我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利,自然界都对我们进行报复。 —— 恩格斯
林恩认为不仅复杂细胞起源于细菌的内共生,而且整个生物界的本质就是一张巨大的细菌协作网络,所有生物之间存在着共生与合作。后来,她将内共生学说与英国大气学家洛夫洛克的盖亚假说连结在一起。
健客:学说和假说有什么区别?
云飞:简单说,学说一般是经过检验的,得到公认的,比较流行的;假说一般没有经过验证,即按照预先设定,对某种现象进行的解释,即根据已知的科学事实和科学原理,对所研究的自然现象及其规律性提出的推测和说明,而且数据经过详细的分类、归纳与分析,得到一个暂时性但是可以被接受的解释。任何一种科学理论在未得到实验确证之前表现为假设学说或假说。有的假设还没有完全被科学方法所证明,也没有被任何一种科学方法所否定,但能够产生深远的影响,例如量子论。科学发展的过程就是假说的形成,假说的检验以及假说的更替。所以,科学的发展形式不是别的,只能是假说。
健客:好复杂啊!盖亚假说,好像没听说过啊!
云飞:今天的故事就从这里开始。
20世纪60年代,洛夫洛克受聘于美国国家航空航天局,探索火星上生命存在的可能性。同时,他干了一个私活儿,利用这个千载难逢的,可以获得大量大气数据的机会,对比研究地球上的生命,提出地球生命体和非生命体形成一个可互相作用的系统,生物过程和自然过程共同作用产生并调节有益于生命继续生存的环境。不同文明在冥冥之中似乎会酝酿出许多类似的传说。在中国,有女娲造人的传说;而在希腊神话中,大地女神盖亚创造了众神,并在天神消灭了堕落的第一代人类后,创造了第二代人类。神话记载中盖亚拥有许多宝物,其中生命之瓶中装的是万物之种和生命泉水,她终日在天上向凡间灌注生命泉水,以确保万物能够交替繁衍、生生不息。至今,西方人仍常以“盖亚”代称地球。因此,一个描述地球拥有生命的假说以盖亚来命名,不足为奇。在洛夫洛克和林恩共同推进下,盖亚假说逐渐受到科学界的重视,特别受到环境保护主义者和气象学家的拥护,影响了很多人的地球观。
健客:还是不太明白。
云飞:别着急嘛。
约公元前3世纪中叶,古稀之年的柏拉图,放弃政治活动,全力著述。在《蒂迈欧篇》中,他记录了关于宇宙和自然的神奇对话。世界的全体是一个看得见的动物,它里面包罗着一切动物。它是一个球,因为像要比不像更好,而只有球才是处处都相像的。它是旋转的,因为圆的运动是最完美的;既然旋转是它的唯一的运动,所以它不需要有手或者脚。
健客:越听越糊涂了,这说的都是什么啊?
云飞:简单说,地球是活着的。
17世纪,科学革命中的欧洲产生了看待世界的崭新眼光。科学家开始将自身与外在的世界区隔开来,尝试将自身作为观看的主体,而将外在世界当成被观看的客体。人就是在这样的方式下与自然分开来了,作为主体的人开始以跳脱自然之外的方式来观察自然,似乎人可以跟自然分开似的!于是,自然成为被动的,静态的,可以被控制,被观察的物件。然而,看待自然的方式却不一定只是遵照着这种古典科学观的看法。打个比方,如果地球是活着的,我们就是生活在地球身上的细菌。不识庐山真面目,只缘身在此山中。盖亚假说就是物我两忘,或者说上帝视角,至少包括5层含义:一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的化学构成和温度;二是地球上的各种生物影响环境,而环境又反过来影响生物进化过程,两者共同进化;三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接,从而保持地球生态的稳定状态;四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈,而且在一定意义上是为了生物圈;五是认为各种生物调节环境,以便创造更好的生存条件。盖亚假说的核心思想是地球是一个生命有机体。洛夫洛克说:“地球是活着的!”地球是巨大的有机体,具有自我调节的能力。如果出现了一些有害地球健康的因素,那么地球能够将那些有害因素去除掉。1989年,美国地球物理联合会选择盖亚作为学术会议的主题,几百名科学家和学者参加了会议,并于1993年出版了大型文集《科学家论盖亚》。尽管科学界对盖亚假说有不同的观点,但以此为主题进行研究的人越来越多,特别是美国国家航空航天局支持此类研究,使其影响越来越大。一些科学哲学家、环境保护主义者和政治家也从各自的角度关注和讨论盖亚假说,有关的论文和书籍也越来越多。
健客:有点抽象,能不能举个例子,具体说说呢?
