Sciencemag.cz
Doporučujeme
O hypotéze Gaia už nejspíš slyšel každý. Byla by ale určitě nuda, kdybychom se měli omezit na představu Země jako hodné matičky veškerého života. Když už jsme u těch příměrů z antické mytologie, co si vybrat do hlavní role jinou hrdinku? Peter Ward, profesor biologie na University of Washington, tedy přišel s hypotézou Médeia.
V knize Medea Hypothesis představil Ward pohled, podle něhož Země hubí své děti, tedy živé organismy, podobně jako Médeia zabila svoje syny. Slavná kouzelnice z Kolchidy to sice provedla z důvodu, aby ranila jejich otce, který ji opustil, to nás však na tomto nemusí zajímat; děti lze jistě hubit i jen tak z rozmaru nebo prostě proto, aby neobtěžovaly. Nepropadejte iluzím, říká každopádně Ward, že největší pozemská vymírání mají na starosti vnější nepředvídatelné vlivy, jako jsou dopady asteroidů. Život je sám sobě nepřítelem – a tím se nemyslí činnost člověka ani hra kočky s myší.
Ward samozřejmě netvrdí, že by planeta Země nějak „záměrně“ chtěla zlikvidovat bující život. Název jeho knihy je prostě mediální slogan. Abychom mu ale porozuměli, je třeba se vrátit k tomu, vůči čemu se Médeia vymezuje: k hypotéze Gaia. Její autor James Lovelock tohoto názvu občas litoval, protože na jednu stranu mu sice přinesl popularitu mezi náboženskými hnutími typu new age, na druhé straně nedůvěru vědecké obce. Namísto výrazu Gaia zkoušel proto používat třeba termín „globální geofyziologie“, což je sice střízlivé, ale zdaleka ne tak chytlavé.
Hypotézu Gaia můžeme chápat mnoha způsoby, od celkem rozumných vědeckých teorií po blouznivé mystické vize. Do druhé skupiny patří představa, že by naše planeta byla nějakým superorganismem, eventuálně dokonce superorganismem obdařeným vědomím. K tomu se nedá moc říct: z pohledu neodarwinismu jsou organismy a jejich účelné vlastnosti prostě výsledkem přírodního výběru, mají své předky a (někdy) potomky. Gaia nic takového nemá, za živý organismus ji proto pokládat nemůžeme. O nějakém jejím „vědomí“ nejde už vůbec nic rozumného říct, lze si tak maximálně někam v extázi klekat o slunovratu a s podobnými pomatenci čerpat energii.
Z druhé strany můžeme celou hypotézu zformulovat zcela střízlivě. Život, ač hmotnost živých organismů představuje jen zlomek váhy celé planety, není totiž zdaleka jen nějaký nepodstatný šlem na zemském povrchu. Země je opravdu živá planeta: složení atmosféry (kyslík a jen minimum oxidu uhličitého) je výsledkem existence života. Organismy radikálně ovlivňují biochemické cykly celé řady látek. Možná samotná existence oceánů nebo i povaha tektonického pohybu pevninských desek (zdánlivě zcela „anorganický“ fyzikální proces) by bez života neexistovaly, nebo by měly úplně jinou povahu. Z tohoto pohledu je patrný obrovský rozdíl dejme tomu mezi Zemí a Marsem – i kdybychom na Rudé planetě našli několik živořících místních mikroorganismů, Mars je jako celek mrtvý, s atmosférou i povrchem ve stavu chemické rovnováhy. Život na Zemi je naopak celoplanetární fenomén.
Zajímavá je třetí verze hypotézy Gaia, kterou nejspíš zastává sám Lovelock. Nemyslí si, že by Země měla vědomí, ale přece jen naší planetě přičítá schopnost reagovat jako celek (tím se samozřejmě myslí něco sofistikovanějšího než dejme tomu reakce na gravitační působení Slunce). Lovelock si všímá toho, že život se na Zemi udržel po dobu nějakých 4 miliard let. Představuje si, že naše planeta, respektive sám život (Gaia v tomto pohledu znamená prostě biosféra) tedy nějakým způsobem dokáže na Zemi udržovat po celou dobu relativně konstantní podmínky. To vůbec není samo sebou: na Marsu kdysi nejspíš tekly řeky a po povrchu se rozlévala moře, dnes je tam mrazová poušť. Venuše byla možná v minulosti podobná Zemi, ale postupně se stala horkým peklem bez vody, zato s hojností kyseliny dusičné.
