La hipótesis de Gaia ( / ˈ ɡ aɪ . ə / ), también conocida como teoría de Gaia , paradigma de Gaia o principio de Gaia , propone que los organismos vivos interactúan con su entorno inorgánico en la Tierra para formar un sistema complejo sinérgico y autorregulador que ayuda a mantener y perpetuar las condiciones para la vida en el planeta.
La hipótesis de Gaia fue formulada por el químico James Lovelock [1] y codesarrollada por el microbiólogo Lynn Margulis en la década de 1970. [2] Siguiendo la sugerencia de su vecino, el novelista William Golding , Lovelock nombró la hipótesis en honor a Gaia , la deidad primordial que personificó la Tierra en la mitología griega . En 2006, la Sociedad Geológica de Londres le otorgó a Lovelock la Medalla Wollaston en parte por su trabajo sobre la hipótesis de Gaia. [3]
Los temas relacionados con la hipótesis incluyen cómo la biosfera y la evolución de los organismos afectan la estabilidad de la temperatura global , la salinidad del agua de mar , los niveles de oxígeno atmosférico , el mantenimiento de una hidrosfera de agua líquida y otras variables ambientales que afectan la habitabilidad de la Tierra .
La hipótesis de Gaia fue inicialmente criticada por ser teleológica y contraria a los principios de la selección natural , pero refinamientos posteriores alinearon la hipótesis de Gaia con ideas de campos como la ciencia del sistema terrestre , la biogeoquímica y la ecología de sistemas . [4] [5] [6] Aun así, la hipótesis de Gaia continúa atrayendo críticas, y hoy muchos científicos consideran que está débilmente respaldada por la evidencia disponible o en desacuerdo con ella. [7] [8] [9] [10]
Las hipótesis gaianas sugieren que los organismos coevolucionan con su entorno: es decir, "influyen en su entorno abiótico , y ese entorno a su vez influye en la biota mediante un proceso darwiniano ". Lovelock (1995) dio evidencia de esto en su segundo libro, Ages of Gaia , mostrando la evolución desde el mundo de las primeras bacterias termoacidofílicas y metanogénicas hacia la atmósfera enriquecida con oxígeno actual que sustenta una vida más compleja .
Una versión reducida de la hipótesis ha sido llamada "Gaia influyente" [11] en el artículo de 2002 "Directed Evolution of the Biosphere: Biogeochemical Selection or Gaia?" de Andrei G. Lapenis, que afirma que la biota influye en ciertos aspectos del mundo abiótico, por ejemplo, la temperatura y la atmósfera. Este no es el trabajo de un individuo sino de un colectivo de investigación científica rusa que se combinó en esta publicación revisada por pares. Afirma la coevolución de la vida y el medio ambiente a través de "microfuerzas" [11] y procesos biogeoquímicos. Un ejemplo es cómo la actividad de las bacterias fotosintéticas durante los tiempos precámbricos modificó completamente la atmósfera de la Tierra para convertirla en aeróbica y, por lo tanto, respalda la evolución de la vida (en particular, la vida eucariota ).
Dado que durante todo el siglo XX existieron barreras entre Rusia y el resto del mundo, solo hace relativamente poco tiempo que los primeros científicos rusos que introdujeron conceptos que se superponían al paradigma de Gaia se han vuelto más conocidos para la comunidad científica occidental. [11] Estos científicos incluyen a Piotr Alekseevich Kropotkin (1842-1921) (aunque pasó gran parte de su vida profesional fuera de Rusia), Rafail Vasil'evich Rizpolozhensky (1862 - c. 1922 ), Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) y Vladimir Alexandrovich Kostitzin (1886-1963).
Los biólogos y los científicos de la Tierra suelen considerar los factores que estabilizan las características de un período como una propiedad emergente no dirigida o entelequia del sistema; como cada especie individual persigue su propio interés, por ejemplo, sus acciones combinadas pueden tener efectos compensatorios sobre el cambio ambiental. Los oponentes de esta visión a veces hacen referencia a ejemplos de eventos que resultaron en un cambio dramático en lugar de un equilibrio estable, como la conversión de la atmósfera de la Tierra de un entorno reductor a uno rico en oxígeno al final del período Arcaico y el comienzo del Proterozoico .
Versiones menos aceptadas de la hipótesis sostienen que los cambios en la biosfera se producen a través de la coordinación de los organismos vivos y se mantienen esas condiciones mediante la homeostasis . En algunas versiones de la filosofía Gaia , todas las formas de vida se consideran parte de un único ser planetario vivo llamado Gaia . En esta visión, la atmósfera, los mares y la corteza terrestre serían resultados de intervenciones llevadas a cabo por Gaia a través de la diversidad coevolutiva de los organismos vivos.