云飞:你听说过冰河期吧?
健客:当然,我看过《冰川时代》,三只史前动物和一个人类弃婴的故事。
云飞:哈哈,好吧。
通过长期勘察,地球至少经历了3次冰河时期。据说,如果在太空中看,冰河期的地球不是如今蓝色的样子,而是全身白色,就像一颗被弃置在太阳系边缘的星球。也就是说,地球上任何地方都被冰雪覆盖,连最热的赤道地区也是如此。第一次冰河期大约发生在24亿年前。那时候,地球表面至少覆盖300米厚的冰雪,生机渺茫。这次冰河期,可能是蓝藻惹的祸。蓝藻又名蓝绿藻是进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a,但不含叶绿体、能进行光合作用的一种细菌。为了区别真核细胞的藻类植物,现在的教科书上称其为“蓝细菌”。那时候,它们在地球上繁衍几乎不受约束,很快占据了整个地球,不断吸收空气中的二氧化碳,排出氧气,使地球大气从无氧状态发展到有氧状态,进而导致大气中的二氧化碳含量迅速下降。二氧化碳是温室气体,它的减少导致全球气温降低,地球开始“结冰”。第一次冰河期大约维持了2亿年。仅存的生物可能深藏地下或海底热泉,成为地球生命后续发展的重要根基。
健客:哦,我想我有点儿明白盖亚假说了。第一,蓝细菌改变了大气构成,降低了气温;第二,蓝细菌对环境的改变,反过来杀死了自己和当时绝大多数生物;第三,随着原有生物大范围的灭绝,地球气温又逐渐回升,重新适合生物生存;第四,新物种的诞生和繁衍,地球环境回归平衡,促进了新物种走向繁荣;第五,各种生物共同影响环境变化,环境变化反过来影响各种生物的生存和进化。
云飞:学习能力很强啊!
健客:其实对后三项,感觉上有点儿牵强。
云飞:感觉很准嘛!对盖亚假说前两层含义一般没有争论;但对其后三层含义有很大争论。主要集中在三个方面:第一,作为一个负反馈调节系统,如何理解该系统的目标;第二,如何理解自动平衡态,在地球环境发生巨变时,如何保持自动平衡;第三,研究方法争论,仅有模拟实验结果是不够的,需要基于观察和实验,取得大量事实和数据。
健客:有点深奥。对了,后两次冰河期也说说呗。
云飞:后两次冰封期可能是大规模火山爆发或太阳活动减弱导致的。先说说大规模火山爆发产生的影响,一座火山的喷发还无法对整个地球的气候造成直接影响,但当多座大火山在同一时间段喷发时,它们足以改变地球气候的变化趋势。火山喷发导致大量火山灰涌入大气层,火山灰在风的带动下扩散到其他区域,严重的话甚至笼罩了整个地球。火山灰在大气层中的存在导致太阳辐射大量被削弱,最终能照射在地面上的光线减少了许多。长此以往,地面接收的热量不足,气温就开始下降,生物开始走上灭亡之路。
健客:这个我知道。2022年1月汤加火山爆发,就引发了人们对气温下降和粮食减产的担忧。
云飞:嗯。再说说太阳活动的问题,太阳作为地球唯一的自然光源和热源,它的活动情况与地球息息相关。如果太阳表面的活动强度减弱了,那么对周围星球的热量输送就减少了,直接导致地球表面接收到的热量减少。温度降低后,高纬度和高海拔地区开始结冰,增强对太阳光的反射,减少对太阳光的吸收,进而导致温度进一步下降。
健客:哈哈,那时候,地球生物还没有那么大的能力让火山爆发或太阳表面活动强度减弱吧。
云飞:有点道理。但是,早期盖亚假说的目的论却让后两次冰河期极具迷幻色彩。
健客:怎么回事呢?
云飞:第二次冰河期结束后,地球迎来了寒武纪生命大爆发。第三次冰河期发生在大约100万年前,我们的祖先不幸碰上了。但从人类发展的角度来看,这次冰河期使人类祖先走出非洲,推动了文明的诞生。如果说地球是活的,那么生物灭绝是否是有意为之?甚至有人说,这一切都是为了人类。
健客:啊哦,有点晕!