Zemi navíc nestačí pouze udržovat jednou vytvořený „metabolismus“, v představách Lovelocka se ho snaží i přizpůsobovat měnícím se vnějším podmínkám. Slunce totiž dodává stále více tepla (protože termojaderné reakce v jeho nitru se od přeměny vodíku na helium stále více posouvají k syntéze těžších prvků z hélia, při níž se uvolňuje více energie); zatímco před 4 miliardami let bylo tedy cílem Země spíše se zahřívat, dnes se musí čím dál více chladit. Teplota má v dlouhém období tendenci stoupat a energetickou bilancí planety je třeba neustále vyvažovat. Působí zde jistě i celá řada dalších vlivů, například chladnutí zemského jádra. To, že Slunce generuje stále více tepla, všechny procesy určitě nevysvětlí, vždyť třeba na Marsu bylo před miliardami let tepleji než dnes. Nicméně udržování stabilní teploty je základem celého homeostatu (homeostat je systém udržující konstantní hodnoty fyzikálních veličin; elementární příklad představuje termostat).
Podle Lovelocka přitom neustálé vyvažování energetické bilance Země není vůbec jednoduché: kdyby Země před miliardami let dejme tomu zmrzla, nedokázala by už rozmrznout, protože světlý led většinu tepla odrazí – a hotovo. Mechanismy, jimiž Země reaguje na vnější a vnitřní změny, musí být proto velice propracované. Lovelock na tomto základě mimochodem tvrdí, že současné klimatické změny nejsou žádnou hrozbou pro Gaiu, ta to nějak zvládne, ale naopak pro moderní civilizaci. Nicméně sám v tomto ohledu názory různě mění.
I proti představě Země jako polointeligentního homeostatu ale do hry vstupuje zásadní námitka z pohledu evoluční biologie: jistěže organismy nějakým způsobem mění své prostředí, činí to však ve svůj prospěch (respektive, v další metafoře, ve prospěch svých „sobeckých genů“), nikoliv kvůli nějakému „globálnímu dobru“. Vždyť naopak organismy si navzájem konkurují, probíhá mezi nimi přírodní výběr. Myslí si snad Lovelock, že vlci a zajíci se někde sejdou a dohodnou se, jak má Gaia fungovat, aby to bylo ku prospěchu ekosystému jako celku? Navíc samozřejmě vlci si ještě víc konkurují s jinými vlky a zajíci s jinými zajíci.
Na tuto námitku Lovelock odpověděl docela půvabným modelem, jímž je tzv. svět sedmikrásek. Představte si svět, na němž jako jediný živý organismus existují sedmikrásky. Mohou být zbarvené od bílé po černou. Pokud se Země přehřívá, budou jistě ve výhodě bílé sedmikrásky, které odrazí více slunečního tepla a samy se neuvaří. V populaci proto postupně převládnou bílé sedmikrásky. Důležité je, že světlé sedmikrásky přitom ochladí i Zemi jako celek, takže ta zůstane dále obyvatelná pro život. Až nastane chladno, vyplatí se sedmikráskám být naopak tmavší etc. Svět sedmikrásek ukazuje, jak se globální mechanismy mohou ustavit zcela samovolně, tak, že jsou v souladu s darwinismem výhodné i pro jednotlivé organismy. Z lokálního řádu povstává globální, z jednoduchých základních pravidel složitě koordinovaný systém, mezi hypotézou Gaia a darwinismem není vlastně žádný spor, jen oba tábory používají jiný jazyk a popisují fungování světa na jiné úrovni.
Lovelock si takhle nějak představoval smířlivý závěr svého sporu s biology. Země podle něj měla být homeostat, který sám sebe reguluje pomocí systému záporných zpětných vazeb. Respektive se Země o takové chování alespoň snaží (chápat stejně, jako když řekneme, že se o něco „snaží“ geny); až Slunce začne generovat příliš mnoho tepla, pak se autoregulace zhroutí, systém zkolabuje a po zániku života teplota vzroste skokem. I dobrý termostat se dá odpálit…
Problém modelového světa sedmikrásek je v tom, že jde o systém zkonstruovaný tak, aby generoval záporné zpětné vazby. Existují ale přece i zpětné vazby kladné: kdyby se ostatní sedmikrásky přehřívaly, ale některá díky mutaci dokázala snášet vyšší teplotu, pak by v jejím zájmu naopak bylo oteplování dále prohlubovat a získat konkurenční výhodu. Reálné fungování pozemského metabolismu může zahrnovat i kladné zpětné vazby: když se oteplí a roztaje věčně zmrzlá půda, uvolní se do atmosféry velké množství metanu, který je v permafrostu zamrzlý. Oteplování může tedy klidně vyvolat další ještě větší oteplování. Nějak takhle to mohlo proběhnout na Venuši.
