我們不要過分陶醉於我們對自然界的勝利。對於每一次這樣的勝利,自然界都對我們進行報復。 —— 恩格斯
林恩認為不僅複雜細胞起源於細菌的內共生,而且整個生物界的本質就是一張巨大的細菌協作網路,所有生物之間存在著共生與合作。後來,她將內共生學説與英國大氣學家洛夫洛克的蓋亞假説連結在一起。
健客:學説和假説有什麼區別?
雲飛:簡單説,學説一般是經過檢驗的,得到公認的,比較流行的;假説一般沒有經過驗證,即按照預先設定,對某種現象進行的解釋,即根據已知的科學事實和科學原理,對所研究的自然現象及其規律性提出的推測和説明,而且數據經過詳細的分類、歸納與分析,得到一個暫時性但是可以被接受的解釋。任何一種科學理論在未得到實驗確證之前表現為假設學説或假説。有的假設還沒有完全被科學方法所證明,也沒有被任何一種科學方法所否定,但能夠産生深遠的影響,例如量子論。科學發展的過程就是假説的形成,假説的檢驗以及假説的更替。所以,科學的發展形式不是別的,只能是假説。
健客:好複雜啊!蓋亞假説,好像沒聽説過啊!
雲飛:今天的故事就從這裡開始。
20世紀60年代,洛夫洛克受聘于美國國家航空航太局,探索火星上生命存在的可能性。同時,他幹了一個私活兒,利用這個千載難逢的,可以獲得大量大氣數據的機會,對比研究地球上的生命,提出地球生命體和非生命體形成一個可互相作用的系統,生物過程和自然過程共同作用産生並調節有益於生命繼續生存的環境。不同文明在冥冥之中似乎會醞釀出許多類似的傳説。在中國,有女媧造人的傳説;而在希臘神話中,大地女神蓋亞創造了眾神,並在天神消滅了墮落的第一代人類後,創造了第二代人類。神話記載中蓋亞擁有許多寶物,其中生命之瓶中裝的是萬物之種和生命泉水,她終日在天上向凡間灌注生命泉水,以確保萬物能夠交替繁衍、生生不息。至今,西方人仍常以“蓋亞”代稱地球。因此,一個描述地球擁有生命的假説以蓋亞來命名,不足為奇。在洛夫洛克和林恩共同推進下,蓋亞假説逐漸受到科學界的重視,特別受到環境保護主義者和氣象學家的擁護,影響了很多人的地球觀。
健客:還是不太明白。
雲飛:別著急嘛。
約西元前3世紀中葉,古稀之年的柏拉圖,放棄政治活動,全力著述。在《蒂邁歐篇》中,他記錄了關於宇宙和自然的神奇對話。世界的全體是一個看得見的動物,它裏麵包羅著一切動物。它是一個球,因為像要比不像更好,而只有球才是處處都相像的。它是旋轉的,因為圓的運動是最完美的;既然旋轉是它的唯一的運動,所以它不需要有手或者腳。
健客:越聽越糊塗了,這説的都是什麼啊?
雲飛:簡單説,地球是活著的。
17世紀,科學革命中的歐洲産生了看待世界的嶄新眼光。科學家開始將自身與外在的世界區隔開來,嘗試將自身作為觀看的主體,而將外在世界當成被觀看的客體。人就是在這樣的方式下與自然分開來了,作為主體的人開始以跳脫自然之外的方式來觀察自然,似乎人可以跟自然分開似的!於是,自然成為被動的,靜態的,可以被控制,被觀察的物件。然而,看待自然的方式卻不一定只是遵照著這種古典科學觀的看法。打個比方,如果地球是活著的,我們就是生活在地球身上的細菌。不識廬山真面目,只緣身在此山中。蓋亞假説就是物我兩忘,或者説上帝視角,至少包括5層含義:一是認為地球上的各種生物有效地調節著大氣的化學構成和溫度;二是地球上的各種生物影響環境,而環境又反過來影響生物進化過程,兩者共同進化;三是各種生物與自然界之間主要由負反饋環連接,從而保持地球生態的穩定狀態;四是認為大氣能保持在穩定狀態不僅取決於生物圈,而且在一定意義上是為了生物圈;五是認為各種生物調節環境,以便創造更好的生存條件。蓋亞假説的核心思想是地球是一個生命有機體。洛夫洛克説:“地球是活著的!”地球是巨大的有機體,具有自我調節的能力。如果出現了一些有害地球健康的因素,那麼地球能夠將那些有害因素去除掉。1989年,美國地球物理聯合會選擇蓋亞作為學術會議的主題,幾百名科學家和學者參加了會議,並於1993年出版了大型文集《科學家論蓋亞》。儘管科學界對蓋亞假説有不同的觀點,但以此為主題進行研究的人越來越多,特別是美國國家航空航太局支援此類研究,使其影響越來越大。一些科學哲學家、環境保護主義者和政治家也從各自的角度關注和討論蓋亞假説,有關的論文和書籍也越來越多。
健客:有點抽象,能不能舉個例子,具體説説呢?