El paradigma Gaia influyó en el movimiento de ecología profunda . [12]
La hipótesis de Gaia postula que la Tierra es un sistema complejo autorregulado que comprende la biosfera , la atmósfera , la hidrosfera y la pedosfera , estrechamente acopladas como un sistema en evolución. La hipótesis sostiene que este sistema en su conjunto, llamado Gaia, busca un entorno físico y químico óptimo para la vida contemporánea. [13]
Gaia evoluciona a través de un sistema de retroalimentación cibernética operado por la biota , lo que lleva a una amplia estabilización de las condiciones de habitabilidad en una homeostasis completa. Muchos procesos en la superficie de la Tierra, esenciales para las condiciones de vida, dependen de la interacción de las formas vivas, especialmente los microorganismos , con elementos inorgánicos. Estos procesos establecen un sistema de control global que regula la temperatura de la superficie de la Tierra , la composición de la atmósfera y la salinidad de los océanos , impulsado por el estado de desequilibrio termodinámico global del sistema Tierra. [14]
La existencia de una homeostasis planetaria influida por las formas de vida ya se había observado anteriormente en el campo de la biogeoquímica y se está investigando también en otros campos como la ciencia del sistema terrestre . La originalidad de la hipótesis de Gaia se basa en la afirmación de que dicho equilibrio homeostático se persigue activamente con el objetivo de mantener las condiciones óptimas para la vida, incluso cuando los acontecimientos terrestres o externos las amenazan. [15]
Desde que comenzó la vida en la Tierra, la energía proporcionada por el Sol ha aumentado entre un 25 y un 30 %; [16] sin embargo, la temperatura superficial del planeta se ha mantenido dentro de los niveles de habitabilidad, alcanzando márgenes bajos y altos bastante regulares. Lovelock también ha planteado la hipótesis de que los metanógenos produjeron niveles elevados de metano en la atmósfera primitiva, dando una situación similar a la encontrada en el smog petroquímico, similar en algunos aspectos a la atmósfera de Titán . [17] Esto, sugiere, ayudó a filtrar la luz ultravioleta hasta la formación de la capa de ozono, manteniendo un grado de homeostasis. Sin embargo, la investigación de la Tierra Bola de Nieve [18] ha sugerido que los "choques de oxígeno" y los niveles reducidos de metano llevaron, durante las Edades de Hielo Huroniana , Sturtiana y Marinoana / Varanger , a un mundo que casi se convirtió en una "bola de nieve" sólida. Estas épocas son evidencia contra la capacidad de la biosfera prefanerozoica para autorregularse completamente.
El procesamiento del gas de efecto invernadero CO 2 , que se explica a continuación, desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la temperatura de la Tierra dentro de los límites de habitabilidad.
La hipótesis CLAW , inspirada en la hipótesis Gaia, propone un ciclo de retroalimentación que opera entre los ecosistemas oceánicos y el clima de la Tierra . [19] La hipótesis propone específicamente que el fitoplancton particular que produce sulfuro de dimetilo responde a las variaciones en el forzamiento climático , y que estas respuestas conducen a un ciclo de retroalimentación negativa que actúa para estabilizar la temperatura de la atmósfera de la Tierra .
En la actualidad, el aumento de la población humana y el impacto ambiental de sus actividades, como la multiplicación de los gases de efecto invernadero, pueden provocar que las retroalimentaciones negativas en el medio ambiente se conviertan en positivas . Lovelock ha afirmado que esto podría provocar un calentamiento global extremadamente acelerado , [20] pero luego ha afirmado que los efectos probablemente se producirán más lentamente. [21]
En respuesta a las críticas de que la hipótesis de Gaia aparentemente requería una selección de grupos poco realista y una cooperación entre organismos, James Lovelock y Andrew Watson desarrollaron un modelo matemático, Daisyworld , en el que la competencia ecológica sustentaba la regulación de la temperatura planetaria. [22]
Daisyworld examina el balance energético de un planeta poblado por dos tipos diferentes de plantas, margaritas negras y margaritas blancas, que se supone que ocupan una parte significativa de la superficie. El color de las margaritas influye en el albedo del planeta, de modo que las margaritas negras absorben más luz y calientan el planeta, mientras que las margaritas blancas reflejan más luz y lo enfrían. Se supone que las margaritas negras crecen y se reproducen mejor a una temperatura más baja, mientras que las margaritas blancas prosperan mejor a una temperatura más alta. A medida que la temperatura se acerca al valor que les gusta a las margaritas blancas, estas últimas se reproducen más que las margaritas negras, lo que da lugar a un mayor porcentaje de superficie blanca y se refleja más luz solar, lo que reduce la entrada de calor y, finalmente, enfría el planeta. Por el contrario, a medida que la temperatura desciende, las margaritas negras se reproducen más que las margaritas blancas, absorben más luz solar y calientan el planeta. De este modo, la temperatura convergerá al valor en el que las tasas de reproducción de las plantas sean iguales.
Lovelock y Watson demostraron que, en un rango limitado de condiciones, esta retroalimentación negativa debida a la competencia puede estabilizar la temperatura del planeta en un valor que permita la vida, si la producción de energía del Sol cambia, mientras que un planeta sin vida mostraría grandes cambios de temperatura. El porcentaje de margaritas blancas y negras cambiará continuamente para mantener la temperatura en el valor en el que las tasas de reproducción de las plantas sean iguales, lo que permitirá que ambas formas de vida prosperen.
Se ha sugerido que los resultados eran predecibles porque Lovelock y Watson seleccionaron ejemplos que produjeron las respuestas que deseaban. [23]
La salinidad de los océanos se ha mantenido constante en torno al 3,5% durante mucho tiempo. [24] La estabilidad de la salinidad en los entornos oceánicos es importante, ya que la mayoría de las células requieren una salinidad bastante constante y, por lo general, no toleran valores superiores al 5%. La salinidad constante de los océanos fue un misterio durante mucho tiempo, porque no se conocía ningún proceso que contrarrestara la afluencia de sal de los ríos. Recientemente se ha sugerido [25] que la salinidad también puede estar fuertemente influenciada por la circulación del agua de mar a través de rocas basálticas calientes y que emerge como respiraderos de agua caliente en las dorsales oceánicas . Sin embargo, la composición del agua de mar está lejos del equilibrio y es difícil explicar este hecho sin la influencia de los procesos orgánicos. Una explicación sugerida radica en la formación de llanuras de sal a lo largo de la historia de la Tierra. Se plantea la hipótesis de que estas son creadas por colonias bacterianas que fijan iones y metales pesados durante sus procesos vitales. [24]
En los procesos biogeoquímicos de la Tierra, las fuentes y los sumideros son el movimiento de elementos. La composición de los iones de sal dentro de nuestros océanos y mares es: sodio (Na + ), cloro (Cl − ), sulfato (SO 4 2− ), magnesio (Mg 2+ ), calcio (Ca 2+ ) y potasio (K + ). Los elementos que componen la salinidad no cambian fácilmente y son una propiedad conservadora del agua de mar. [24] Hay muchos mecanismos que cambian la salinidad de una forma particulada a una forma disuelta y viceversa. Considerando la composición metálica de las fuentes de hierro a través de una red multifacética de diseño termomagnético, no solo el movimiento de elementos ayudaría hipotéticamente a reestructurar el movimiento de iones, electrones y similares, sino que también ayudaría potencial e inexplicablemente a equilibrar los cuerpos magnéticos del campo geomagnético de la Tierra. Las fuentes conocidas de sodio, es decir, sales, son cuando la meteorización, la erosión y la disolución de las rocas se transportan a los ríos y se depositan en los océanos.