云飞:这就像六月飞雪,本身是一种罕见的自然现象,可是,非说是老天为人鸣冤,就有点扯了。历史上,先有邹衍的故事,后来民间将此情节演绎到《窦娥冤》中。《后汉书·刘瑜传》引《淮南子》说:“邹衍事燕惠王,尽忠。左右谮之,王系之,(衍)仰天而哭,五月为之下霜。”故事讲的是战国时期,燕昭王姬平请齐国的邹衍等贤人来帮助治理国家,燕国的部分人对邹衍不满,在燕王面前进谗言,让邹衍蒙冤入狱,当时正值夏季,天降大风雪。燕王意识到邹衍的冤屈,就释放了他。后人用“六月飞雪”比喻冤狱。700多年前,中国有位叫关汉卿的作家,他创作的杂剧《窦娥冤》流传至今,大意是窦娥被无赖诬陷,又被受贿官府判斩刑。在窦娥被斩之后,“血溅白绫,六月飞雪,三年大旱”。
健客:嗯,现在都知道,下雪没有目的可言,下雨也不是龙王所为。
云飞:“欲穷千里目,更上一层楼”是有意为之,但不能说白“日依山尽,黄河入海流”也有目的,它们服从的是物理定律。有意思的是“欲穷千里目,更上一层楼”,一直被视为追求崇高精神境界的象征。知识的更新,科技的发展,世界的变化,时代的进步,这一切都需要提高自身的各种能力,才能够与时俱进。
生物学家对生命的定义是可观察、可操作性的,而洛夫洛克的论调更像是宗教性的反省,具有一种强烈的价值判断。将地球想象成女神的身体,森林是毛发,河流是血脉,肌肉则为土地,地球上的芸芸众生则是依靠女神身体的更微小的生物,传统上生命与无生命的界线开始变得模糊,原本关于生命的定义开始受到质疑。盖亚假说相当程度挑战了古典科学观的认知方式,也提出了对自然的不同看法。应该看到,盖亚假说具有革命意义,不完善是正常现象,在科学界引起激烈的争论也是正常现象。正是这种争论推动其向前发展。盖亚假说逐渐摒弃了目的论成分,迎来复兴,成为地球系统科学,其意义在于,能直接或间接地回答当今人类面临的生态问题和世界观问题。首先,全球生态环境恶化是人类当今面临的最严重的问题之一。盖亚假说启示人们,环境问题是涉及整个地球生态系统的问题,要解决这个问题不仅需要用系统的或整体的观点和方法来认识人类生产和生活方式对生态环境影响,而且需要人类共同行动。同时,盖亚假说也从道义上启示人们,包括人类在内的所有生物都是地球母亲的后代,人类既不是地球的主人,也不是地球的管理者。因此,人类应该热爱和保护地球母亲,并与其它生物和睦相处。温室效应令人印象深刻。不论讥为杞人忧天,或视作大难临头,都在密切注意它的变化,以及可能造成的影响。由于人类过度开采、使用石化燃料,已经使得原本存在地壳内的大量的碳进入大气圈,使得大气中二氧化碳浓度上升。有人认为这将造成全球气温上升,最后终将使南北极冰帽熔化,导致全球海平面上升,人类的生存会受到极大的威胁。但盖亚假说的支持者们认为地球不会变得如此不适合万物生存,总会有一些制衡的作用应运而生,而所有的作用总和加起来产生的效果就是维持稳态的地球,把地球看成活体,一些看似不平衡的现象,便可以用生理功能的自我调节来解释。对于二氧化碳造成的温室效应,地球似乎有个方法来对付它。随着气温上升、盐度增加,会导致藻类增加二甲基硫的排放量;二甲基硫的增加会使得大气的反射率增加,进而降低地表温度。然而,到目前为止,认为整个地球具有自我调节气候的能力,仍是一个未证实的假说。盖亚假说本身并不是判断人们的行为正确与否的道德标准,也不能得到地球生态系统自我调节能力的数据。地球就算有自我调节的功能,反应的时间也可能相当长。人类是现今地球上最有创造力,也最有破坏力的生物,我们肆无忌惮的破坏速度,是大地之母——盖亚,来不及修复的。只是,2011年,反感生存竞争的林恩,因中风而去世,享年73岁。像所有伟大科学家一样,有人认为她做出了跨越时代的杰出贡献,有人觉得她错的离谱;像所有英雄一样,有人把她看作女权主义的斗士,有人认为她是我行我素的偏执狂,所有是是非非,留给后人评说。
