地球是一個活的超級生物體

張振

地球與生命：相互孕育

西方人用“蓋亞”（Gaia）來代稱地球。蓋亞來自希臘語，是地球女神或地球的擬人化稱呼，她在古希臘神話中是最高神明，是所有生命的起源，是所有提坦（Titan）和巨人的母親。也就是說，地球母親孕育了生命。

說到地球和生命的關(guān)系，我們來看兩個問題及其答案：一問為什么地球上存在生命，答案是因為地球適合生命生存;二問為什么地球適合生命生存，答案是因為生命存在于地球。這兩個問題及其答案相互依存，互為因果。這是古希臘柏拉圖時代提出的問題，也是西方現(xiàn)代科學(xué)理論——蓋亞假說（Gaia ypothesis）的由來。即地球上的生命本身產(chǎn)生了巨大的反饋作用，確保了自身的生存條件。

最近的科學(xué)參照物是地球旁邊的兩個星球——金星和火星。金星離太陽比地球近，火星離太陽比地球遠(yuǎn)，但這兩個星球都不適合生命存在?？梢哉f，地球上的這些適合“生命存在的條件”，都是生命體系在幾十億年里自己不斷優(yōu)化、創(chuàng)造出來的。那么，生命是什么呢？

生命是地球生命的集合，是所有地球上生物的集體行為。從最小的微生物到最大的哺乳動物，都在協(xié)同維持地球的最佳生存環(huán)境。換句話說，地球生命的活動，正是為了確保自己的生存。

洛夫洛克提出蓋亞假說

20世紀(jì)后半葉， 我們見證了人類對地球認(rèn)識的不可思議的大飛躍。20世紀(jì)60年代， 詹姆斯·洛夫洛克（1919—）最早歸納整理出蓋亞假說，于1979年正式發(fā)表。蓋亞假說認(rèn)為，地球的物理、化學(xué)、地質(zhì)、生物過程都是互動的，生命和非生命組成了地球，共同處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，維持相對穩(wěn)定的條件。這使得地球本身成為一個生命體——大氣層、海洋、陸地、生物圈等構(gòu)成太陽系里的一個有機組織。洛夫洛克把這種觀點叫作地球生理學(xué)（Geophysiology）。這對其他星球似乎也同樣適用。

1965年，洛夫洛克在美國航空航天局（NASA）參與尋找火星的生命時，產(chǎn)生了“存在蓋亞”的思想。當(dāng)時，他被要求提出一些“其他星球可以存在生命的假設(shè)”。他提出的其中一個假設(shè)有關(guān)大氣層的化學(xué)平衡：如果一個“死”星球的大氣層是化學(xué)平衡的（也就是說，這個星球上所有可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)都已經(jīng)發(fā)生過了），那么這個星球大氣層的氣體就是相對惰性的。換句話說，如果生命存在于某一星球上，這個星球的大氣層中就是不平衡的，化學(xué)反應(yīng)會非?；钴S地持續(xù)進行。根據(jù)這個假設(shè)，洛夫洛克和他的團隊研究了火星和金星上的大氣成分，發(fā)現(xiàn)這兩個星球的大氣層主要由通常不再進行化學(xué)反應(yīng)的二氧化碳構(gòu)成，它們分別占火星和金星大氣成分的95%。所以，這兩個星球是“死”的。但是，地球的大氣層與眾不同，屬于不穩(wěn)定的多種氣體的混合，所以，在地球上可能存在生命。而事實上，地球上確實遍布生命。

“地球是活的”這個理論曾經(jīng)使很多科學(xué)家感到非常苦惱，但是，僅僅20年后，蓋亞假說就得到了承認(rèn)。雖然蓋亞假說還要繼續(xù)接受時間的檢驗，但它已經(jīng)顛覆了人們對地球的認(rèn)識。