El Mediterráneo como riñón de Gaia es descubierto (aquí) por Kenneth J. Hsu , un autor de correspondencia en 2001. Hsu sugiere que la " desecación " del Mediterráneo es evidencia de un "riñón" de Gaia en funcionamiento. En este y otros casos sugeridos anteriormente, son los movimientos de las placas y la física, no la biología, los que realizan la regulación. Las "funciones renales" anteriores se llevaron a cabo durante la " deposición de los gigantes salinos del Cretácico ( Atlántico Sur ), Jurásico ( Golfo de México ), Pérmico-Triásico ( Europa ), Devónico ( Canadá ) y Cámbrico / Precámbrico ( Gondwana )". [26]
La hipótesis de Gaia afirma que la composición atmosférica de la Tierra se mantiene en un estado dinámico y estable gracias a la presencia de vida. [27] La composición atmosférica proporciona las condiciones a las que se ha adaptado la vida contemporánea. Todos los gases atmosféricos, excepto los gases nobles, presentes en la atmósfera son producidos por organismos o procesados por ellos.
La estabilidad de la atmósfera de la Tierra no es consecuencia del equilibrio químico . El oxígeno es un compuesto reactivo y debería combinarse con los gases y minerales de la atmósfera y la corteza terrestres. El oxígeno solo comenzó a persistir en la atmósfera en pequeñas cantidades unos 50 millones de años antes del inicio del Gran Evento de Oxigenación . [28] Desde el comienzo del período Cámbrico , las concentraciones atmosféricas de oxígeno han fluctuado entre el 15% y el 35% del volumen atmosférico. [29] No deberían existir trazas de metano (en una cantidad de 100.000 toneladas producidas por año) [30] , ya que el metano es combustible en una atmósfera de oxígeno.
El aire seco de la atmósfera de la Tierra contiene aproximadamente (por volumen) 78,09% de nitrógeno , 20,95% de oxígeno, 0,93% de argón , 0,039% de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de otros gases, incluido el metano . Lovelock especuló originalmente que las concentraciones de oxígeno superiores al 25% aumentarían la frecuencia de los incendios forestales y la conflagración de los bosques. Sin embargo, este mecanismo no aumentaría los niveles de oxígeno si fueran demasiado bajos. Si se puede demostrar que las plantas producen O2 en exceso de forma robusta , entonces tal vez solo sea necesario el regulador de incendios forestales con alto contenido de oxígeno. Un trabajo reciente sobre los hallazgos de carbón provocado por incendios en mediciones de carbón del Carbonífero y Cretácico, en períodos geológicos en los que el O2 superó el 25%, ha respaldado la afirmación de Lovelock. [ cita requerida ]
Los científicos de Gaia consideran que la participación de los organismos vivos en el ciclo del carbono es uno de los procesos complejos que mantienen las condiciones adecuadas para la vida. La única fuente natural significativa de dióxido de carbono atmosférico ( CO2 ) es la actividad volcánica , mientras que la única eliminación significativa es a través de la precipitación de rocas carbonatadas . [31] La precipitación, disolución y fijación del carbono están influenciadas por las bacterias y las raíces de las plantas en los suelos, donde mejoran la circulación gaseosa, o en los arrecifes de coral, donde el carbonato de calcio se deposita como un sólido en el fondo del mar. El carbonato de calcio es utilizado por los organismos vivos para fabricar pruebas y conchas carbonosas. Una vez muertos, las conchas de los organismos vivos caen. Algunas llegan al fondo de mares poco profundos donde el calor y la presión del entierro, y/o las fuerzas de la tectónica de placas, eventualmente las convierten en depósitos de tiza y piedra caliza. Sin embargo, gran parte de las conchas muertas que caen se redisuelven en el océano por debajo de la profundidad de compensación de carbono.
Uno de estos organismos es Emiliania huxleyi , una alga cocolitófora abundante que puede tener un papel en la formación de nubes . [32] El exceso de CO 2 se compensa con un aumento de la vida cocolitofórida, lo que aumenta la cantidad de CO 2 atrapado en el fondo del océano. Los cocolitofóridos, si la hipótesis CLAW resulta ser compatible (ver "Regulación de la temperatura superficial global" más arriba), podrían ayudar a aumentar la cobertura de nubes, por lo tanto, controlar la temperatura de la superficie, ayudar a enfriar todo el planeta y favorecer la precipitación necesaria para las plantas terrestres. [ cita requerida ] Últimamente, la concentración atmosférica de CO 2 ha aumentado y hay alguna evidencia de que las concentraciones de floraciones de algas oceánicas también están aumentando. [33]
Los líquenes y otros organismos aceleran la erosión de las rocas en la superficie, mientras que la descomposición de las rocas también se produce más rápidamente en el suelo, gracias a la actividad de las raíces, los hongos, las bacterias y los animales subterráneos. Por tanto, el flujo de dióxido de carbono de la atmósfera al suelo se regula con la ayuda de los organismos vivos. Cuando los niveles de CO2 aumentan en la atmósfera, la temperatura aumenta y las plantas crecen. Este crecimiento conlleva un mayor consumo de CO2 por parte de las plantas, que lo procesan en el suelo, eliminándolo de la atmósfera.
