot a végtelenségig
a tél hidegétől vagy
a nyári hőségtől három
és fél eonon keresztül.
A felszín hőmérséklete
valami módon mégis
állandó és
az élet számára
megfelelő volt, mint ahogyan testhőmérsékletünk
is azonos értéken
marad télen-nyáron,
sarkvidéken vagy a trópusokon.
Azt gondolhatnánk,
hogy a kezdeti időszak heves radioaktív
sugárzása elég
volt a bolygó melegen tartásához.
A radioaktív
bomlás megjósolható
természetén alapuló
számítások
azonban azt jelzik, hogy noha ezek
az energiák a belső részt
izzásban tartják,
a felszín hőmérsékletére
kevés hatással vannak.
A bolygókutatók
rendelkeznek néhány
magyarázattal az éghajlat
állandóságát
illetően.
Carl Sagan
és munkatársa, Dr.
Mullen például nemrég
azt feltételezte, hogy az
ősidőkben, amikor a Nap még
halványabb volt, a légköri
ammónia jelenléte
segített megőrizni a Föld
által felfogott hőt.
Egyes gázok, mint a szén-dioxid
vagy az ammónia, elnyelik
a Föld felszínéről
kiinduló infravörös
sugárzást és
késleltetik annak kilépését
a Világűrbe.
Ma az
az általános vélemény,
hogy ammónia nem lehetett
jelen elegendő koncentrációban.
Sokkal valószínűbb,
hogy szén-dioxid szolgált
a Földet melegen tartó
üvegházi takaróként.
Ez a meleg ruha gáznemű megfelelője.
A ruházattal szemben megvan
az a további előnye, hogy
átereszti a Nap beérkező
látható és
infravörös-közeli
sugárzását,
melyek a Föld által
felvett hő majdnem teljes egészét
szállítják.
Más
tudósok, főleg Meadows professzor
és Ann Henderson-Sellers
a Leicester-i Egyetemről azt feltételezték,
hogy az ősidőkben a Föld felszíne
sötétebb volt és
így a mainál nagyobb
részt nyelt el a napsugárzásból.
Az űrbe
visszasugárzott napfényhányad
mérőszámát
a bolygó albedójának
vagy világosságának
nevezik.
Ha a felszín tökéletesen
fehér, akkor az összes
napfényt visszasugározza
az űrbe és erősen lehül.
Ha egészen fekete, minden
napfényt elnyel és
felmelegszik.
Az albedo változása
láthatólag kiegyenlíti
a fakóbb Nap kisebb hősugárzását.
Jelenleg
a Föld felszíne nagyjából
közepes fehérségű,
félig felhők takarják.
A felszín a bejövő napfény
mintegy 45%-át veri vissza.
A felszín
- dacára a Nap gyengébb
sugárzásának
- meleg és az embrionális
élet számára
kellemes volt.
A szokatlan
téli melegre mindössze
két magyarázat van
forgalomban:
a szén-dioxid
és ammónia "üvegház-gázok"
jelenléte, valamint a földi
szárazföldek eltérő
eloszlásából
adódó alacsonyabb
albedo.
Mindkét
magyarázat csak bizonyos
fokig igaz.
Ahol érvényességüket
vesztik, ott pillantjuk meg először
Gaiát, legalábbis
ott válik szükségessé
létének feltételezése.
Az élet
először valószínűleg
a tengerben, a sekély vizekben,
torkolatokban, folyózátonyoknál
és nedves területeken
alakult ki.
Ezekről
a legrégebben lakható
területekről terjedt szét,
hogy ellepje a bolygót.
Miután létrejött
az első bioszféra, elkerülhetetlenül
megváltozott a földi
környezet kémiája.
Az ősi
élet alapjául szolgáló
nagyszámú szerves
vegyület olymódon látta
el a cseperedő teremtményt
a növekedéséhez
szükséges élelemmel,
ahogyan a tyúktojás
tápanyagai teszik. Azonban
a csibétől eltérően
az élet számára
a "tojáson" kívül
csak korlátozott mennyiségben
állt rendelkezésre
táplálék. Ahogyan
a létfontosságú
kulcsvegyületek megritkultak,
a csecsemő minden bizonnyal a következő
válaszút elé
került:
vagy éhenhal, vagy megtanulja
a napsugárzás erejét
felhasználva alkotórészeit
a környezet alapanyagaiból
felépíteni.
