La hipótesis de Gaia ( / 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 autorregulado . que ayuda a mantener y perpetuar las condiciones para la vida en el planeta.
La hipótesis Gaia fue formulada por el químico James Lovelock [1] y desarrollada conjuntamente por la microbióloga 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 personificaba la Tierra en la mitología griega . En 2006, la Sociedad Geológica de Londres 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 mejoras 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 en día muchos científicos consideran que está débilmente respaldada por la evidencia disponible o que está 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 actual enriquecida con oxígeno que sustenta vida más compleja .
Una versión reducida de la hipótesis ha sido denominada "Gaia influyente" [11] en "Evolución dirigida de la biosfera: ¿Selección biogeoquímica o 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 investigaciones científicas rusas que se combinaron 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 la época precámbrica modificó completamente la atmósfera de la Tierra para volverla aeróbica y, por tanto, sustenta la evolución de la vida (en particular, la vida eucariota ).
Dado que a lo largo del siglo XX existieron barreras entre Rusia y el resto del mundo, sólo hace relativamente poco tiempo que los primeros científicos rusos que introdujeron conceptos que se superponían al paradigma de Gaia se han hecho más conocidos por 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 de contrapeso sobre el cambio ambiental. Quienes se oponen a esta visión a veces hacen referencia a ejemplos de eventos que resultaron en cambios dramáticos en lugar de un equilibrio estable, como la conversión de la atmósfera terrestre de un ambiente reductor a uno rico en oxígeno al final del período Arcaico y al comienzo del Proterozoico . .
Versiones menos aceptadas de la hipótesis afirman que los cambios en la biosfera se producen mediante la coordinación de organismos vivos y 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 viviente llamado Gaia . Desde esta visión, la atmósfera, los mares y la corteza terrestre serían resultados de intervenciones llevadas a cabo por Gaia a través de la diversidad coevolucionante de organismos vivos.
El paradigma Gaia influyó en el movimiento de la ecología profunda . [12]
La hipótesis Gaia postula que la Tierra es un sistema complejo autorregulado que involucra la biosfera , la atmósfera , la hidrosfera y la pedosfera , estrechamente acoplados 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 cibernético operado por la biota , lo que lleva a una amplia estabilización de las condiciones de habitabilidad en plena homeostasis. Muchos procesos en la superficie terrestre, esenciales para las condiciones de vida, dependen de la interacción de formas vivas, especialmente 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 terrestre. [14]
La existencia de una homeostasis planetaria influenciada por formas vivas había sido observada previamente en el campo de la biogeoquímica , y está siendo investigada también en otros campos como la ciencia del sistema terrestre . La originalidad de la hipótesis Gaia se basa en la evaluación 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 producían 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 bloquear la luz ultravioleta hasta la formación de la capa de ozono, manteniendo cierto grado de homeostasis. Sin embargo, la investigación de Snowball Earth [18] ha sugerido que los "choques de oxígeno" y los niveles reducidos de metano condujeron, durante las Edades de Hielo Huroniano , Sturtiano y Marinoano / Varanger , a un mundo que estuvo a punto de convertirse en una sólida "bola de nieve". Estas épocas son una prueba de la capacidad de la biosfera prefanerozoica para autorregularse plenamente.
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 circuito 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 circuito de retroalimentación negativa que actúa para estabilizar la temperatura de la atmósfera terrestre .