洛夫洛克在他的第一本書的第一章結(jié)束時寫道：“如果蓋亞是存在的，她和人類的關(guān)系就是非常重要的，因為人類是這個復(fù)雜的生命系統(tǒng)中占據(jù)支配地位的動物物種，有可能左右各種力量之間的平衡……

“有的人喜歡在地球上走路，有的人喜歡站在地球上，有的人喜歡凝視著地球，他們都為地球上承載的如此絢麗多彩的生命而驚嘆不已……蓋亞假說為‘人類為什么出現(xiàn)在地球上’給出了一種思考模式。與大自然是一種冷酷無情的不可戰(zhàn)勝的力量的悲觀觀念相比，蓋亞假說給出了另一種選擇……

“但是，蓋亞假說也給出了同樣令人沮喪的另外一幅畫面，因為這個星球像是一艘漫無目的的宇宙飛船，圍繞太陽永不停息地飛行，既無人駕駛，也沒有目標(biāo)……”

這就是蓋亞假說的來由，這個過程也告訴我們科學(xué)家是如何思考和研究的。地球大氣成分不是化學(xué)平衡的，但是仍然維持著一種穩(wěn)定狀態(tài)，說明地球大氣層存在某種形式的行星調(diào)節(jié)機制。洛夫洛克猜測，可能是生命本身在維持大氣層的成分。后來，他把這一概念拓展到涵蓋氣候、巖石、大氣、海洋的整個體系，認(rèn)為這個體系形成了一種自我調(diào)節(jié)機制。

地球才是唯一真實的生命嗎？

洛夫洛克的這個觀念，其實并非首創(chuàng)。被稱為現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)之父的英國地質(zhì)學(xué)家詹姆斯·赫頓（1726—1797）最早提出“地球是活的，地球是一個超級生物體”這一觀念。

1974年，在洛夫洛克發(fā)表他的蓋亞理論之前，另一位醫(yī)學(xué)博士兼著名作家劉易斯· 托馬斯（1913—1993）在他的著名隨筆《一個細(xì)胞中的生命：一個生物學(xué)觀察者的筆記》（The Lives of a Cell：Notes of a Biology Watcher）里寫道：“如果在遙遠(yuǎn)的月亮上觀察地球，就會吃驚地發(fā)現(xiàn)地球是活的。月亮的表面是干巴巴的，四處坑坑洼洼，就像一塊干枯的骨頭。在月亮的上方，正在自由自在地升起一個潮濕的、亮閃閃的地球，藍(lán)色的天空就像是地球的細(xì)胞膜，這是宇宙中僅有的一個星球。如果再仔細(xì)觀察，就會看到巨大的白云形成的渦旋，覆蓋了大約一半的陸地。如果你以一個地質(zhì)學(xué)的時間跨度觀察，就會看到各個大陸本身也在移動，好像一些內(nèi)在充滿熱情的外殼板塊。地球是一個有機物，本身就像一個活著的生物，滿載著信息，被太陽熟練地操控著?！?/p>

劉易斯·托馬斯進一步寫道：“我曾經(jīng)試圖假想地球是一種有機組織，但它不是，地球更像是一個細(xì)胞?！?/p>

這個令人震驚的理論讓人們意識到，所有生命形式都是內(nèi)在關(guān)聯(lián)的，每一個人、每一個生命體都為維持與自己息息相關(guān)的環(huán)境做著貢獻。是所有生命行為的總體，在協(xié)同幫助地球維系一種令人驚異不已的“活的星球”的環(huán)境質(zhì)量。我們曾經(jīng)認(rèn)為自己是地球上的特殊物種，真正的智慧物種，但是蓋亞理論打開了我們的視野，揭示了地球的真相：人類和所有其他生命，都是地球這個超級生物組織的組成部分。無論人類的科學(xué)和技術(shù)如何絢麗奪目，我們?nèi)匀槐话谶@個超級生物組織——地球之內(nèi)。無論我們是否情愿，都僅僅是比我們更偉大的這個世界的一個部分。