La idea de la Tierra como un todo integrado, un ser vivo, tiene una larga tradición. La mítica Gea era la diosa griega primordial que personificaba a la Tierra , la versión griega de la « Madre Naturaleza » (de Ge = Tierra, y Aia = abuela PIE ), o la Madre Tierra . James Lovelock dio este nombre a su hipótesis después de una sugerencia del novelista William Golding , que vivía en el mismo pueblo que Lovelock en ese momento ( Bowerchalke , Wiltshire , Reino Unido). El consejo de Golding se basó en Gea, una ortografía alternativa para el nombre de la diosa griega, que se usa como prefijo en geología, geofísica y geoquímica. [34] Golding más tarde hizo referencia a Gea en su discurso de aceptación del premio Nobel .
En el siglo XVIII, cuando la geología se consolidaba como ciencia moderna, James Hutton sostuvo que los procesos geológicos y biológicos están interrelacionados. [35] Más tarde, el naturalista y explorador Alexander von Humboldt reconoció la coevolución de los organismos vivos, el clima y la corteza terrestre. [35] En el siglo XX, Vladimir Vernadsky formuló una teoría del desarrollo de la Tierra que ahora es uno de los fundamentos de la ecología. Vernadsky fue un geoquímico ucraniano y fue uno de los primeros científicos en reconocer que el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra son resultado de procesos biológicos. Durante la década de 1920 publicó trabajos en los que sostenía que los organismos vivos podían remodelar el planeta con tanta seguridad como cualquier fuerza física. Vernadsky fue un pionero de las bases científicas para las ciencias ambientales. [36] Sus pronunciamientos visionarios no fueron ampliamente aceptados en Occidente, y algunas décadas después la hipótesis de Gaia recibió el mismo tipo de resistencia inicial por parte de la comunidad científica.
También a finales del siglo XX, Aldo Leopold , pionero en el desarrollo de la ética ambiental moderna y en el movimiento por la conservación de la naturaleza , sugirió una Tierra viva en su ética biocéntrica u holística respecto de la tierra.
Al menos no es imposible considerar las partes de la Tierra (suelo, montañas, ríos, atmósfera, etc.) como órganos o partes de órganos de un todo coordinado, cada parte con su función definida. Y si pudiéramos ver este todo, como un todo, a lo largo de un gran período de tiempo, podríamos percibir no sólo órganos con funciones coordinadas, sino posiblemente también ese proceso de consumo como reemplazo que en biología llamamos metabolismo o crecimiento. En tal caso tendríamos todos los atributos visibles de un ser vivo, que no nos damos cuenta de que lo es porque es demasiado grande y sus procesos vitales son demasiado lentos.
—Stephan Harding, Tierra animada [37]
Otra influencia para la hipótesis de Gaia y el movimiento ambientalista en general fue la que tuvo lugar como efecto secundario de la carrera espacial entre la Unión Soviética y los Estados Unidos de América. Durante la década de 1960, los primeros humanos en el espacio pudieron ver cómo se veía la Tierra en su conjunto. La fotografía Earthrise tomada por el astronauta William Anders en 1968 durante la misión Apollo 8 se convirtió, a través del efecto de visión general , en un símbolo temprano del movimiento ecologista global. [38]
Lovelock comenzó a definir la idea de una Tierra autorregulada controlada por la comunidad de organismos vivos en septiembre de 1965, mientras trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro en California sobre métodos para detectar vida en Marte . [39] [40] El primer artículo en mencionarlo fue Planetary Atmospheres: Compositional and other Changes Associated with the Presence of Life , en coautoría con CE Giffin. [41] Un concepto principal fue que la vida podía detectarse a escala planetaria por la composición química de la atmósfera. Según los datos recopilados por el observatorio Pic du Midi , planetas como Marte o Venus tenían atmósferas en equilibrio químico . Esta diferencia con la atmósfera de la Tierra se consideró una prueba de que no había vida en estos planetas.
Lovelock formuló la hipótesis de Gaia en artículos de revistas en 1972 [1] y 1974 [2], seguidos por un libro popularizado en 1979 Gaia: A new look at life on Earth . Un artículo en New Scientist del 6 de febrero de 1975 [42] y una versión popular en forma de libro de la hipótesis, publicada en 1979 con el título The Quest for Gaia , comenzaron a atraer la atención científica y crítica.
Lovelock la denominó en un principio hipótesis de retroalimentación de la Tierra [43] , y era una forma de explicar el hecho de que las combinaciones de sustancias químicas, incluido el oxígeno y el metano, persisten en concentraciones estables en la atmósfera de la Tierra. Lovelock sugirió detectar dichas combinaciones en las atmósferas de otros planetas como una forma relativamente fiable y barata de detectar vida.