Actualmente el aumento de la población humana y el impacto ambiental de sus actividades, como la multiplicación de gases de efecto invernadero, pueden provocar que las retroalimentaciones negativas en el medio ambiente se conviertan en retroalimentaciones positivas . Lovelock ha declarado que esto podría provocar un calentamiento global extremadamente acelerado , [20] pero desde entonces ha afirmado que los efectos probablemente se producirán más lentamente. [21]
En respuesta a la crítica de que la hipótesis de Gaia aparentemente requería una selección de grupos y una cooperación entre organismos poco realistas, James Lovelock y Andrew Watson desarrollaron un modelo matemático, Daisyworld , en el que la competencia ecológica apuntalaba la regulación de la temperatura planetaria. [22]
Daisyworld examina el presupuesto energético de un planeta poblado por dos tipos diferentes de plantas, margaritas negras y margaritas blancas, que se supone ocupan una porción 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 enfrían el planeta. Se supone que las margaritas negras crecen y se reproducen mejor a temperaturas más bajas, mientras que se supone que las margaritas blancas prosperan mejor a temperaturas más altas. A medida que la temperatura se acerca al valor que les gusta a las margaritas blancas, estas se reproducen más que las negras, lo que genera 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 baja, las margaritas negras se reproducen más que las blancas, absorbiendo más luz solar y calentando el planeta. De este modo, la temperatura convergerá al valor en el que las tasas de reproducción de las plantas son 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 sustenta 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 reproductivas de las plantas son iguales, permitiendo que ambas formas de vida prosperen.
Se ha sugerido que los resultados eran predecibles porque Lovelock y Watson seleccionaron ejemplos que producían las respuestas que deseaban. [23]
La salinidad del océano se ha mantenido constante en alrededor del 3,5% durante mucho tiempo. [24] La estabilidad de la salinidad en ambientes oceánicos es importante ya que la mayoría de las células requieren una salinidad bastante constante y generalmente no toleran valores superiores al 5%. La constante salinidad del océano era un misterio de larga data, porque no se conocía ningún proceso que contrarrestara la afluencia de sal de los ríos. Recientemente se sugirió [25] que la salinidad también puede estar fuertemente influenciada por la circulación del agua de mar a través de rocas basálticas calientes y que emergen 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 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 estos son creados 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 lo largo de una red multifacética de diseño termomagnético, el movimiento de los elementos no sólo ayudaría hipotéticamente a reestructurar el movimiento de iones, electrones y similares, sino que también ayudaría potencial e inexplicablemente a equilibrar los cuerpos magnéticos de las fuentes de hierro. El campo geomagnético de la Tierra. Las fuentes conocidas de sodio, es decir, las sales, se producen cuando la erosión, la erosión y la disolución de las rocas se transportan a los ríos y se depositan en los océanos.
Kenneth J. Hsu , autor por correspondencia en 2001, encontró (aquí) que el Mar Mediterráneo era el riñón de Gaia. Hsu sugiere que la " desecación " del Mediterráneo es evidencia de un "riñón" de Gaia en funcionamiento. En este y en los 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 realizaron durante la " deposición de los gigantes salinos del Cretácico ( Atlántico Sur ), Jurásico ( Golfo de México ), Permo-Triásico ( Europa ), Devónico ( Canadá ) y Cámbrico / Precámbrico ( Gondwana ). [26]
El teorema de Gaia establece que la composición atmosférica de la Tierra se mantiene en un estado dinámicamente 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 distintos de los gases nobles presentes en la atmósfera son producidos por organismos o procesados por ellos.
La estabilidad de la atmósfera en la Tierra no es consecuencia del equilibrio químico . El oxígeno es un compuesto reactivo y eventualmente debería combinarse con los gases y minerales de la atmósfera y la corteza terrestre. El oxígeno sólo 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 de oxígeno atmosférico 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 en la atmósfera de la Tierra contiene aproximadamente (en 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 concentraciones de oxígeno superiores a aproximadamente el 25% aumentarían la frecuencia de incendios forestales y conflagraciones de bosques. Este mecanismo, sin embargo, no aumentaría los niveles de oxígeno si fueran demasiado bajos. Si se puede demostrar que las plantas producen un exceso de O2, entonces tal vez sólo sea necesario el regulador de incendios forestales con alto contenido de oxígeno. Un trabajo reciente sobre los hallazgos de carbón vegetal provocado por el fuego en mediciones de carbón del Carbonífero y del Cretácico, en períodos geológicos en los que el O 2 excedía el 25%, ha apoyado la afirmación de Lovelock. [ cita necesaria ]
Los científicos de Gaia ven la participación de los organismos vivos en el ciclo del carbono como uno de los procesos complejos que mantienen las condiciones adecuadas para la vida. La única fuente natural importante de dióxido de carbono ( CO 2 ) atmosférico es la actividad volcánica , mientras que la única eliminación significativa se produce a través de la precipitación de rocas carbonatadas . [31] La precipitación, solución y fijación de 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 sólido en el fondo del mar. Los organismos vivos utilizan el carbonato de calcio para fabricar pruebas y conchas carbonosas. Una vez muertos, los caparazones de los organismos vivos caen. Algunos llegan al fondo de mares poco profundos donde el calor y la presión del entierro y/o las fuerzas de las placas tectónicas eventualmente los convierten en depósitos de tiza y piedra caliza. Sin embargo, gran parte de los proyectiles muertos que caen se redisuelven en el océano por debajo de la profundidad de compensación de carbono.