如果說地球上存在著真實的生命，這個生命就是地球本身。其他所有生命形式都是轉(zhuǎn)瞬即逝的。

假設(shè)我們坐在外太空的一把椅子上，觀察地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)，能夠看到生命嗎？假設(shè)我們以6萬年為尺度觀察地球生命，1分鐘等于地球上的1000年，能夠看到生命嗎？我們看不到任何一個連續(xù)存在的生物，包括人類，所有生命都轉(zhuǎn)瞬即逝，迅速消失于無形。只有唯一一個生命體持續(xù)存在，那就是地球。

只有地球，6萬年里始終支持著所有生命形式的活動，任何化學(xué)和物理形式的活動。天空、湖泊、海洋、山脈、花朵、小鳥、大型哺乳動物、你、你的朋友、整個人類，都是活生生的地球的組成部分而已。我們所有人的貢獻，只是維持這個地球生命體的可持續(xù)發(fā)展。在這個世界中，一切都是互相依存的，根本不存在什么至高無上的概念。在“地球蓋亞”面前，所有生命都是平等的。

無論“有機組織”“細(xì)胞”還是“超級生物體”，都僅僅是語義表達(dá)的差異。從哲學(xué)角度，蓋亞假說的關(guān)鍵在于：地球是一個單一系統(tǒng)，設(shè)計合理，自我調(diào)節(jié)，物理、化學(xué)、地質(zhì)、生物的力量綜合互動，作為一個完整的整體，維持著來自太陽的能量輸入和發(fā)散到外太空的能量輸出之間的平衡。

萬物關(guān)聯(lián)的星球

蓋亞假說中“地球作為一個單一的系統(tǒng)而行為”的理念，帶給人們?nèi)碌木荆哼@個星球上的所有事情都是相互關(guān)聯(lián)的，人類的行為被囊括在一種全球性的過程中。我們不能繼續(xù)認(rèn)為地球上相距遙遠(yuǎn)的事物與己無關(guān)，不能繼續(xù)認(rèn)為這個星球上的某一行為是獨立而無關(guān)其他的。事實上，每一件事，無論是砍伐樹木還是植樹造林，無論是增加還是減少碳排放，都會影響整個星球。

甚至微觀生命系統(tǒng)的設(shè)計也是極其精妙的。2008年，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇在肯尼亞實驗保護金合歡樹的研究論文。實驗將一半金合歡樹用柵欄圍住，以阻攔大象和長頸鹿等食草動物，另一半則完全開放，承受來自食草動物的啃食壓力。實驗結(jié)果與人們的預(yù)測完全相反，被大象和長頸鹿蹂躪的一半金合歡樹郁郁蔥蔥，被保護的另一半金合歡樹卻越來越虛弱、瀕臨死亡。

研究發(fā)現(xiàn)，金合歡樹有一種防衛(wèi)體系，其中包括一種可以抵御其他蟲害的特殊的小螞蟻，金合歡樹會分泌含糖汁吸引和滋養(yǎng)這些小螞蟻。被柵欄保護后，那一半金合歡樹不再需要自我保護，就停止了分泌含糖汁，這種特殊的小螞蟻也不來了，其他害蟲就有了趁虛而入的機會，那一半金合歡樹因此日漸衰敗。這個簡單的例子說明，在一個相對容易了解的生態(tài)體系里，每一種生物組織的交互關(guān)系都是錯綜復(fù)雜、難以完全預(yù)測的，當(dāng)我們試圖修補其中的某一元素時，就存在著其他關(guān)聯(lián)元素的后續(xù)效應(yīng)帶來的風(fēng)險。

如何理解“地球是活的”

如何理解“地球是活的”這一概念呢？首先，讓我們看看科學(xué)家如何理解生命。

物理學(xué)家定義生命是一個局部減少熵的系統(tǒng);從分子生物學(xué)家的角度看，生命是復(fù)制DNA，根據(jù)周圍環(huán)境的改變而演化，實現(xiàn)生存;生理學(xué)家認(rèn)為，生命是一個生物化學(xué)系統(tǒng)，利用外來的能量實現(xiàn)生長并重復(fù)生產(chǎn);對地球生理學(xué)家洛夫洛克來說，生命是一個向物質(zhì)和能量開放的系統(tǒng)，同時維系著一種內(nèi)在的穩(wěn)定狀態(tài)。