Más tarde, surgieron otras relaciones, como la de que las criaturas marinas producían azufre y yodo en aproximadamente las mismas cantidades que las requeridas por las criaturas terrestres, y ayudaron a reforzar la hipótesis. [44]
En 1971, la microbióloga Lynn Margulis se unió a Lovelock en el esfuerzo de desarrollar la hipótesis inicial en conceptos científicamente probados, aportando su conocimiento sobre cómo los microbios afectan la atmósfera y las diferentes capas de la superficie del planeta. [4] La bióloga estadounidense también había despertado críticas de la comunidad científica con su defensa de la teoría sobre el origen de los orgánulos eucariotas y sus contribuciones a la teoría endosimbiótica , hoy aceptada. Margulis dedicó el último de los ocho capítulos de su libro, The Symbiotic Planet , a Gaia. Sin embargo, se opuso a la personificación generalizada de Gaia y destacó que Gaia "no es un organismo", sino "una propiedad emergente de la interacción entre organismos". Definió a Gaia como "la serie de ecosistemas interactuantes que componen un único ecosistema enorme en la superficie de la Tierra. Punto". El "eslogan" más memorable del libro fue en realidad una broma de un estudiante de Margulis.
James Lovelock denominó su primera propuesta hipótesis de Gaia , aunque también ha utilizado el término teoría de Gaia . Lovelock afirma que la formulación inicial se basaba en la observación, pero que aún carecía de una explicación científica. Desde entonces, la hipótesis de Gaia ha sido apoyada por una serie de experimentos científicos [45] y ha proporcionado una serie de predicciones útiles. [46]
En 1985, el primer simposio público sobre la hipótesis de Gaia, ¿Es la Tierra un organismo vivo?, se celebró en la Universidad de Massachusetts Amherst , del 1 al 6 de agosto. [47] El patrocinador principal fue la Sociedad Nacional Audubon . Entre los oradores se encontraban James Lovelock, Lynn Margulis , George Wald , Mary Catherine Bateson , Lewis Thomas , Thomas Berry , David Abram , John Todd , Donald Michael, Christopher Bird , Michael Cohen y William Fields. Asistieron unas quinientas personas. [48]
En 1988, el climatólogo Stephen Schneider organizó una conferencia de la Unión Geofísica Americana . La primera Conferencia Chapman sobre Gaia [4] se celebró en San Diego, California, el 7 de marzo de 1988.
Durante la sesión de "fundamentos filosóficos" de la conferencia, David Abram habló sobre la influencia de la metáfora en la ciencia y de la hipótesis de Gaia como una metáfora nueva y potencialmente revolucionaria, mientras que James Kirchner criticó la hipótesis de Gaia por su imprecisión. Kirchner afirmó que Lovelock y Margulis no habían presentado una hipótesis de Gaia, sino cuatro:
Kirchner reconoció dos alternativas en relación con la Gaia homeostática: la "Gaia débil" sostenía que la vida tiende a estabilizar el entorno para el florecimiento de toda la vida; la "Gaia fuerte", según Kirchner, sostenía que la vida tiende a estabilizar el entorno para permitir el florecimiento de toda la vida. La Gaia fuerte, afirmaba Kirchner, no se podía comprobar y, por lo tanto, no era científica. [49]
Sin embargo, Lovelock y otros científicos partidarios de Gaia intentaron refutar la afirmación de que la hipótesis no es científica porque es imposible ponerla a prueba mediante experimentos controlados. Por ejemplo, contra la acusación de que Gaia era teleológica, Lovelock y Andrew Watson ofrecieron el modelo Daisyworld (y sus modificaciones, mencionadas anteriormente) como prueba contra la mayoría de estas críticas. [22] Lovelock dijo que el modelo Daisyworld "demuestra que la autorregulación del medio ambiente global puede surgir de la competencia entre tipos de vida que alteran su medio ambiente local de diferentes maneras". [50]
Lovelock tuvo cuidado de presentar una versión de la hipótesis de Gaia que no afirmaba que Gaia mantuviera intencional o conscientemente el complejo equilibrio en su entorno que la vida necesitaba para sobrevivir. Parecería que la afirmación de que Gaia actúa "intencionadamente" era una afirmación de su popular libro inicial y no estaba destinada a ser tomada literalmente. Esta nueva afirmación de la hipótesis de Gaia fue más aceptable para la comunidad científica. La mayoría de las acusaciones de teleologismo cesaron después de esta conferencia. [ cita requerida ]
Cuando se celebró la 2ª Conferencia Chapman sobre la Hipótesis de Gaia, celebrada en Valencia (España) el 23 de junio de 2000, [51] la situación había cambiado significativamente. En lugar de analizar las visiones teleológicas de Gaia o los "tipos" de hipótesis de Gaia, el enfoque se centró en los mecanismos específicos mediante los cuales se mantenía la homeostasis básica a corto plazo dentro de un marco de cambio estructural evolutivo significativo a largo plazo.
Las preguntas principales fueron: [52]
En 1997, Tyler Volk argumentó que un sistema Gaia se produce casi inevitablemente como resultado de una evolución hacia estados homeostáticos alejados del equilibrio que maximizan la producción de entropía , y Axel Kleidon (2004) estuvo de acuerdo al afirmar: "... el comportamiento homeostático puede surgir de un estado de MEP asociado con el albedo planetario"; "... el comportamiento resultante de una Tierra simbiótica en un estado de MEP puede bien conducir a un comportamiento casi homeostático del sistema de la Tierra en escalas de tiempo largas, como lo afirma la hipótesis de Gaia". M. Staley (2002) ha propuesto de manera similar "...una forma alternativa de la teoría de Gaia basada en principios darwinianos más tradicionales... En [este] nuevo enfoque, la regulación ambiental es una consecuencia de la dinámica de la población. El papel de la selección es favorecer a los organismos que se adaptan mejor a las condiciones ambientales predominantes. Sin embargo, el medio ambiente no es un telón de fondo estático para la evolución, sino que está muy influenciado por la presencia de organismos vivos. El proceso dinámico de coevolución resultante conduce finalmente a la convergencia del equilibrio y las condiciones óptimas".