Hasonló
választás kényszere
gyakran felmerült és
ez megnövelte a terjeszkedő
bioszféra változatosságát,
önállóságát
és tartósságát.
Valószínűleg ekkor
jöttek először létre
ragadozók és zsákmányállatok,
ekkor alakult ki az első tápláléklánc.
Az élő szervezetek természetes
pusztulása és bomlása
minden bizonnyal bőségesen
ellátta kulcsanyagokkal a
közösséget, néhány
faj azonban kényelmesebbnek
találhatta, hogy az élők
elfogyasztásával vegye
magához a nélkülözhetetlen
összetevőket.
A Gaia-elmélet
eljutott arra a fokra, hogy numerikus
modellek és számítógép
segítségével
kimutatható: a ragadozók
és zsákmányállatok
különféle láncai
állandóbb és
erősebb környezeti rendszert
képeznek, mint valamilyen
elkülönült, önmagában
zárt faj, vagy fajok erősen
korlátozott mértékben
kevert kis csoportja.
Ha ez a megállapítás
igaz, akkor valószínűnek
tűnik, hogy a bioszféra változatossága
létrejötte után
gyorsan nőtt.
Ezen szüntelen
élettevékenység
lényeges következménye
a légköri ammónia,
szén-dioxid és metán
keresztüláramoltatása
volt a bioszférán.
Amikor
az egyéb tápforrások
kimerülőben voltak, ezek a
gázok biztosították
a nélkülözhetetlen
szenet, nitrogént és
hidrogént. Ennek eredményeképpen
a légkörben csökkent
a fenti gázok mennyisége:
a szén és a nitrogén
kötött formában,
szerves törmelékként
lerakódott a tengerfenékre,
esetleg magnézium- és
kalcium-karbonátként
beépült az ősi élőlényekbe.
Az ammónia
bomlása során felszabaduló
hidrogén egy része
más elemekhez kapcsolódott,
elsősorban oxigénhez, ily
módon vizet képezve.
Másik része hidrogéngáz
formájában kiszökött
a Világűrbe. Az ammóniából
származó nitrogén
jelenlegi, majdnem semleges formájában
molekuláris kötésű
nitrogéngázként
a légkörben maradt.
Ezek a
folyamatok a mi időnkkel mérve
lassúnak tűnhetnek, de néhány
tizednyi eon elteltével -
ahogyan a szén-dioxid fokozatosan
fogyott - a légkör jelentősen
átalakult.
Ha a bolygót a gyengébb
napsugárzás ellenére
ezen gázok védőhatása
melegen tartotta, ezt minden bizonnyal
a felszíni hőmérséklet
csökkenésének
kellett követnie.
Sagan
és Mullen szerint az éghajlati
status quot a bioszféra tartotta
fenn, megtanulva az általa
táplálékként
elfogyasztott ammónia előállítását
és újrafelhasználását.
Ha ez
így van, akkor Gaiára
itt volt szükség először.
Az éghajlat
természeténél
fogva ingadozó. Ma már
- hála Mihalanovich jugoszláv
meteorológusnak - meglehetősen
biztosak vagyunk benne, hogy a múlt
jegesedési időszakai a Föld
Nap körüli pályájának
egész csekély változásai
következtében jöttek
létre. Az egyik félgömb
által felfogott hőmennyiség
mindössze 2%-os csökkenése
elegendő a jégkorszak létrejöttéhez.
Látjuk
már tehát annak a
félelmetes következményeit,
hogy a felnövekvő bioszféra
a légkört fogyasztotta,
mivel abban a kritikus időszakban
a Nap sugárzása nem
csupán kettő, hanem harminc
százalékkal volt a
mainál kisebb.
Nézzük
meg, mi történt volna
akár csak egy kis zavar,
például kétszázalékos
további lehűlés esetén,
ami ma jégkorszakot okozna.