A zde konečně přichází na scénu hypotéza Médeia. Země je podle Warda sice živá planeta, ale rozhodně se k životu nechová nějak účelně a ochranářsky. Naopak evoluce života několikrát přímo vyvolala velká vymírání a biosféra stála před zánikem; existence inteligentních bytostí je nejspíš jen neuvěřitelná náhoda. Podobně jako u slabého antropického principu v kosmologii nad tím lze podle Warda prostě jen pokrčit rameny: to, že jsme tady, je podmínkou nutnou k tomu, abychom mohli vytvářet podobné teorie, asi jako když odsouzence minou všechny kulky popravčí čety. Jiní odsouzenci mají typičtější osud a nad problémem dumat nemohou.
Podívejme se na pár příkladů, které Ward uvádí na podporu své hypotézy. Především Země podle něj není homeostat, neexistuje zde žádná celkově udržovaná teplota (mírné výkyvy typu dob ledových nejsou předmětem sporu) ani složení atmosféry. Problémy nepůsobí zdaleka jen asteroid, který si to dovolí napálit do Země, ale především život sám. Systém, který nějakým způsobem sám generuje své kolapsy, odkazuje třeba k popisům pomocí teorie chaosu. Jaké fatální události z dějin pozemského života lze podle Warda uvést?
Tak předně, tvrzení o tom, že pozemská teplota je relativně konstantní a jednou zamrzlá Země už nerozmrzne, je zřejmě chybné. V dávné minulosti došlo (možná i víckrát) k radikálnímu ochlazení, při němž kapalná voda zůstala sotva u rovníku. Jak to, že pak Země znovu rozmrzla, což by podle teorie Gaia neměla? Tyhle události a jejich mechanismy byly celkem složité a detailně je neznáme, ale další existenci biosféry mohl například zachránit gigantický sopečný výbuch, při němž se do atmosféry dostalo více oxidu uhličitého, čímž nastoupil skleníkový efekt a Země opět roztála.
Popsanou největší dobu ledovou způsobil zjevně sám život – fotosyntetizující organismy, které předtím vyčerpaly oxid uhličitý z atmosféry. Fotosyntéza, zdánlivě zcela mírumilovné zpracování sluneční energie, byla na svém počátku skutečně zbraní hromadného ničení: už předtím totiž fotosyntetizující organismy způsobily masové vymírání tehdy převažujících anaerobních bakterií, které prostě otrávily při fotosyntéze generovaným kyslíkem. Odpůrci kyslíku dodnes živoří jen u podmořských vulkánů nebo kdesi v bahně.
Ale ani před kyslíkem nežily organismy v žádné rajské zahradě. Ještě předtím, snad už před nějakými 3,7 miliardami let, metanogenní organismy naopak zahalily atmosféru smogem a téměř zabránily dopadu slunečního záření na zemský povrch.
První mnohobuněčné organismy mohly způsobit kolaps rozsáhlých jednobuněčných „povlaků“, což asi znamenalo snížení živé hmoty jako celku. Dalším kataklyzmatem byl devon, kdy rostliny pronikly v masovém měřítku na souš. Následný zásadně větší rozsah fotosyntézy opět způsobil pokles koncentrace oxidu uhličitého a ochlazení. Kolaps byl tehdy podpořen i dalšími vlivy, rostliny svými kořeny rozrušily povrch souše, změnily se mechanismy zvětrávání a cykly různých látek, které pak voda rychleji spláchla do moře. Výsledkem bylo opět masové vymírání.
Vyprávění o masových vymíráních se většinou soustředí na perm (vůbec největší kolaps v dějinách pozemského života, kdy vymřelo až 90 % všech živočišných druhů), trias (otevřela se cesta k dominanci dinosaurů) a křídu (skončila éra dinosaurů). Je to pochopitelné, protože se jedná o nejmladší katastrofy, z nichž máme k dispozici nejvíce paleontologických dokladů. Z toho, jak nějaké mikroorganismy otrávily kyslíkem jiné, se těžko může dochovat něco tak názorného jako zuby tyrannosaura. Největší kolapsy jsou ale nejspíš staršího data a vyvolaly je války všemožných titěrných potvor.
Lovelock i Ward se mimochodem shodují i na tom, že – bez ohledu na nějaké hádky o globální oteplování či vymírání způsobené člověkem, bez ohledu na člověka vůbec – je pozemská biosféra už téměř před zánikem. Ať už je Země Gaia či Médeia, má za sebou 4 miliardy let, před sebou pak dobu kratší: „…už je stará a moc života jí nezbývá. Protože se Slunce ohřívá, brzy bude příliš žhavé na to, aby pod ním přežili živočichové, rostliny a různé četné mikrobiální formy života,“ uvádí Lovelock.