Uno de estos organismos es Emiliania huxleyi , un abundante alga cocolitófora que puede tener un papel en la formación de nubes . [32] El exceso de CO 2 se compensa con un aumento de la vida de cocolitofóridos, lo que aumenta la cantidad de CO 2 encerrado en el fondo del océano. Los cocolitofóridos, si se confirma la hipótesis CLAW (ver "Regulación de la temperatura superficial global" más arriba), podrían ayudar a aumentar la cobertura de nubes y, por lo tanto, controlar la temperatura de la superficie, ayudar a enfriar todo el planeta y favorecer las precipitaciones necesarias para las plantas terrestres. [ cita necesaria ] Últimamente, la concentración de CO 2 atmosférico ha aumentado y hay cierta 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 ocurre más rápidamente en el suelo, gracias a la actividad de raíces, hongos, bacterias y animales subterráneos. Por tanto, el flujo de dióxido de carbono de la atmósfera al suelo se regula con la ayuda de organismos vivos. Cuando los niveles de CO 2 aumentan en la atmósfera, la temperatura aumenta y las plantas crecen. Este crecimiento conlleva un mayor consumo de CO 2 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 Gaia era la diosa griega primitiva que personificaba la Tierra , la versión griega de " Madre Naturaleza " (de Ge = Tierra y Aia = abuela PIE ), o la Madre Tierra . James Lovelock dio este nombre a su hipótesis tras 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 grafía alternativa para el nombre de la diosa griega, que se utiliza como prefijo en geología, geofísica y geoquímica. [34] Golding más tarde hizo referencia a Gaia 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 uno de los primeros científicos en reconocer que el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono de la atmósfera terrestre son el 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 de las ciencias ambientales. [36] Sus pronunciamientos visionarios no fueron ampliamente aceptados en Occidente, y algunas décadas más tarde la hipótesis de Gaia recibió el mismo tipo de resistencia inicial por parte de la comunidad científica.
También a comienzos 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 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, durante 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 son tales porque es demasiado grande y sus procesos vitales demasiado lentos.
— Stephan Harding, Animar la Tierra [37]
Otra influencia para la hipótesis Gaia y el movimiento ecologista en general se produjo 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 el aspecto de la Tierra en su conjunto. La fotografía Earthrise tomada por el astronauta William Anders en 1968 durante la misión Apolo 8 se convirtió, a través del efecto Overview, en uno de los primeros símbolos del movimiento ecologista global. [38]
Lovelock comenzó a definir la idea de una Tierra autorregulada y controlada por la comunidad de organismos vivos en septiembre de 1965, mientras trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de California en métodos para detectar vida en Marte . [39] [40] El primer artículo que lo mencionó fue Planetary Atmospheres: Compositional and other Changes Associated with the Presence of Life , en coautoría con CE Giffin. [41] Un concepto principal era que la vida podría detectarse a escala planetaria mediante la composición química de la atmósfera. Según los datos recogidos por el observatorio Pic du Midi , planetas como Marte o Venus tenían atmósferas en equilibrio químico . Esta diferencia con la atmósfera terrestre se consideró una prueba de que no había vida en estos planetas.