美國加利福尼亞州的紅杉是生命的最好注解。這些巨樹生長在樹叢里，高度達(dá)到100米，壽命超過3000年，堪稱今天世界上最古老、最高大的植物。紅杉97% 的組織是死的，只有主干外表的細(xì)胞部分是活的。

我們可以想象，紅杉的主干類似地球的巖石圈，只有巖石圈外表薄薄的一層生物圈是活的;紅杉的樹皮類似大氣層，保護著這層生物圈，并且進行著生物學(xué)意義上非常重要的氣體交換——二氧化碳和氧氣的交換。毫無疑問，紅杉總體上是活的生命，我們不能只把它的外層稱為紅杉，其余部分視為死的木頭。相對應(yīng)的，地球的很大一部分（比如巖石圈）也可以被視為是“非活的”，但這些“非活的”部分也是生命過程的某種延伸。所以，地球是活的，就像紅杉。為了更好地理解地球的“生理”結(jié)構(gòu)，我們來對比一下人的體溫和地球的溫度調(diào)節(jié)。

人體的正常溫度維持在36.6℃左右，這是大腦、人體組織和外界系統(tǒng)間共同反饋的結(jié)果。我們的身體發(fā)展出提高和降低體核溫度的一套感應(yīng)系統(tǒng)：如果太冷了，身體就會產(chǎn)生熱量;反之，身體就散發(fā)熱量。但是，人體的調(diào)節(jié)能力有限，所以發(fā)明了衣服來隔絕過熱或過冷的溫度。地球的溫度調(diào)節(jié)機制與此類似，但地球的“衣服”要復(fù)雜得多。

首先，地球?qū)μ柟獾慕邮粘潭纫吹孛娣凑章?。反照率指某一區(qū)域吸收或反射光線的能力，比如深色瀝青路面和淺色水泥路面的反照率就不一樣。地球調(diào)節(jié)溫度的方式如下：黑色區(qū)域，如夏季的山脈、森林、海洋，可以吸收更多熱能;淺色區(qū)域，如沙漠、云霧區(qū)、極地冰蓋，就會反射更多熱能。地球的反照率不是恒定的，其中云是調(diào)節(jié)全球溫度最重要的因素之一。如果云團較多，從地球反射的陽光也多，地球溫度就會下降;反之，地球溫度就會上升。

那么，哪些因素在控制云團的多少？控制云團的因素很多，其中，大氣層與海洋的互動是最重要的。海洋覆蓋了2/3的地球表面，海洋上形成的云是影響地球溫度最重要的一個因素。最近幾十年里，人類剛剛搞清楚海上浮游植物，尤其是球石藻類（coccolithophorids）的云凝結(jié)核（Cloudcondensationnuclei，簡寫為CCN）機理。云帶來雨是眾所周知的常識，但是誰也不知道云在海上是如何產(chǎn)生的。

人們通常認(rèn)為，陽光的熱效應(yīng)使海水蒸發(fā)成為云，其實，還有更重要的原因。大批小小的綠色浮游生物始終漂浮在海面上，它們生命循環(huán)的一部分就是向大氣中排放硫。正是這些硫分子“鼓勵”水分子凝聚在一起形成云升上去，再形成雨滴降落下來。水蒸發(fā)到大氣層之后會濃縮冷凝，但構(gòu)成云還需要一些小顆粒作為“核”來聚集水汽。這些小顆粒叫作云凝結(jié)核，存在于大氣層。這種物質(zhì)有些來自海洋浮游生物釋放的二甲基硫（Dimethyl sulphide，簡寫為DMS）。近年的研究已經(jīng)定量地確認(rèn)了海上浮游生物如何排放二甲基硫進入大氣層，如何影響云的形成。