雲飛:你聽説過冰河期吧?
健客:當然,我看過《冰川時代》,三隻史前動物和一個人類棄嬰的故事。
雲飛:哈哈,好吧。
通過長期勘察,地球至少經歷了3次冰河時期。據説,如果在太空中看,冰河期的地球不是如今藍色的樣子,而是全身白色,就像一顆被棄置在太陽系邊緣的星球。也就是説,地球上任何地方都被冰雪覆蓋,連最熱的赤道地區也是如此。第一次冰河期大約發生在24億年前。那時候,地球表面至少覆蓋300米厚的冰雪,生機渺茫。這次冰河期,可能是藍藻惹的禍。藍藻又名藍綠藻是進化歷史悠久、革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素a,但不含葉綠體、能進行光合作用的一種細菌。為了區別真核細胞的藻類植物,現在的教科書上稱其為“藍細菌”。那時候,它們在地球上繁衍幾乎不受約束,很快佔據了整個地球,不斷吸收空氣中的二氧化碳,排出氧氣,使地球大氣從無氧狀態發展到有氧狀態,進而導致大氣中的二氧化碳含量迅速下降。二氧化碳是溫室氣體,它的減少導致全球氣溫降低,地球開始“結冰”。第一次冰河期大約維持了2億年。僅存的生物可能深藏地下或海底熱泉,成為地球生命後續發展的重要根基。
健客:哦,我想我有點兒明白蓋亞假説了。第一,藍細菌改變了大氣構成,降低了氣溫;第二,藍細菌對環境的改變,反過來殺死了自己和當時絕大多數生物;第三,隨著原有生物大範圍的滅絕,地球氣溫又逐漸回升,重新適合生物生存;第四,新物種的誕生和繁衍,地球環境回歸平衡,促進了新物種走向繁榮;第五,各種生物共同影響環境變化,環境變化反過來影響各種生物的生存和進化。
雲飛:學習能力很強啊!
健客:其實對後三項,感覺上有點兒牽強。
雲飛:感覺很準嘛!對蓋亞假説前兩層含義一般沒有爭論;但對其後三層含義有很大爭論。主要集中在三個方面:第一,作為一個負反饋調節系統,如何理解該系統的目標;第二,如何理解自動平衡態,在地球環境發生巨變時,如何保持自動平衡;第三,研究方法爭論,僅有模擬實驗結果是不夠的,需要基於觀察和實驗,取得大量事實和數據。
健客:有點深奧。對了,後兩次冰河期也説説唄。
雲飛:後兩次冰封期可能是大規模火山爆發或太陽活動減弱導致的。先説説大規模火山爆發産生的影響,一座火山的噴發還無法對整個地球的氣候造成直接影響,但當多座大火山在同一時間段噴發時,它們足以改變地球氣候的變化趨勢。火山噴發導致大量火山灰涌入大氣層,火山灰在風的帶動下擴散到其他區域,嚴重的話甚至籠罩了整個地球。火山灰在大氣層中的存在導致太陽輻射大量被削弱,最終能照射在地面上的光線減少了許多。長此以往,地面接收的熱量不足,氣溫就開始下降,生物開始走上滅亡之路。
健客:這個我知道。2022年1月東加火山爆發,就引發了人們對氣溫下降和糧食減産的擔憂。
雲飛:嗯。再説説太陽活動的問題,太陽作為地球唯一的自然光源和熱源,它的活動情況與地球息息相關。如果太陽表面的活動強度減弱了,那麼對周圍星球的熱量輸送就減少了,直接導致地球表面接收到的熱量減少。溫度降低後,高緯度和高海拔地區開始結冰,增強對太陽光的反射,減少對太陽光的吸收,進而導致溫度進一步下降。
健客:哈哈,那時候,地球生物還沒有那麼大的能力讓火山爆發或太陽表面活動強度減弱吧。
雲飛:有點道理。但是,早期蓋亞假説的目的論卻讓後兩次冰河期極具迷幻色彩。
健客:怎麼回事呢?
雲飛:第二次冰河期結束後,地球迎來了寒武紀生命大爆發。第三次冰河期發生在大約100萬年前,我們的祖先不幸碰上了。但從人類發展的角度來看,這次冰河期使人類祖先走出非洲,推動了文明的誕生。如果説地球是活的,那麼生物滅絕是否是有意為之?甚至有人説,這一切都是為了人類。
健客:啊哦,有點暈!