A szén-dioxidtakaró
táplálékként
való felhasználása
csökkentette volna a bolygó
hőmérsékletét.
A fagyponthoz közeledve a terjedő
hó- és jégfelületek
gyorsan növelték volna
a Föld albedoját, vagyis
az űrbe visszavert napsugárzás
arányát. 25%-kal kisebb
fényességű Nap esetén
elkerülhetetlen lett volna
bolygószerte a hőmérséklet
gyors esése. A Föld
fagyos, fehér, stabil és
halott gömbbé vált
volna.
Másrészről
viszont, ha a felnövekvő Gaia
a légköri takaró
felélését más
üvegház-gáz -
pl. metán - termelésével
túl gyorsan akarta volna
kiegyenlíteni, akkor még
gyengébb Nap mellett is gyors
felmelegedés és ellenkező
irányú ördögi
kör jött volna létre.
Növekvő melegedés mellett
egyre több üvegház-gáz
keletkezett volna és egyre
kevesebb hő jutott volna az űrbe.
A további hőmérséklet-
növekedés során
vízgőz került volna
a légkörbe, ami a leghatásosabb
üvegház-gáz.
A bolygó végső állapota
a Vénusz mai helyzetéhez
hasonlítana, noha kevésbé
lenne forró.
A hőmérséklet megközelítené
a 100 Celsius fokot, ami jóval
az élet által elviselhető
felett van. Megint csak stabil,
de halott bolygót kapnánk.
Lehetséges,
hogy a felhőképződés
természetes negatív
visszacsatolású folyamata
vagy más, még ismeretlen
jelenség fenn tudott volna
tartani valamilyen, az élet
számára legalább
elviselhető állapotot, de
ha ezek a biztonsági eszközök
nem álltak rendelkezésre,
akkor a bioszféra kénytelen
volt kísérletezés
útján megtanulni környezetének
szabályozását.
Ezt először
széles tartományban
végezte, majd a szabályozás
finomításával
az élet számára
nagyjából az optimális
állapotot tartotta fenn.
Többről
volt szó, mint csupán
elegendő szén-dioxidot termelni
az elfogyasztott helyett.
A termelés megfelelő szintentartása
érdekében szükségessé
vált a hőmérsékletet
és a légköri
szén-dioxidmennyiséget
érzékelő eszközök
kifejlesztése is.
A bioszféra megteremtette
ezt az aktív - noha kezdetleges
- szabályozórendszert
és ez lehetett az első jele
annak, hogy Gaia a részek
összességéből
létrejött.
Amennyiben
készek vagyunk úgy
tekinteni a bioszférára,
mint ami - hasonlóan a legtöbb
élőlényhez - képes
környezetét szükségleteinek
megfelelően átalakítani,
akkor ezek a korai kritikus éghajlati
problémák sokféle
módon megoldódhattak.
A legtöbb
élőlény képes
színét álcázás,
figyelmeztetés vagy figyelemfelkeltés
céljából megváltoztatni.
Ahogyan fogyott a szén-dioxid
és a kontinensek az albedot
növelő kedvezőtlen helyzetbe
sodródtak, a bioszféra
magát és a Földet
csupán elsötétüléssel
is melegen tarthatta.
Awramik
és Golubic, a Bostoni Egyetem
munkatársai megfigyelték,
hogy sós mocsarakban, ahol
az albedo egyébként
magas, világos színű
mikroorganizmusok szőnyegei az évszakok
fordultával sötétebbé
váltak.
Lehetséges, hogy ezek a fekete
rétegek - melyek valamilyen
ősi életforma leszármazottai
- egy régi melegtartalékolási
módszer élő emlékei?
Másrészt
viszont, ha a túlmelegedés
okozott volna gondot, abban az esetben
valamilyen tengeri bioszféra
szabályozhatta volna a párolgást,
szigetelő tulajdonságú
monomolekuláris réteget
képezve a vizek felszínén.
Amennyiben
ily módon megakadályozható
lett volna az óceánok
melegebb területein a párolgás,
akkor megelőzhető lett volna a légköri
vízgőz túlzott felhalmozódása
és az infravörös
sugárzás elnyelődése
következtében kialakuló
hirtelen felmelegedés.