Lovelock formuló la Hipótesis Gaia en artículos de revistas de 1972 [1] y 1974, [2] seguidos de un libro de divulgación de 1979 Gaia: A new look at life on Earth . Un artículo en el New Scientist del 6 de febrero de 1975, [42] y una popular versión en libro de la hipótesis, publicada en 1979 como The Quest for Gaia , comenzaron a atraer la atención científica y crítica.
Lovelock la llamó primero la hipótesis de la retroalimentación de la Tierra, [43] y era una forma de explicar el hecho de que las combinaciones de sustancias químicas, incluidos el oxígeno y el metano, persisten en concentraciones estables en la atmósfera de la Tierra. Lovelock sugirió detectar tales combinaciones en las atmósferas de otros planetas como una forma relativamente confiable y barata de detectar vida.
Más tarde, surgieron otras relaciones, como las criaturas marinas que producían azufre y yodo en aproximadamente las mismas cantidades que las requeridas por las criaturas terrestres, y ayudaron a reforzar la hipótesis. [44]
In 1971 microbiologist Dr. Lynn Margulis joined Lovelock in the effort of fleshing out the initial hypothesis into scientifically proven concepts, contributing her knowledge about how microbes affect the atmosphere and the different layers in the surface of the planet.[4] The American biologist had also awakened criticism from the scientific community with her advocacy of the theory on the origin of eukaryotic organelles and her contributions to the endosymbiotic theory, nowadays accepted. Margulis dedicated the last of eight chapters in her book, The Symbiotic Planet, to Gaia. However, she objected to the widespread personification of Gaia and stressed that Gaia is "not an organism", but "an emergent property of interaction among organisms". She defined Gaia as "the series of interacting ecosystems that compose a single huge ecosystem at the Earth's surface. Period". The book's most memorable "slogan" was actually quipped by a student of Margulis'.
James Lovelock called his first proposal the Gaia hypothesis but has also used the term Gaia theory. Lovelock states that the initial formulation was based on observation, but still lacked a scientific explanation. The Gaia hypothesis has since been supported by a number of scientific experiments[45] and provided a number of useful predictions.[46]
In 1985, the first public symposium on the Gaia hypothesis, Is The Earth a Living Organism? was held at University of Massachusetts Amherst, August 1–6.[47] The principal sponsor was the National Audubon Society. Speakers included James Lovelock, Lynn Margulis, George Wald, Mary Catherine Bateson, Lewis Thomas, Thomas Berry, David Abram, John Todd, Donald Michael, Christopher Bird, Michael Cohen, and William Fields. Some 500 people attended.[48]
In 1988, climatologist Stephen Schneider organised a conference of the American Geophysical Union. The first Chapman Conference on Gaia,[49] was held in San Diego, California on March 7, 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 oferta metafórica 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:
De Gaia homeostática, Kirchner reconoció dos alternativas. "Débil Gaia" afirmó que la vida tiende a hacer que el entorno sea estable para el florecimiento de toda la vida. "Gaia fuerte", según Kirchner, afirmaba que la vida tiende a estabilizar el entorno, a permitir el florecimiento de toda vida. La Gaia fuerte, afirmó Kirchner, era incomprobable y por lo tanto no científica. [50]
Lovelock y otros científicos que apoyan a Gaia, sin embargo, intentaron refutar la afirmación de que la hipótesis no es científica porque es imposible probarla mediante experimentos controlados. Por ejemplo, contra la acusación de que Gaia era teleológica, Lovelock y Andrew Watson ofrecieron el modelo Daisyworld (y sus modificaciones, arriba) como evidencia 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 entorno local de diferentes maneras". [51]
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 "intencionalmente" fue una afirmación de su popular libro inicial y no debía tomarse literalmente. Esta nueva afirmación de la hipótesis Gaia fue más aceptable para la comunidad científica. La mayoría de las acusaciones de teleologismo cesaron después de esta conferencia. [ cita necesaria ]
Cuando se celebró la Segunda Conferencia Chapman sobre la Hipótesis Gaia, celebrada en Valencia, España, el 23 de junio de 2000, [52] la situación había cambiado significativamente. En lugar de una discusión sobre los puntos de vista teleológicos de Gaia, o "tipos" de hipótesis de Gaia, la atención 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 más importantes fueron: [53]
En 1997, Tyler Volk argumentó que un sistema gaiano 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 afirmando: "...el comportamiento homeostático puede surgir de un estado de eurodiputado asociado al albedo planetario"; "...el comportamiento resultante de una Tierra simbiótica en un estado de MEP bien puede conducir a un comportamiento casi homeostático del sistema terrestre en escalas de tiempo largas, como lo afirma la hipótesis 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 están mejor adaptados a las condiciones ambientales prevalecientes. Sin embargo, el medio ambiente no es un telón de fondo estático para la evolución, sino que está fuertemente influenciado por la presencia de organismos vivos. El proceso dinámico de coevolución resultante eventualmente conduce a la convergencia del equilibrio y el estado óptimo. condiciones".