2014年,已经95岁高龄的洛夫洛克又出版了一本新书《奔向未来的艰难旅行:盖亚的下一轮进化》。在这本书中,洛夫洛克认为:如果人类的后代能成为未来地球的救星,那么人类未来还会在非常艰难的日子中幸存下来。他曾经在《盖亚时代》这本书中说过,未来的主宰不会变成另一个物种,智人是“地球历史上一个真正重要的物种”,注定要帮助盖亚在越来越亮的太阳照耀下生存下来。现在对于如何拴好气候变化这匹即将脱缰的战马,他认为我们可以通过共同努力减少二氧化碳排放,因为目前也没有其它好办法,但也许并不会奏效,因此,适应可能是唯一的选择。人类是否能顺利渡过这个世纪呢?技术的发展是否能解决一切问题呢?这本书像科普读物,也像科幻小说,因此他在书中描绘:在气候变化发生时,我们是否可以躲到用空调器建造的免受气候变化的高科技城市中呢?为了给这些高科技城市供能,需要持续的核能供应,天然气显然是不够的,而风能更是不可能。书中他并未讨论太阳能的利用,据说他认为无限供应的可再生能源对地球来说是一个巨大的危险。洛夫洛克认为人类注定要将他们创造的世界弄得一团糟,但他同时也承认人类有可能成为盖亚有益的一部分。由于人类意识赋予盖亚人性,因此盖亚充满了远见和对生存目的的追求。例如,人类可以有意识地进行干预,保护地球免受未来小行星的撞击。盖亚需要人类的帮助,其原因还在于那些负反馈机制在目前要使地球降温已经是不可能的了。从地球诞生到现在,太阳一直在变热,但同时增加了岩石风化的速度,大量消耗了大气中的二氧化碳,使得其浓度接近进行光合作用的下限。但是在人类开始增加大气二氧化碳浓度的时候,这个负反馈机制的作用已经没有那么明显了,因此需要一些其它冷却机制,或者出现更耐热的智能生命形式。
健客:等等,岩石风化怎么就消耗二氧化碳了?
云飞:在岩石风化过程中,要吸收二氧化碳,生成溶于水的碳酸盐。据说,每年由于岩石风化消耗的二氧化碳高达40-50亿吨。二氧化碳还有一些消耗渠道,如海洋的溶解、土壤的吸收等等。
洛夫洛克预测未来,他想象人类与电子元件合并,形成电子人世界,感知和调节地球的状态。他认为湿的有机生命必将被干的电子生命所取代,能够更好地应付过于炎热的太阳。他甚至设想,这样的人造生命形式的“进化”速度远远超越目前的人类,因为电子信息比神经元传输更快。自然杂志为这本科普读物写了书评,认为洛夫洛克具有非凡的思想,他在各种话题之间凭直觉跳来跳去,我们大多数人都跟不上他的思维。有时候,他沉浸在主体自觉的氛围,培养自己的创造力;接着,他又考虑如何让发明加速客体生命的进化。跳跃如此之大,有时候甚至连他自己也不确定究竟是什么论点了。
最后,引用恩格斯的警告:“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利,对于每一次这样的胜利,自然界都报复了我们。每一次胜利,在第一步都确实取得了我们预期的结果,但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎意料的影响,常常把第一个结果又取消了。”人类能否迷途知返,开始认识到保护地球,保护环境的责任?抑或地球不得不采取严厉的手段来惩治人类?
从1712年发明蒸汽机算起,燃煤动力带来了人类世的开端,地球转型为一个人类称霸的行星时代,一个由化石燃料以及随后导致的正反馈所推动的物质流、人口和信息处理的指数增长时代。人类利用自然的能力不断提高,但过度开发也导致生物多样性减少,迫使野生动物迁徙,增加野生动物体内病原的扩散传播。新世纪以来,从非典到禽流感、中东呼吸综合征、埃博拉病毒,再到这次新冠肺炎疫情,全球新发传染病频率明显升高。如果把地球的历史比作一天,那么人类在23点59分56秒才出现。也许只有更好平衡人与自然的关系,人类才能看到明天冉冉升起的朝阳。
欲知后事如何,且听下回分解。