Az előzőekben
olyan eszközöket ismertettünk,
melyekkel a bioszféra aktív
módon tarthatta fenn a számára
kellemes környezetet.
Egyszerűbb
rendszerek - például
egy méhkas vagy az ember
- vizsgálata kimutatta, hogy
a hőmérsékletszabályozás
minden bizonnyal több különféle
módszer együttes alkalmazásával
működik, nem pedig egyfélével.
A nagyon távoli időszakok
történetét soha
nem fogjuk megismerni. Valószínűségi
alapon talán csupán,
kiindulva abból a majdnem
bizonyosra vehető tényből,
hogy az élet folyamatosan
fennmaradt és nagyjából
állandó éghajlatnak
volt kitéve.
A bioszféra
első aktív környezetátalakító
feladata valószínűleg
az éghajlattal és
a hidegebb Nappal állt kapcsolatban.
Vannak azonban más fontos
környezeti sajátosságok
is, amiket az élet fennmaradása
érdekében finom egyensúlyban
kellett tartani.
Egyes
létfontosságú
elemekre nagy mennyiségben,
másokra nyomokban volt szükség,
bizonyos időszakokban pedig valamennyiüket
gyorsan át kellett csoportosítani.
Gondoskodni kellett a mérgező
hulladékról és
a szemétről, sőt, lehetséges
újrafelhasználásáról
is. A savasság értékére
is figyelni kellett, mindenütt
semleges vagy enyhén lúgos
környezet fenntartására
volt szükség. A tengereknek
sósaknak kellett maradniuk,
de nem túl sósaknak
és még folytathatnánk
a sort.
Ezek voltak
a főbb szempontok, de vannak mások
is.
Amint
láttuk, az első élő
rendszer már létrejöttekor
képes volt abból előnyt
meríteni, hogy közvetlen
környezetében bőségesen
álltak rendelkezésére
a kulcsösszetevők.
Ezt követően pedig az izmosodó
bioszféra megtanulta ezeket
az összetevőket a levegő, a
tenger és a földkéreg
alapvető nyersanyagaiból
előállítani.
Az élet elterjedésével
és változatosságának
növekedésével
létfontosságú
feladattá vált a különleges
mechanizmusokhoz és működésekhez
szükséges nyomelemek
biztosítása is.
Minden
sejtes felépítésű
élőlény kémiai
folyamatgyorsítók
- katalizátorok- egész
sorát alkalmazza. Ezeket
enzimeknek nevezzük.
Sokuk bizonyos elemek egész
kicsiny mennyiségét
igényli a hatásos
működéshez.
Az egyik enzim például
- a karbonanhidráz - segíti
elő a sejt és környezete
közötti szén-dioxid
forgalmat.
Ez az enzim kialakulásához
azonban cinket igényel. Más
enzimeknek magnéziumra, vasra
vagy vanádiumra van szükségük.
Sok egyéb nyomelem - kobalt,
szelén, réz, jód,
kálium - életfontosságú
jelenlegi bioszféránk
aktivitása szempontjából.
Nem kétséges,
hogy a múltban is hasonló
igényeket kellett kielégíteni.
Ezeket
a nyomelemeket kezdetben a megszokott
módon gyűjtötték
össze, merítve a környező
tartalékokból.
Később az élőlények
elszaporodásával a
ritkább elemekért
folytatott versengés csökkentette
a készleteket és korlátozta
a további terjeszkedést.
Ha - amint az valószínű
- a Föld sekély vizei
álltak az ősi élettel
kapcsolatban, akkor ezeknek a kulcselemeknek
egyike-másika kikerült
az aktív használatból,
amikor a halott sejtek és
vázak a tengerfenék
iszapjába és sarába
hullottak le. Lerakódásuk
után más üledékek
betakarták és elásták
a törmeléket, így
létfontosságú
nyomelemek vesztek el a bioszféra
számára mindaddig,
amíg a földkéreg
időről-időre ismétlődő megemelkedése
fel nem szakította a temetkezési
helyeket.