En octubre de 2006 se celebró en el campus de Arlington, VA de la Universidad George Mason, una cuarta conferencia internacional sobre la hipótesis Gaia, patrocinada por la Autoridad del Parque Regional del Norte de Virginia y otros. [54]
Martin Ogle, naturalista jefe de NVRPA y defensor de la hipótesis de Gaia desde hace mucho tiempo, organizó el evento. Lynn Margulis, profesora universitaria distinguida en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachusetts-Amherst y defensora de la hipótesis Gaia desde hace mucho tiempo, fue la oradora principal. Entre muchos otros ponentes: Tyler Volk, codirector del Programa de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Nueva York; Dr. Donald Aitken, director de Donald Aitken Associates; Dr. Thomas Lovejoy , Presidente del Centro Heinz para la Ciencia, la Economía y el Medio Ambiente; Robert Corell , miembro principal del Programa de Política Atmosférica, Sociedad Meteorológica Estadounidense y destacado especialista en ética ambiental, J. Baird Callicott .
Después de recibir inicialmente poca atención por parte de los científicos (de 1969 a 1977), posteriormente durante un período la hipótesis inicial de Gaia fue criticada por varios científicos, entre ellos Ford Doolittle , [55] Richard Dawkins [56] y Stephen Jay Gould . [49] 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 una meta. Respondiendo a esta crítica en 1990, Lovelock afirmó: "En ninguna parte de nuestros escritos expresamos la idea de que la autorregulación planetaria tenga un propósito o implique previsión o planificación por parte de la biota ".
Stephen Jay Gould criticó a Gaia por ser "una metáfora, no un mecanismo". [57] Quería conocer los mecanismos reales mediante los cuales se lograba la homeostasis autorreguladora. 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 (aunque extremadamente común y a menudo no reconocida) que nos lleva a considerar los sistemas naturales y vivos como si fueran máquinas organizadas. y construidos desde fuera (en lugar de como 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 Gaia acentúan la agencia activa tanto de la biota como de la biosfera en su conjunto. [58] [59] Con respecto a la causalidad en Gaia, Lovelock sostiene que ningún mecanismo es responsable, que es posible que nunca se conozcan las conexiones entre los diversos mecanismos conocidos, que esto se acepta en otros campos de la biología y la ecología como una cuestión de Por supuesto, y esa hostilidad específica está reservada a su propia hipótesis por otras razones. [60]
Además de aclarar su lenguaje y comprender 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 el que todos los eventos tienen que atribuirse inmediatamente a causas específicas anteriores al hecho. 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 de autorregulación pueden no ser matemáticamente explicables. [60]
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 se desempeñan mejor que aquellos 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. [55] Mientras tanto, Dawkins afirmó que para que los organismos actúen en concierto se requeriría previsión y planificación, lo cual es contrario a la comprensión científica actual de la evolución. [56] 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 principal mecanismo de selección, Darwin (y especialmente sus seguidores) crearon la impresión de que el medio ambiente era simplemente un elemento estático". arena". Escribió que la composición de la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera de la Tierra se regulan en torno a "puntos de ajuste" como en la homeostasis , pero esos puntos de ajuste cambian con el tiempo. [61]
El biólogo evolucionista WD Hamilton calificó el concepto de Gaia como copernicano y agregó que se necesitaría otro Newton para explicar cómo se produce la autorregulación de Gaia a través de la selección natural darwiniana . [34] [ se necesita mejor fuente ] Más recientemente, Ford Doolittle , basándose en su propuesta ITSNTS (It's The Song Not The Singer) y la de Inkpen, [62] propuso que la persistencia diferencial puede desempeñar un papel similar a la reproducción diferencial en la evolución mediante selecciones naturales, proporcionando así una posible reconciliación entre la teoría de la selección natural y la hipótesis de Gaia. [63]