En octubre de 2006 se celebró en el campus de Arlington, Virginia, de la Universidad George Mason una cuarta conferencia internacional sobre la hipótesis de Gaia, patrocinada por la Autoridad del Parque Regional del Norte de Virginia y otros. [53]
El evento fue organizado por Martin Ogle, Naturalista en Jefe de NVRPA y defensor de la hipótesis de Gaia desde hace mucho tiempo. Lynn Margulis, Profesora Universitaria Distinguida en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachusetts-Amherst y defensora de la hipótesis de Gaia desde hace mucho tiempo, fue la oradora principal. Entre muchos otros oradores: Tyler Volk, codirector del Programa de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la Universidad de Nueva York; el Dr. Donald Aitken, Director de Donald Aitken Associates; el Dr. Thomas Lovejoy , Presidente del Centro Heinz para la Ciencia, la Economía y el Medio Ambiente; Robert Corell , Miembro Senior del Programa de Política Atmosférica de la Sociedad Meteorológica Estadounidense y el destacado especialista en ética ambiental, J. Baird Callicott .
Después de recibir inicialmente poca atención de los científicos (desde 1969 hasta 1977), a partir de entonces durante un período la hipótesis inicial de Gaia fue criticada por varios científicos, entre ellos Ford Doolittle , [54] Richard Dawkins [55] y Stephen Jay Gould . [4] Lovelock ha dicho que debido a que su hipótesis lleva el nombre de una diosa griega y es defendida por muchos no científicos, [43] la hipótesis de Gaia fue interpretada como una religión neopagana . Muchos científicos en particular también criticaron el enfoque adoptado en su popular libro Gaia, una nueva mirada a la vida en la Tierra por ser teleológico , una creencia de que las cosas tienen un propósito y están dirigidas hacia un objetivo. En respuesta a esta crítica en 1990, Lovelock afirmó: "En ninguna parte de nuestros escritos expresamos la idea de que la autorregulación planetaria tiene un propósito o implica previsión o planificación por parte de la biota ".
Stephen Jay Gould criticó a Gaia por ser "una metáfora, no un mecanismo". [56] Quería conocer los mecanismos reales mediante los cuales se lograba la homeostasis autorregulada. En su defensa de Gaia, David Abram sostiene que Gould pasó por alto el hecho de que el "mecanismo", en sí mismo, es una metáfora -si bien una metáfora extremadamente común y a menudo no reconocida- que nos lleva a considerar los sistemas naturales y vivos como si fueran máquinas organizadas y construidas desde afuera (en lugar de fenómenos autopoiéticos o autoorganizados). Las metáforas mecánicas, según Abram, nos llevan a pasar por alto la cualidad activa o agente de las entidades vivientes, mientras que las metáforas organísmicas de la hipótesis de Gaia acentúan la agencia activa tanto de la biota como de la biosfera en su conjunto. [57] Con respecto a la causalidad en Gaia, Lovelock argumenta que no hay un único mecanismo responsable, que las conexiones entre los diversos mecanismos conocidos tal vez nunca se conozcan, que esto se acepta en otros campos de la biología y la ecología como algo natural, y que se reserva una hostilidad específica para su propia hipótesis por otras razones. [43]
Además de aclarar su lenguaje y su comprensión de lo que se entiende por forma de vida, el propio Lovelock atribuye la mayor parte de las críticas a una falta de comprensión de las matemáticas no lineales por parte de sus críticos y a una forma linealizadora de reduccionismo codicioso en la que todos los eventos deben atribuirse inmediatamente a causas específicas antes de que ocurran. También afirma que la mayoría de sus críticos son biólogos, pero que su hipótesis incluye experimentos en campos ajenos a la biología y que algunos fenómenos autorregulados pueden no ser explicables matemáticamente. [43]
Lovelock ha sugerido que los mecanismos de retroalimentación biológica global podrían evolucionar por selección natural , afirmando que los organismos que mejoran su entorno para su supervivencia lo hacen mejor que los que dañan su entorno. Sin embargo, a principios de la década de 1980, W. Ford Doolittle y Richard Dawkins argumentaron por separado en contra de este aspecto de Gaia. Doolittle argumentó que nada en el genoma de los organismos individuales podría proporcionar los mecanismos de retroalimentación propuestos por Lovelock y, por lo tanto, la hipótesis de Gaia no proponía ningún mecanismo plausible y no era científica. [54] Mientras tanto, Dawkins afirmó que para que los organismos actuaran en concierto se requeriría previsión y planificación, lo que es contrario a la comprensión científica actual de la evolución. [55] Al igual que Doolittle, también rechazó la posibilidad de que los bucles de retroalimentación pudieran estabilizar el sistema.