A geológiatörténet
nagykiterjedésű üledékes
kőzetágyai tanúsítják
ennek az elhalási folyamatnak
a méreteit.
Az élet
kétségtelenül
a maga módján - szakadatlan
evolúciós kísérletezés
során - birkózott
meg a magateremtette problémával.
Olyan
fajok jöttek létre,
melyek hulladékeltakarítóként
abból éltek, hogy
az értékes kulcselemeket
kivonták az elpusztult tetemekből,
mielőtt azok elsüllyedtek volna.
Más
rendszerek bonyolult kémiai
és fizikai hálózatokat
hoztak létre, melyekkel összegyűjtötték
a tenger ritka anyagait. Ezek később
a nagyobb termelékenység
érdekében összefogtak
és együttműködést
alakítottak ki.
Az összetettebb, közös
tevékenységre képes
hálózat teljesítőképessége
és ereje felülmúlta
a résztulajdonságok
összességét,
ezért az bizonyos fokig Gaia
egyik megjelenési formájaként
is felfogható.
Az ipari
forradalom óta társadalmunk
a létszükségleti
anyagok hiánya és
a helyi környezetszennyezés
miatt komoly vegyi eredetű gondokkal
került szembe.
Az ősi
bioszféra valószínűleg
hasonló problémákkal
küzdött.
Az első
találékony sejtes
rendszer, miután először
a maga, később a közösség
javára elsajátította
a cink környezetből való
kinyerésének módját,
valószínűleg tudtán
kívül begyűjtötte
a hasonló, de mérgező
higanyt is. Az ilyen természetű
tévedések minden bizonnyal
a világ első környezetszennyezési
baleseteihez vezettek.
Ahogyan
általában, úgy
ez a sajátos gond is a természetes
kiválasztódás
útján oldódott
meg.
Ma már ismerünk olyan
mikroorganizmusrendszereket, melyek
képesek a higanyt és
más mérgező elemeket
azok illékony metilszármazékaivá
átalakítani.
Minden
bizonnyal ezek a szervezetek a mérgező
hulladékok feldolgozásának
legősibb eljárását
alkalmazzák.
A környezetszennyezés
- ellentétben azzal, amit
gyakran hangoztatnak - nem az erkölcsi
romlottság eredménye,
hanem az életműködések
elkerülhetetlen következménye.
A termodinamika
második főtétele világosan
kimondja, hogy az élő szervezet
alacsony entrópiájú,
bonyolult dinamikus rendszere csak
úgy működhet, ha a környezet
felé alacsony szintű termékeket
és energiát választ
ki.
A bírálat csak akkor
állja meg a helyét,
ha képtelenek vagyunk a kérdés
megválaszolására
világos, kielégítő
és előnyös megoldást
találni.
A fű, a bogarak vagy akár
a gazdálkodó számára
a tehéntrágya nem
szennyezés, hanem értékes
ajándék.
Egy ésszerű világban
sem szűnne meg az ipari hulladék,
hanem újra felhasználnák.
A jogi tilalom negatív, korlátokat
szabó válasza éppoly
ostobaságnak tűnik, mint
a tehenek trágyakibocsátása
ellen jogszabályt alkotni.
Sokkal
komolyabb fenyegetést jelenthettek
az ősi bioszféra egészségére
nézve a bolygókörnyezet
növekvő zavarai.
A metán
szén-dioxiddá és
a szulfidok szulfátokká
alakulása az egyensúlyt
a nagyobb savasság felé
tolhatta volna el.
Ezt az élet nem bírta
volna ki.
Nem tudjuk,
hogyan oldódott meg ez a
kérdés, de az viszont
biztos, hogy - már amennyire
méréseinkkel vissza
tudunk nyúlni a múltba
- a Föld mindig is a jelenlegi,
kémiailag semleges állapotának
közelében volt.
A Mars és a Vénusz
igen savas összetételű,
túlságosan is savas
az élet bolygónkon
létrejött formája
számára.