La hipótesis de Gaia sigue siendo ampliamente recibida con escepticismo por la comunidad científica. Por ejemplo, en la revista Climatic Change se expusieron argumentos a favor y en contra en 2002 y 2003. Un argumento significativo en 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 apoyo observacional inequívoco y tiene importantes dificultades teóricas" [64] hasta "Suspendido incómodamente entre metáforas contaminadas, hechos y ciencia falsa, prefiero dejar a Gaia firmemente en un segundo plano" [9] a "La hipótesis de Gaia no está respaldada ni por la teoría de la evolución ni por la evidencia empírica del registro geológico". [65] La hipótesis CLAW , [19] sugerida inicialmente como un ejemplo potencial de retroalimentación directa de Gaia, posteriormente se descubrió que era menos creíble a medida que mejoraba la comprensión de los núcleos de condensación de las nubes . [66] En 2009 se propuso la hipótesis de Medea : que la vida tiene impactos altamente perjudiciales (biocidas) en las condiciones planetarias, en directa oposición a la hipótesis de Gaia. [67]
En una evaluación de un libro de 2013 sobre la hipótesis de Gaia considerando evidencia moderna de varias disciplinas relevantes, Toby Tyrrell concluyó que: "Creo que Gaia es un callejón sin salida. Sin embargo, su estudio ha generado muchas preguntas nuevas que invitan a la reflexión. Rechazando a Gaia, podemos al mismo tiempo apreciar la originalidad y amplitud de visión de Lovelock, y reconocer que su concepto audaz ha ayudado a estimular muchas ideas nuevas sobre la Tierra y a defender un enfoque holístico para estudiarla". [68] En otra parte presenta su conclusión: "La hipótesis de Gaia no es una imagen precisa de cómo funciona nuestro mundo". [69] Esta afirmación debe entenderse como una referencia a las formas "fuertes" y "moderadas" de Gaia: que la biota obedece a un principio que trabaja 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. Sin embargo, encuentra que las dos formas más débiles de Gaia (la Gaia coevolutiva 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 el entorno físico y químico) son creíbles, pero que No es útil utilizar el término "Gaia" en este sentido y que esas dos formas ya fueron aceptadas y explicadas por los procesos de selección natural y adaptación. [70]
Como lo enfatizaron múltiples críticos, no existe ningún mecanismo plausible que impulse la evolución de ciclos 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 ciclos de retroalimentación positiva autodestructivos que conducen a eventos de extinción masiva. [71]
Por ejemplo, las glaciaciones de la Tierra Bola de Nieve parecían ser el resultado del desarrollo de la fotosíntesis durante un período en el que el Sol era más frío de lo que es ahora. La eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera, junto con la oxidación del metano atmosférico por el oxígeno liberado, dio como resultado una dramática disminución 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 circuito de retroalimentación positiva de albedo-hielo desbocado que finalmente resultó en glaciación sobre casi toda la superficie de la Tierra. [73] La salida de la Tierra de su condición congelada parece haberse debido principalmente a la liberación de dióxido de carbono y metano por parte de los volcanes, [74] aunque la liberación de metano por microbios atrapados debajo del hielo también podría haber influido. [75] Contribuciones menores al calentamiento vendrían del hecho de que la cobertura de la Tierra por capas de hielo inhibió en gran medida la fotosíntesis y disminuyó 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. [76] : 43-68