雲飛:這就像六月飛雪,本身是一種罕見的自然現象,可是,非説是老天為人鳴冤,就有點扯了。歷史上,先有鄒衍的故事,後來民間將此情節演繹到《竇娥冤》中。《後漢書·劉瑜傳》引《淮南子》説:“鄒衍事燕惠王,盡忠。左右譖之,王係之,(衍)仰天而哭,五月為之下霜。”故事講的是戰國時期,燕昭王姬平請齊國的鄒衍等賢人來幫助治理國家,燕國的部分人對鄒衍不滿,在燕王面前進讒言,讓鄒衍蒙冤入獄,當時正值夏季,天降大風雪。燕王意識到鄒衍的冤屈,就釋放了他。後人用“六月飛雪”比喻冤獄。700多年前,中國有位叫關漢卿的作家,他創作的雜劇《竇娥冤》流傳至今,大意是竇娥被無賴誣陷,又被受賄官府判斬刑。在竇娥被斬之後,“血濺白綾,六月飛雪,三年大旱”。
健客:嗯,現在都知道,下雪沒有目的可言,下雨也不是龍王所為。
雲飛:“欲窮千里目,更上一層樓”是有意為之,但不能説白“日依山盡,黃河入海流”也有目的,它們服從的是物理定律。有意思的是“欲窮千里目,更上一層樓”,一直被視為追求崇高精神境界的象徵。知識的更新,科技的發展,世界的變化,時代的進步,這一切都需要提高自身的各種能力,才能夠與時俱進。
生物學家對生命的定義是可觀察、可操作性的,而洛夫洛克的論調更像是宗教性的反省,具有一種強烈的價值判斷。將地球想像成女神的身體,森林是毛髮,河流是血脈,肌肉則為土地,地球上的蕓蕓眾生則是依靠女神身體的更微小的生物,傳統上生命與無生命的界線開始變得模糊,原本關於生命的定義開始受到質疑。蓋亞假説相當程度挑戰了古典科學觀的認知方式,也提出了對自然的不同看法。應該看到,蓋亞假説具有革命意義,不完善是正常現象,在科學界引起激烈的爭論也是正常現象。正是這種爭論推動其向前發展。蓋亞假説逐漸摒棄了目的論成分,迎來復興,成為地球系統科學,其意義在於,能直接或間接地回答當今人類面臨的生態問題和世界觀問題。首先,全球生態環境惡化是人類當今面臨的最嚴重的問題之一。蓋亞假説啟示人們,環境問題是涉及整個地球生態系統的問題,要解決這個問題不僅需要用系統的或整體的觀點和方法來認識人類生産和生活方式對生態環境影響,而且需要人類共同行動。同時,蓋亞假説也從道義上啟示人們,包括人類在內的所有生物都是地球母親的後代,人類既不是地球的主人,也不是地球的管理者。因此,人類應該熱愛和保護地球母親,並與其他生物和睦相處。溫室效應令人印象深刻。不論譏為杞人憂天,或視作大難臨頭,都在密切注意它的變化,以及可能造成的影響。由於人類過度開採、使用石化燃料,已經使得原本存在地殼內的大量的碳進入大氣圈,使得大氣中二氧化碳濃度上升。有人認為這將造成全球氣溫上升,最後終將使南北極冰帽熔化,導致全球海平面上升,人類的生存會受到極大的威脅。但蓋亞假説的支援者們認為地球不會變得如此不適合萬物生存,總會有一些制衡的作用應運而生,而所有的作用總和加起來産生的效果就是維持穩態的地球,把地球看成活體,一些看似不平衡的現象,便可以用生理功能的自我調節來解釋。對於二氧化碳造成的溫室效應,地球似乎有個方法來對付它。隨著氣溫上升、鹽度增加,會導致藻類增加二甲基硫的排放量;二甲基硫的增加會使得大氣的反射率增加,進而降低地表溫度。然而,到目前為止,認為整個地球具有自我調節氣候的能力,仍是一個未證實的假説。蓋亞假説本身並不是判斷人們的行為正確與否的道德標準,也不能得到地球生態系統自我調節能力的數據。地球就算有自我調節的功能,反應的時間也可能相當長。人類是現今地球上最有創造力,也最有破壞力的生物,我們肆無忌憚的破壞速度,是大地之母——蓋亞,來不及修復的。只是,2011年,反感生存競爭的林恩,因中風而去世,享年73歲。像所有偉大科學家一樣,有人認為她做出了跨越時代的傑出貢獻,有人覺得她錯的離譜;像所有英雄一樣,有人把她看作女權主義的鬥士,有人認為她是我行我素的偏執狂,所有是是非非,留給後人評説。