Margulis argumentó en 1999 que " la gran visión de Darwin no era errónea, sólo incompleta. Al acentuar la competencia directa entre individuos por los recursos como el mecanismo de selección primario, Darwin (y especialmente sus seguidores) crearon la impresión de que el medio ambiente era simplemente un escenario estático". Escribió que la composición de la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera de la Tierra están reguladas en torno a "puntos de ajuste" como en la homeostasis , pero esos puntos de ajuste cambian con el tiempo. [58]
El biólogo evolucionista WD Hamilton llamó al concepto de Gaia copernicano , añadiendo que se necesitaría otro Newton para explicar cómo la autorregulación gaiana tiene lugar a través de la selección natural darwiniana . [34] [ se necesita una mejor fuente ] Más recientemente, Ford Doolittle, basándose en su propuesta ITSNTS (It's The Song Not The Singer) y la de Inkpen [59], propuso que la persistencia diferencial puede desempeñar un papel similar a la reproducción diferencial en la evolución por selección natural, proporcionando así una posible reconciliación entre la teoría de la selección natural y la hipótesis de Gaia. [60]
La hipótesis de Gaia sigue siendo ampliamente recibida con escepticismo por la comunidad científica. Por ejemplo, en la revista Climatic Change en 2002 y 2003 se expusieron argumentos a favor y en contra de ella. Un argumento importante en su contra son los numerosos ejemplos en los que la vida ha tenido un efecto perjudicial o desestabilizador sobre el medio ambiente en lugar de actuar para regularlo. [7] [8] Varios libros recientes han criticado la hipótesis de Gaia, expresando puntos de vista que van desde "... la hipótesis de Gaia carece de un apoyo observacional inequívoco y tiene importantes dificultades teóricas" [61] hasta "Suspendido incómodamente entre metáforas contaminadas, hechos y ciencia falsa, prefiero dejar a Gaia firmemente en segundo plano" [9] hasta "La hipótesis de Gaia no está respaldada ni por la teoría evolutiva ni por la evidencia empírica del registro geológico". [62] La hipótesis CLAW [19] , sugerida inicialmente como un posible ejemplo de retroalimentación gaiana directa, posteriormente se ha encontrado que es menos creíble a medida que ha mejorado la comprensión de los núcleos de condensación de las nubes . [63] En 2009 se propuso la hipótesis Medea : la vida tiene impactos altamente perjudiciales (biocidas) sobre las condiciones planetarias, en oposición directa a la hipótesis Gaia. [64]
En una evaluación de la hipótesis de Gaia en un libro publicado en 2013 y que tiene en cuenta la evidencia moderna de las distintas disciplinas pertinentes, Toby Tyrrell concluyó que: "Creo que Gaia es un callejón sin salida. Sin embargo, su estudio ha generado muchas preguntas nuevas y que invitan a la reflexión. Si bien rechazamos a Gaia, podemos apreciar al mismo tiempo la originalidad y la amplitud de visión de Lovelock, y reconocer que su audaz concepto ha ayudado a estimular muchas ideas nuevas sobre la Tierra y a defender un enfoque holístico para estudiarla". [65] En otro lugar presenta su conclusión: "La hipótesis de Gaia no es una imagen precisa de cómo funciona nuestro mundo". [66] Esta afirmación debe entenderse como una referencia a las formas "fuerte" y "moderada" de Gaia: que la biota obedece a un principio que funciona para hacer que la Tierra sea óptima (fuerza 5) o favorable para la vida (fuerza 4) o que funciona como un mecanismo homeostático (fuerza 3). Esta última es la forma "más débil" de Gaia que Lovelock ha defendido. Tyrrell lo rechaza, pero considera que las dos formas más débiles de Gaia —la Gaia coevolucionaria y la Gaia influyente, que afirman que existen vínculos estrechos entre la evolución de la vida y el medio ambiente y que la biología afecta al medio ambiente físico y químico— son ambas creíbles, pero que no es útil utilizar el término "Gaia" en este sentido y que esas dos formas ya se aceptaban y explicaban mediante los procesos de selección natural y adaptación. [67]
Como lo enfatizan múltiples críticos, no existe ningún mecanismo plausible que impulse la evolución de bucles de retroalimentación negativa que conduzcan a la autorregulación planetaria del clima. [8] [9] De hecho, múltiples incidentes en la historia de la Tierra (ver la hipótesis de Medea ) han demostrado que la Tierra y la biosfera pueden entrar en bucles de retroalimentación positiva autodestructivos que conducen a eventos de extinción masiva. [68]
Por ejemplo, las glaciaciones de la Tierra Bola de Nieve parecieron ser resultado del desarrollo de la fotosíntesis durante un período en el que el Sol era más frío que ahora. Estos mecanismos tendrán algún efecto, pero cualquier comprensión de los ciclos glaciales-interglaciales requiere el estudio de las variaciones en la órbita de la Tierra alrededor del Sol, la inclinación de su eje de rotación y el "bamboleo" en ese movimiento de rotación que causa la periodicidad de la insolación en el hemisferio norte, estableciendo así el régimen térmico de la Tierra. Incluyendo estudios de los campos de las matemáticas y las ciencias de la Tierra, los campos de la geología y la geografía proporcionan una visión de las causas de las eras de hielo. Mientras tanto, la eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera, junto con la oxidación del metano atmosférico por el oxígeno liberado, resultó en una disminución dramática del efecto invernadero . [nota 1] La expansión resultante de las capas de hielo polares disminuyó la fracción general de luz solar absorbida por la Tierra, lo que resultó en un bucle de retroalimentación positiva descontrolado hielo-albedo que finalmente resultó en glaciación en casi toda la superficie de la Tierra. [70] Sin embargo, los procesos volcánicos a esta escala deben entenderse como relacionados con la presión ejercida sobre la corteza terrestre y liberada durante los períodos de retroceso de las capas de hielo. La salida de la Tierra de su estado congelado parece haberse debido directamente a la liberación de dióxido de carbono y metano por parte de los volcanes, [71] aunque la liberación de metano por parte de los microbios atrapados debajo del hielo también podría haber desempeñado un papel. [72] Contribuciones menores al calentamiento provendrían del hecho de que la cobertura de la Tierra por capas de hielo inhibió en gran medida la fotosíntesis y redujo la eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera por la erosión de las rocas silíceas. Sin embargo, en ausencia de actividad tectónica, la condición de bola de nieve podría haber persistido indefinidamente. [73] : 43–68