也就是說，這些海上的小小綠色浮游生物群體不僅幫助形成云，還幫助形成雨，它們對整個地球的溫度調(diào)節(jié)做出了巨大貢獻。這些小小的單細(xì)胞生物是地球的恒溫器：太陽光線比較強烈——浮游生物加速繁殖——產(chǎn)生大量二甲基硫——產(chǎn)生更多云——云遮擋陽光——降低地表溫度——浮游生物繁殖減速——云減少——陽光增加——地球溫度升高——浮游生物再次加速繁殖……如此循環(huán)往復(fù)，地球的溫度得以保持穩(wěn)定。

這是蓋亞假說中生物圈影響大自然（調(diào)控地球溫度）的一個典型例證。地球的巖石圈、大氣層、水圈、生物圈構(gòu)成了一個和諧、有智慧、富有詩意的整體。地球是一個活的生物組織，生物、地質(zhì)、化學(xué)、水文學(xué)的過程都是關(guān)聯(lián)的。這個機制誕生了“生物地球化學(xué)循環(huán)”（Biogeochemical cycles）這個新名詞。也就是說，地球上的物質(zhì)和化學(xué)元素必須出現(xiàn)物理的循環(huán)，如果這些物質(zhì)和化學(xué)元素固定不動了，這個體系就停滯了，地球就會變得像月球一樣死氣沉沉。

最常見的生物地球化學(xué)循環(huán)是碳循環(huán)—氮循環(huán)—硫循環(huán)。這些元素的不斷循環(huán)是活的生物組織的關(guān)鍵所在，大量物質(zhì)被活的生物組織消耗—轉(zhuǎn)換—運送—再循環(huán)……這種生物組織控制的行星上的能量循環(huán)過程，使人們相信蓋亞假說。

重新審視生命與地球

大量證據(jù)出現(xiàn)以后，蓋亞假說被稱為蓋亞理論。蓋亞理論引發(fā)了很多新的思考甚至新的學(xué)科，例如行星生物學(xué)（Planetary Biology）。事實已經(jīng)證明，地球的物理、地質(zhì)、化學(xué)、生物過程確實是相互依存的。這種動態(tài)平衡與人體內(nèi)的動態(tài)平衡概念類似。海洋和河流是地球的血脈，大氣層是地球的肺，陸地是地球的骨骼，生物組織是地球的感官……對蓋亞理論的研究像在研究一種“地球生理學(xué)”。

洛夫洛克和蓋亞假說的另一位提出者——美國生物學(xué)家琳·馬古利斯的觀點不謀而合：因為地球是活的，所以生命不是名詞Life，生命應(yīng)該是動詞或者動名詞Living。這個用詞的變化，意義非常深刻。

當(dāng)整個人類開始重新審視與大自然的關(guān)系，就有了保護環(huán)境、保護臭氧層、減少碳排放、防止氣候變暖等一系列新觀念和新理論。蓋亞理論指出了生命的起源，生物科學(xué)和DNA 的研究結(jié)果證明，各種生命的起源和演化之間的確是息息相關(guān)的。

考古證據(jù)發(fā)現(xiàn)，地球上出現(xiàn)的生命形式幾乎難以計數(shù)，至少出現(xiàn)過300億種生命物種，微生物的種類更是無法統(tǒng)計。很多科學(xué)家甚至開始設(shè)想，人類可以這樣改造那些沒有生命的外星球：首先將厭氧菌和好氧菌送到一個合適的星球，逐漸改變這個星球的大氣結(jié)構(gòu)，使這個星球上逐漸形成極地冰蓋——植物開始生長——云團出現(xiàn)——地面反照率改變——實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，從而將這個沒有生命的死星球從靜止不變的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成為一個活的、呼吸的、演化的、美麗的整體，在生命的幫助下孕育出新的“地球”。