Jelenleg
az egész világra kiterjedő
bioszféra évente 1000
megatonna ammóniát
termel. Ez nagyjából
megegyezik azzal a mennyiséggel,
amire a kén- és nitrogénvegyületek
természetes oxidációjából
keletkező kén- és
nitrogéntartalmú savak
semlegesítéséhez
szükség van.
Lehet, hogy az egybeesés
csak véletlen, de lehet újabb
szem is a Gaia létezését
alátámasztó
közvetett bizonyítékok
láncában.
Az óceán
sótartalmának pontos
szabályozása éppoly
létfontosságú,
mint a kémiai semlegesség
követelménye.
Ez azonban
- mint a 8. fejezetben látni
fogjuk - még bonyolultabb
és különösebb
ügy.
A felnövekvő
bioszféra valami módon
mégis szakértőjévé
vált ennek a kiélezett
szabályozási helyzetnek,
mint ahogyan sok másiknak
is.
Arra kell
következtetnünk, hogy
ha Gaia létezik, akkor beavatkozásának
szükségessége
éppoly sürgető volt
az élet kezdetén,
mint később bármikor.
Elkoptatott
közhely az élet ősi
szakaszáról, hogy
az evolúció a fellelhető
energia alacsony szintje miatt korlátozott
volt és csak az oxigén
légköri megjelenése
után gyorsult fel, majd nyert
teret az élet ma is létező
változatos bőségében.
Ezzel szemben közvetlen bizonyítékunk
van arra, hogy létezett egy
összetett és sokoldalú,
az összes lényeges ökológiai
ciklust tartalmazó életközösség,
még mielőtt a vázas
felépítésű
állatok a paleozoikus kor
első szakaszában, a Kambriumban
megjelentek volna.
Az igaz, hogy a hozzánk hasonló
nagytestű mozgó teremtmények
és egyes más állatok
számára a szerves
anyag belső égése
és az oxigén kényelmes
erőforrást jelentenek.
Annak azonban nincs biokémiai
alapja, hogy miért kellene
energiában szűkölködni
redukáló, hidrogénből
és hidrogéntartalmú
molekulákból álló
környezetben.
Nézzük
meg, hogyan mehetett végbe
a fordított energiajátszma.
A legősibb
élőlények közül
néhányan kövületnyomokat
hagytak hátra, az ún.
stromatolitokat. Ezek a lemezes
felépítésű
bio-üledékes vázak
gyakran toboz vagy karfiol alakúak.
Anyaguk mészkő vagy kovaföld.
Ma úgy tekintik őket, mint
mikrobatevékenység
eredményeit. Néhányukat
ősi, három eonnál
öregebb, kovaszerű kőzetekben
találták meg.
Általános formájuk
azt sejteti, hogy a napfényt
a mai kék moszatokhoz hasonlóan
kémiai energiává
átalakító,
fotoszintetizáló élőlények
termékei lehettek.
Egészében véve
meglehetősen biztosra vehetjük,
hogy az ősi élet egyes válfajai
fotoszintézist végeztek,
elsőrendű energiaforrásként
a Nap sugárzását
felhasználva, mivel más,
elegendően erős, állandó
és nagymennyiségű
energia nem állt rendelkezésre.
A korszak heves radioaktivitása
biztosíthatta volna a kellő
erősségű energiát,
de mennyisége csupán
alamizsna volt a napsugárzáshoz
képest.
Mint láttuk,
az első fotoszintetizálók
környezete valószínűleg
hidrogénben és hidrogéntartalmú
molekulákban gazdag redukáló
környezet volt.
Az ott élő teremtmények
képesek voltak különféle
szükségleteik érdekében
ugyanakkora kémiai potenciálgradienst
létrehozni, mint a mai zöld
növények.
Az a különbség,
hogy jelenleg az oxigén a
sejten kívül van, a
táplálék és
a hidrogénben gazdag anyag
pedig belül, miközben
feltételezhető, hogy eonokkal
ezelőtt az egész fordítva
volt.
Az ősidők
egyes fajainak tápanyagai
oxidáló anyagok lehettek.
