了得網自然科學_地球用岩石寫日記(追蹤46億年的地球故事)

地球的生物圈調節機制，是具爭議性的蓋婭假說的核心原則，此一假說認為，地球就像個**生物，具有調節自己體溫與化學作用的能力。地球具有生命的想法，或許與人類文化一樣古老，但科學上正式發展出此一觀念，卻始於20世紀60年代美國航空航天局雇請大氣化學家洛夫洛克與哲學家希區考克擔任“維京”號火星任務顧問之時。他們的工作是要設計一種裝置或方法，好探測火星這當時還屬未知之地的生物。洛夫洛克和希區考克很快就發現這種裝置根本就沒有必要。地球上的儀器已然顯示，火星那稀薄的大氣隻不過是“火山的氣息”，大氣中充滿了二氧化碳，一點經生物作用修飾的跡像都沒有。他們論證道，從化學的角度而言，火星那貧弱的大氣是死的；若是古代火山的氣息已朝靜止演化，並逐漸散發至太空當中，那麼分子混合就正是你預料的結果。
為了尋找火星生物，洛夫洛克和希區考克回頭檢視地球。地球的大氣與火星形成鮮明的對比，不僅完全與火山噴發氣體不同，而且處在一個化學**不平衡的狀態下，其間極易氧化的化合物(甲烷和氨等)不可思議地與大量豐沛的氧並存。大氣必須持續獲得補充，此種“亞穩狀態”纔可能持續，這就有點像騎單車，不持續前進就無法保持平衡。地球特異的氣體混合正顯示有生物作用不斷對大氣進行補充，如蒸散作用、呼吸作用、消化作用等。洛夫洛克和希區考克強調，地球大氣並非單純隻是為生物圈所利用的獨立個體。相反，生物圈持續不斷地制造大氣，大氣就像“ 貓毛、鳥羽或蜂巢壁”，本身不是生物，但“卻是生物的構造物……是生命繫統的外延”。此一簡潔激進的論點認為，地球上的生命不隻是適應無生命的環境，也一直都在以有助於生物圈存續的方式修飾這個環境，而這正是穩定正回饋的一例。洛夫洛克接受了友人小說家威廉‘高汀的建議，以希臘神話的大地女神為名，將他的構想命名為“蓋婭假說”。
洛夫洛克於1972年首度以一篇短小論文發表蓋婭假說，後來又於1974年與微生物學家瑪格麗絲合作發表了另兩篇較長的論文，但並未引起科學界多少注意。1979年，洛夫洛克在牛津大學出版了寫給一般讀者的《蓋婭，大地之母》一書，科學批評者遂開始猛烈抨擊他的想法。*主要的指控聲稱這是個神學性的假說(這主要是起因於洛夫洛克充滿詩意的用語，而非他的科學意圖)；貶抑他的人認為，一他這種論點暗指生物圈是具有目的(行星管理)的設計，是由某種全知的存在所管理。此外，批評者也指控道，此一觀念與達爾文的天擇演化並不相容；要說生物個體出於自身利益而來的行為，能夠在**層次上影響地球的環境，看來實在不太可能。洛夫洛克則與同事華生以電腦模型雛菊世界對此加以反駁。這個模型顯示，在天擇壓力下靜靜生活又死去的生物個體，可以通過簡單的回饋作用，而產生維持**恆定的集體效應。
“雛菊世界”是個假想的類地行星，與地球大小相當，也以相同距離繞行一顆與太陽相似的恆星。這恆星就跟我們的太陽一樣，隨著時間過去而變得越來越亮，輻射出越來越多的熱。但“雛菊世界”的地表溫度在行星歷史的多數時間裡卻幾乎沒有改變，一直處在生物的容忍範圍內。這宜人的溫度之所以能夠維持，是因為這個隻有深色、淺色和灰色雛菊存在的世界裡，生物圈一直都通過簡單的回饋機制在調節溫度。雛菊光是透過自身的反照率(反射能力)便影響了地表溫度：深色雛菊吸收了大部分的太陽熱能，淺色雛菊將許多熱反射回太空，灰色雛菊所吸收的熱則和反射回去的差不多。但是，雛菊個體的反射能力又如何影響**溫度呢? 在行星歷史的早期，年輕的太陽還算相對寒冷， **溫度隻勉強能夠支應生物存活。這段時間裡，深色雛菊是*適物種，因為一叢深色雛菊便能制造出地區性曖點，有利於*多雛菊的生長。
不久後，行星上便因正回饋作用而滿布深色雛菊，而其集體效應將會使**溫度比沒有生物時大幅提高。若是深色雛菊不斷繁殖，**溫度就會超過容忍界限，天擇作用就會開始偏好顏色較淺、有助於冷卻暖點的雛菊，而這正是負回饋的範例。
起初，灰色雛菊的景況比淺色雛菊好，因為具有高度反射力的淺色雛菊叢沒有辦法維持生存所需的溫度。但太陽的熱輸出逐漸提高，終至淺色雛菊成為* 適者，因為它們會制造出涼爽的綠洲，有利於*多淺色雛菊的生長。但如果地區性冷卻過度的話，天擇作用又會再度偏好深色雛菊。
於是，隨著時間過去，雛菊與溫度條件問的正、負回饋作用便規制了雛菊顏色的混合。雛菊個體對行星整體既無所知也不關心，但卻以這種方法控制了全球環境。到*後，太陽所產生的熱使溫度高到任何種類的雛菊都無法調節或容忍的地步，於是所有種類的雛菊都歸於滅亡。但整體說來，雛菊使行星溫度保持在容忍範圍內的時間，卻比欠缺生物媒介回饋機制時要長。
P19-21

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