2014年,已經95歲高齡的洛夫洛克又出版了一本新書《奔向未來的艱難旅行:蓋亞的下一輪進化》。在這本書中,洛夫洛克認為:如果人類的後代能成為未來地球的救星,那麼人類未來還會在非常艱難的日子中倖存下來。他曾經在《蓋亞時代》這本書中説過,未來的主宰不會變成另一個物種,智人是“地球歷史上一個真正重要的物種”,註定要幫助蓋亞在越來越亮的太陽照耀下生存下來。現在對於如何拴好氣候變化這匹即將脫韁的戰馬,他認為我們可以通過共同努力減少二氧化碳排放,因為目前也沒有其他好辦法,但也許並不會奏效,因此,適應可能是唯一的選擇。人類是否能順利渡過這個世紀呢?技術的發展是否能解決一切問題呢?這本書像科普讀物,也像科幻小説,因此他在書中描繪:在氣候變化發生時,我們是否可以躲到用空調器建造的免受氣候變化的高科技城市中呢?為了給這些高科技城市供能,需要持續的核能供應,天然氣顯然是不夠的,而風能更是不可能。書中他並未討論太陽能的利用,據説他認為無限供應的可再生能源對地球來説是一個巨大的危險。洛夫洛克認為人類註定要將他們創造的世界弄得一團糟,但他同時也承認人類有可能成為蓋亞有益的一部分。由於人類意識賦予蓋亞人性,因此蓋亞充滿了遠見和對生存目的的追求。例如,人類可以有意識地進行干預,保護地球免受未來小行星的撞擊。蓋亞需要人類的幫助,其原因還在於那些負反饋機制在目前要使地球降溫已經是不可能的了。從地球誕生到現在,太陽一直在變熱,但同時增加了岩石風化的速度,大量消耗了大氣中的二氧化碳,使得其濃度接近進行光合作用的下限。但是在人類開始增加大氣二氧化碳濃度的時候,這個負反饋機制的作用已經沒有那麼明顯了,因此需要一些其他冷卻機制,或者出現更耐熱的智慧生命形式。
健客:等等,岩石風化怎麼就消耗二氧化碳了?
雲飛:在岩石風化過程中,要吸收二氧化碳,生成溶于水的碳酸鹽。據説,每年由於岩石風化消耗的二氧化碳高達40-50億噸。二氧化碳還有一些消耗渠道,如海洋的溶解、土壤的吸收等等。
洛夫洛克預測未來,他想像人類與電子元件合併,形成電子人世界,感知和調節地球的狀態。他認為濕的有機生命必將被幹的電子生命所取代,能夠更好地應付過於炎熱的太陽。他甚至設想,這樣的人造生命形式的“進化”速度遠遠超越目前的人類,因為電子資訊比神經元傳輸更快。自然雜誌為這本科普讀物寫了書評,認為洛夫洛克具有非凡的思想,他在各種話題之間憑直覺跳來跳去,我們大多數人都跟不上他的思維。有時候,他沉浸在主體自覺的氛圍,培養自己的創造力;接著,他又考慮如何讓發明加速客體生命的進化。跳躍如此之大,有時候甚至連他自己也不確定究竟是什麼論點了。
最後,引用恩格斯的警告:“我們不要過分陶醉於我們對自然界的勝利,對於每一次這樣的勝利,自然界都報復了我們。每一次勝利,在第一步都確實取得了我們預期的結果,但是在第二步和第三步卻有了完全不同的、出乎意料的影響,常常把第一個結果又取消了。”人類能否迷途知返,開始認識到保護地球,保護環境的責任?抑或地球不得不採取嚴厲的手段來懲治人類?
從1712年發明蒸汽機算起,燃煤動力帶來了人類世的開端,地球轉型為一個人類稱霸的行星時代,一個由化石燃料以及隨後導致的正反饋所推動的物質流、人口和資訊處理的指數增長時代。人類利用自然的能力不斷提高,但過度開發也導致生物多樣性減少,迫使野生動物遷徙,增加野生動物體內病原的擴散傳播。新世紀以來,從非典到禽流感、中東呼吸綜合徵、埃博拉病毒,再到這次新冠肺炎疫情,全球新發傳染病頻率明顯升高。如果把地球的歷史比作一天,那麼人類在23點59分56秒才出現。也許只有更好平衡人與自然的關係,人類才能看到明天冉冉升起的朝陽。
欲知後事如何,且聽下回分解。