Los eventos geológicos con retroalimentaciones positivas amplificadas (junto con alguna posible participación biológica) condujeron al mayor evento de extinción masiva registrado, el evento de extinción del Pérmico-Triásico hace unos 250 millones de años. El evento precipitante parece haber sido erupciones volcánicas en las Trampas Siberianas , una región montañosa de basaltos inundados en Siberia. Estas erupciones liberaron altos niveles de dióxido de carbono y dióxido de azufre que elevaron las temperaturas mundiales y acidificaron los océanos. [77] Las estimaciones del aumento de los niveles de dióxido de carbono varían ampliamente, desde un aumento tan pequeño como del doble hasta un aumento de hasta veinte veces. [76] : 69–91 Las retroalimentaciones amplificadas aumentaron el calentamiento a niveles considerablemente mayores de lo que se esperaría simplemente por el efecto invernadero del dióxido de carbono: estos incluyen la retroalimentación del albedo del hielo, el aumento de la evaporación del vapor de agua (otro gas de efecto invernadero) en 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. [76] : 69–91 El aumento del dióxido de carbono acidificó los océanos, lo que provocó una extinción generalizada de criaturas con caparazones de carbonato de calcio, matando moluscos y crustáceos como cangrejos y langostas y destruyendo arrecifes de coral. [78] Su desaparición provocó la interrupción de toda la cadena alimentaria oceánica. [79] Se ha argumentado que el aumento de las temperaturas puede haber provocado la alteración de la quimioclina que separa las aguas profundas sulfurosas 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, [80] y ayudando a explicar la extinción de la vida animal y vegetal terrestre. [81]
A pesar de la evidencia de múltiples eventos de extinción masiva de que la biosfera no es completamente capaz de autorregularse, el hecho es que existen circuitos de retroalimentación negativa. Como se ha mencionado 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 los límites habitables. La participación de los organismos vivos en los ciclos del oxígeno y del 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 haber surgido tales circuitos de retroalimentación?
Según el principio antrópico débil , nuestra observación de tales circuitos de retroalimentación estabilizadores es un efecto de selección del observador. [82] [83] [84] En todo el universo, sólo los planetas con propiedades gaianas podrían haber desarrollado organismos inteligentes y autoconscientes capaces de hacer tales preguntas. [76] : 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 desbocado, o están en perpetua bola de nieve, o debido a un factor. u otro, se ha impedido que la vida evolucione 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 se ha visto modificada al reconocer que la selección natural puede operar en múltiples niveles de la jerarquía biológica, no sólo en el nivel de los organismos individuales. [86] La selección natural darwiniana tradicional requiere entidades reproductoras que 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, por lo que 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, [55] en 2015 había comenzado a pensar en formas mediante las cuales Gaia podría ser "darwinizada", buscando medios por los cuales el planeta podría haber evolucionado 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 atraviesa diversos desafíos, el fenómeno de la persistencia diferencial permite a entidades seleccionadas lograr la fijación sobreviviendo a la muerte de sus competidores. Aunque la biosfera de la Tierra no compite con otras biosferas de otros planetas, existen muchos competidores por la supervivencia en este planeta. Colectivamente, Gaia constituye el único clado de todos los supervivientes vivos descendientes del último ancestro común universal de la vida (LUCA). [84] Varias otras propuestas para la selección a nivel de biosfera incluyen la selección secuencial, la jerarquía entrópica, [87] y la consideración de Gaia como un sistema similar a un holobionte . [88] En última instancia, la persistencia diferencial y la selección secuencial son variantes del principio antrópico, [87] mientras que la jerarquía entrópica y los argumentos holobiontes posiblemente permitan comprender el surgimiento de Gaia sin argumentos antrópicos. [87] [88]
"La Hipótesis de Gaia" es el título de la premiada colección de cuentos A Hipótese de Gaia de Jorge Reis-Sá, publicada en portugués en 2022.