Wardova prognóza je rovněž temná. Je podle něj docela dobře možné, že míra diverzity pozemského života dosáhla vrcholu někdy v druhohorách a my už žijeme v době úpadku, jen náhodně okořeněném vznikem inteligence. Prostřednictvím křemičitanového zvětrávání (které se bude zvyšovat s rostoucí teplotou) bude v atmosféře i přes současné trendy klesat podíl oxidu uhličitého. V určité chvíli již nebudou rostliny schopné dále provádět fotosyntézu. Následně vyhynou živočichové, pevnina se vylidní, do moře přestanou z pevniny proudit organické látky. Změní se i podoba řek – meandrovité zákruty jsou do značné míry výsledkem existence kořenů pozemské vegetace.
Život se vrátí na úroveň předcházející vzniku mnohobuněčných organismů před cca miliardou let. Vyšší teplota pak povede k většímu odparu vody. Pára bude působit skleníkový efekt, teplota se bude dále zvyšovat (i s minimem CO2). Voda bude vymrzat až ve vyšších vrstvách atmosféry, snáze tedy unikne ze Země, respektive po jejím rozkladu unikne lehký vodík. Dusík zmizí po reakci s kyslíkem a poslední vodní plochy budou podobně jako na Venuši proměněny v kyselinu dusičnou.
Při teplotě nad 374 <^>0 C už voda nemůže existovat v kapalné podobě pod žádným tlakem. Tehdy zahynou i poslední živé organismy, nejspíš nějaké litoautotrofní bakterie obývající místa pod povrchem pólů planety.
Současně se zastaví tektonické pohyby, jejichž existence podle Warda stejně jako podle Lovelocka souvisí s existencí života. Země se promění ve vyschlou rovnou placku potaženou solemi ze zmizelých moří, nad níž se budou vznášet mraky kyslíku. Kyslíková atmosféra bude snad jediný větší rozdíl oproti stavu na počátku života, jinak bude nehostinná Země na konci své éry opět dávnou neživou planetou.
Zajímavé je, že Ward vidí ve vývoji pozemské biosféry především tendenci k neustálému poklesu koncentrace oxidu uhličitého, který nakonec způsobí vyhubení rostlin. Emise CO2 podle něj tedy nemusíme snižovat, ale raději nyní přebytečný oxid uhličitý někam ukládat – jako pojistku třeba pro případ, že na dveře zaklepe nová doba ledová.
Z Wardových postojů ovšem na rozdíl od Lovelocka vyplývá i jeden závěr: Lidé si nemají co připadat jako ničitelé, kteří nějak ohrožují laskavou matičku Zemi – ta je totiž šílená či alespoň k řízení nekompetentní a už několikrát život málem sama vyhladila. Nemá tedy cenu proti různým geoinženýrských projektům vznášet ideologické námitky ve stylu „ale nevíme přece, co to nakonec udělá“. To totiž rozhodně neví ani Země…
Zdroje:
Peter Ward: The Medea Hypothesis, Princeton University Press 2009
Lovelock: Gaia, živoucí planeta (první vydání v češtině Mladá fronta 1994)
Lovelock: Gaia vrací úder, Academia 2009
Peter Ward je mj. spoluautor i v češtině vyšlé knihy Život a smrt planety Země – Argo a Dokořán, 2004 (druhý autor Donald Brownlee)
Existuje z toho všeho nějaké shrnutí? Možná tohle: Hypotéza Médeia má celkově podobný problém jako Gaia; vnímá biosféru jako systém propojený různými zpětnými vazbami do jediného celku. Je samozřejmě sympatické bořit všemožné mýty, třeba ten o moudré matičce Zemi. Paranoia, podle které nám Země naopak de facto ukládá o život, je celkem zábavná. Předpokládat, že život jako celek generuje své vlastní kolapsy, ale nakonec znamená podobný přístup, jako má Lovelock: že totiž biosféra nejen existuje, ale za tím vším hemžením je nějaký hlubší smysl, i kdyby mělo jít o sebedestruktivní činy šílence. Proč by to tak ale vůbec mělo být?
Jedná se o úryvek z knihy Zvrhlá věda
Zvrhlá věda je sbírkou kuriozit, zajímavostí, hypotéz, sporů i dedukcí – a hlavně dobrá zábava, za kterou by se nemusel stydět ani Ig Nobel.
Autor: Pavel Houser
Nakladatel: Nová vlna
Jazyk: čeština
Počet stran: 370
129 Kč