Los eventos geológicos con retroalimentaciones positivas amplificadoras (junto con alguna posible participación biológica) llevaron a la mayor extinción masiva registrada, la extinción del Pérmico-Triásico hace unos 250 millones de años. El evento precipitante parece haber sido erupciones volcánicas en las Traps Siberianas , una región montañosa de basaltos de inundación en Siberia. Estas erupciones liberaron altos niveles de dióxido de carbono y dióxido de azufre que elevaron las temperaturas mundiales y acidificaron los océanos. [74] Las estimaciones del aumento en los niveles de dióxido de carbono varían ampliamente, desde tan solo un aumento del doble hasta un aumento de hasta veinte veces. [73] : 69–91 Las retroalimentaciones amplificadoras aumentaron el calentamiento a un nivel considerablemente mayor que el que se esperaría simplemente del efecto invernadero del dióxido de carbono: estas incluyen la retroalimentación del albedo del hielo, la mayor evaporación del vapor de agua (otro gas de efecto invernadero) a la atmósfera, la liberación de metano por el calentamiento de los depósitos de hidrato de metano enterrados bajo el permafrost y debajo de los sedimentos de la plataforma continental, y el aumento de los incendios forestales. [73] : 69–91 El aumento del dióxido de carbono acidificó los océanos, lo que provocó la muerte generalizada de criaturas con caparazones de carbonato de calcio, matando moluscos y crustáceos como cangrejos y langostas y destruyendo los arrecifes de coral. [75] Su desaparición provocó la interrupción de toda la cadena alimentaria oceánica. [76] Se ha argumentado que el aumento de las temperaturas puede haber provocado la alteración de la quimioclina que separa las aguas profundas sulfídicas de las aguas superficiales oxigenadas, lo que provocó una liberación masiva de sulfuro de hidrógeno tóxico (producido por bacterias anaeróbicas ) a la superficie del océano e incluso a la atmósfera, contribuyendo al colapso (principalmente impulsado por el metano) de la capa de ozono, [77] y ayudando a explicar la muerte de la vida animal y vegetal terrestre. [78]
A pesar de la evidencia de múltiples eventos de extinción masiva de que la biosfera no es totalmente capaz de autorregularse, el hecho es que existen bucles de retroalimentación negativa. Como se mencionó anteriormente, a pesar de que la energía proporcionada por el Sol ha aumentado entre un 25% y un 30% durante los últimos cuatro mil millones de años de vida en la Tierra, la temperatura de la superficie del planeta se ha mantenido dentro de límites habitables. La participación de los organismos vivos en los ciclos del oxígeno y el carbono está bien establecida. Sin embargo, dada la falta de una explicación plausible por parte de la selección natural según la cual la vida en la Tierra podría haber evolucionado para regular su entorno abiótico, ¿cómo pudieron surgir esos bucles de retroalimentación?
Según el principio antrópico débil , nuestra observación de tales bucles de retroalimentación estabilizadores es un efecto de selección del observador. [79] [80] [81] En todo el universo, solo los planetas con propiedades gaianas podrían haber desarrollado organismos inteligentes y conscientes de sí mismos capaces de hacer tales preguntas. [73] : 50 Uno puede imaginar innumerables mundos donde la vida evolucionó con diferentes bioquímicas o donde los mundos tenían diferentes propiedades geofísicas de modo que los mundos están actualmente muertos debido al efecto invernadero descontrolado, o están en perpetua bola de nieve, o debido a un factor u otro, la vida se ha visto inhibida de evolucionar más allá del nivel microbiano. [nota 2]
Si no existen medios para que la selección natural opere a nivel de la biosfera, entonces parecería que el principio antrópico proporciona la única explicación para la supervivencia de la biosfera de la Tierra a lo largo del tiempo geológico. Pero en los últimos años, esta visión estrictamente reduccionista ha sido modificada por el reconocimiento de que la selección natural puede operar en múltiples niveles de la jerarquía biológica, no solo a nivel de organismos individuales. [82] La selección natural darwiniana tradicional requiere entidades que se reproduzcan y muestren propiedades o habilidades heredables que resulten en que tengan más descendencia que sus competidores. Las biosferas exitosas claramente no pueden reproducirse para generar copias de sí mismas, y por lo tanto la selección natural darwiniana tradicional no puede operar. Ford Doolittle propuso un mecanismo para la selección a nivel de la biosfera: aunque había sido un fuerte y temprano crítico de la hipótesis de Gaia, [54] en 2015 había comenzado a pensar en formas por las cuales Gaia podría ser "darwinizada", buscando medios por los cuales el planeta podría haber desarrollado adaptaciones a nivel de la biosfera. Doolittle ha sugerido que la persistencia diferencial -la mera supervivencia- podría considerarse un mecanismo legítimo para la selección natural. A medida que la Tierra pasa por diversos desafíos, el fenómeno de la persistencia diferencial permite que entidades seleccionadas logren la fijación al sobrevivir a la muerte de sus competidores. Aunque la biosfera de la Tierra no compite con otras biosferas en otros planetas, hay muchos competidores por la supervivencia en este planeta. Colectivamente, Gaia constituye el clado único de todos los sobrevivientes vivos descendientes del último ancestro común universal (LUCA) de la vida. [81] Varias otras propuestas para la selección a nivel de la biosfera incluyen la selección secuencial, la jerarquía entrópica, [83] y considerar a Gaia como un sistema similar a un holobionte . [84] En última instancia, la persistencia diferencial y la selección secuencial son variantes del principio antrópico, [83] mientras que la jerarquía entrópica y los argumentos de los holobiontes posiblemente permitan comprender el surgimiento de Gaia sin argumentos antrópicos. [83] [84]