Nem feltétlenül szabad
oxigén - ahogyan a ma élő
sejtek sem tiszta hidrogénnel
táplálkoznak -, hanem
olyan anyagok, mint például
a poliacetilénes zsírsavak,
melyek hidrogénnel reakcióra
lépve nagymennyiségű
energiát szabadítanak
fel.
Egyes talajbéli mikroorganizmusok
termelnek még ehhez hasonló
különös vegyületeket,
amelyek megfelelnek az emberi sejtekben
energiát raktározó
zsíroknak.
Lehet,
hogy ennek a fejetetejére
állított biokémiának
nincs valós alapja.
A lényeg
az, hogy a napfény energiáját
raktározott kémiai
energiává átalakítani
képes szervezetek még
redukáló légkörben
is bőséges kapacitással
és szabad energiával
rendelkeztek a legtöbb biokémiai
folyamat véghezviteléhez.
A földtörténeti
adatok azt mutatják, hogy
hatalmas mennyiségű vastartalmú
kéregkőzet oxidálódott
az élet ősi színterén.
Ez bizonyíték lehet
arra, hogy az eredeti bioszféra
hidrogént termelt és
fenntartotta ennek a gáznak
és vegyületeinek - ammónia
- megfelelő légköri
mennyiségét. Utóbbi
végül a hidrogén
Világűrbe szökéséhez
vezetett.
Ycas helyesen jegyezte meg a Nature
höz írott levelében,
hogy a hidrogén fokozott
távozását a
Földről biológiai beavatkozás
magyarázhatja.
Nagyjából
két eonnal ezelőtt a kéreg
összes redukáló
anyaga gyorsabban oxidálódott,
mint ahogyan geológiailag
megnyugodott.
Az aerob
fotoszintetizáló lények
tevékenysége végül
a légköri oxigén
felhalmozódásához
vezetett.
Valószínűleg
ez volt a földi élet
egész történetének
legkockázatosabb időszaka.
Oxigéngáz
az anaerob világ légkörében
- ez lehetett a legnagyobb levegőszennyezés,
amit a bolygó valaha is átélt.
Képzeljük
csak el egy olyan tengeri moszat
hatását jelenkori
bioszféránkra, ami
a tengert sikeresen benépesítve
az óceán bőséges
kloridion-tartalmából
napfény segítségével
klórt állítana
elő.
A klórtartalmú légkör
pusztító befolyása
a mai életre aligha lehetne
rosszabb, mint az oxigéné
volt az anaerob életre mintegy
két eonnal ezelőtt.
Ez a fontos
korszak jelentette a redukáló
gázok - metán, ammónia
- üvegházhatásának
végét.
A szabad
oxigén gyorsan reakcióba
lépett velük és
korlátozta felhalmozódásukat.
A metán jelenlegi mennyisége
kicsivel egymilliomod térfogatrész
felett van, ez túl kevés
a bolygó melegen tartásához.
Mikor
az oxigén két eonnal
ezelőtt a légkörbe jutott,
a bioszféra egy sérült
tengeralattjáró személyzetéhez
hasonlított, ahol egyrészt
minden kézre szükség
van a sérült és
megrongált rendszerek kijavításához,
ugyanakkor a levegőben a mérgező
gázok növekvő aránya
fenyeget.
A találékonyság
azonban diadalmaskodott, a veszélyt
leküzdötték.
Nem az
emberi módon, helyreállítva
a régi rendet, hanem a rugalmas
gaiai módszerrel, alkalmazkodás
és változás
útján segítő
baráttá formálva
a gyilkos betolakodót.
Az oxigén
legelső légköri megjelenése
majdnem végzetes katasztrófát
jelentett az ősi élet számára.
Túl
nagy kérés lett volna,
hogy vak véletlen útján
kerülhessük el a megfagyás,
felforrás, éhezés,
savasság, komoly anyagcserezavarok
vagy mérgezés miatti
pusztulást.
De ha az ősi bioszféra már
több volt, mint a fajok egyszerű
gyűjteménye, és el
tudta sajátítani az
egész bolygóra kiterjedő
szabályozás képességét,
akkor könnyebb megértenünk,
hogyan éltük túl
azokat a veszélyes időket.
|