活著的行星：生命改變了地球的方方面面，從大氣層到巖石層,，再到地表以下的板塊構(gòu)造,。

本文編譯自大衛(wèi)·格林斯彭（David Grinspoon）發(fā)表于nautil的文章，該文章也被收入他的最新著作《人類手中的地球》（Earth in Human Hands）,。格林斯彭是美國(guó)行星科學(xué)研究所（Planetary Science Institute）的資深科學(xué)家,，參與了多次現(xiàn)行和擬議的行星際飛船任務(wù)。2013年,，他被任命為美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館的首任天體生物學(xué)主席,。他同時(shí)還是一位音樂(lè)家，為“宇宙之家樂(lè)隊(duì)”演奏吉他,。

行星可以是活的嗎,？20世紀(jì)后期偉大的生物學(xué)家琳·馬古利斯（LynnMargulis，1938—2011）認(rèn)為可以,。這位智識(shí)卓越的科學(xué)家是內(nèi)共生學(xué)說(shuō)的主要建構(gòu)者,，觀點(diǎn)常受到正統(tǒng)學(xué)界的排斥。她和英國(guó)化學(xué)家詹姆斯·洛夫洛克（JamesLovelock）合作提出了一個(gè)假說(shuō),，認(rèn)為生命是一種改變行星的現(xiàn)象,，地球“活著的”和“非生命”部分之間的區(qū)別并沒(méi)有我們想象的那么明確。許多科學(xué)界人士將他們的理論——稱為“蓋亞假說(shuō)”（Gaiahypothesis）——視為偽科學(xué),，并質(zhì)疑他們的科學(xué)品格?，F(xiàn)在，馬古利斯和洛夫洛克或許可以得到正名了,。近期的研究發(fā)現(xiàn)使我們有理由更認(rèn)真地對(duì)待這一假說(shuō),。蓋亞假說(shuō)的核心是對(duì)行星及其生命之間關(guān)系的洞察，新研究改變了我們對(duì)這一關(guān)系的理解，也影響著我們?cè)谄渌乔蛏蠈ふ疑膰L試,。

在對(duì)地球生物圈進(jìn)行整體研究時(shí),，馬古利斯和洛夫洛克意識(shí)到，地球生物圈具有生命的某些特性,。它似乎會(huì)表現(xiàn)出“穩(wěn)態(tài)”,，即自我調(diào)節(jié)的體內(nèi)平衡。地球的許多生命維持特征都表現(xiàn)出了令人驚嘆的穩(wěn)定性,。從氣溫變化范圍,、大氣氧含量到海洋的酸堿度、鹽度和化學(xué)物質(zhì)含量,，所有這些都通過(guò)生物作用調(diào)節(jié),。幾億年來(lái)，所有這些特征都維持在一個(gè)使生命能夠繁盛的范圍內(nèi),。洛夫洛克和馬古利斯推測(cè),，生命整體與其環(huán)境通過(guò)某種方式相互作用，調(diào)節(jié)著這些全球性特征,。他們認(rèn)為地球在某種意義上是一個(gè)活著的有機(jī)體,。洛夫洛克將這個(gè)有機(jī)體稱為“蓋亞”（Gaia）。

干燥的火星,。有一種可能是,，火星和金星等行星由于不夠潮濕而無(wú)法維持生命。

馬古利斯和洛夫洛克的研究顯示了達(dá)爾文關(guān)于生物演化的圖景是不完整的,。達(dá)爾文確定了生命因環(huán)境變化而不斷適應(yīng)的機(jī)制,，使我們看到地球上所有生命是一個(gè)連續(xù)體，一個(gè)基因從共同根源擴(kuò)散,、增殖的過(guò)程,。在達(dá)爾文主義者看來(lái)，地球本質(zhì)上是一個(gè)具有一系列變化背景的舞臺(tái),，生命必須調(diào)整自己,。然而,，是什么（或者是誰(shuí)）在改變布景呢,？馬古利斯和洛夫洛克提出，生命戲劇并不是在一個(gè)“死”的地球舞臺(tái)上展開(kāi)的,，這個(gè)舞臺(tái)本身就是動(dòng)態(tài)的,，是一個(gè)更大的生物實(shí)體——由生物圈和在生物圈內(nèi)塑造、響應(yīng)并循環(huán)的“非生命”部分組成的蓋亞——的一部分。是的,，生命會(huì)適應(yīng)環(huán)境變化,，通過(guò)自然選擇塑造自己，但生命也會(huì)推動(dòng)并改變環(huán)境,，改變地球,。這就像你現(xiàn)在呼吸的空氣一樣明顯，空氣中的氧氣正是來(lái)源于生命,。因此,，演化并不是對(duì)無(wú)生命事件的一系列適應(yīng)，而是一個(gè)反饋系統(tǒng),，一種交換,。生命并沒(méi)有簡(jiǎn)單地將自己局限在地球的動(dòng)態(tài)變化中，相反,，生命和地球在共同演化的過(guò)程中互相塑造,。當(dāng)你開(kāi)始以這種方式觀察這個(gè)星球時(shí)，你會(huì)看到珊瑚礁,、石灰?guī)r懸崖,、河口三角洲、沼澤和堆滿蝙蝠糞的海島都是一個(gè)更大生命實(shí)體的一部分,。你會(huì)意識(shí)到,，地球的整個(gè)表面和深處其實(shí)都是活著的,。

蓋亞假說(shuō)從提出至今,，依然難以獲得主流科學(xué)界的接受。這涉及幾個(gè)原因,，一是常見(jiàn)的惰性,，人們?cè)诿鎸?duì)新的思維方式時(shí)會(huì)表現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的保守和不情愿。不過(guò),，蓋亞假說(shuō)也被批評(píng)模糊不清和轉(zhuǎn)換概念,。一些人抱怨稱，“蓋亞論者”無(wú)法提出一個(gè)原創(chuàng),、明確且可驗(yàn)證的科學(xué)命題,。我們?cè)趺慈ピu(píng)價(jià)、反對(duì)或擁抱一個(gè)沒(méi)有明確說(shuō)明的概念呢,？在不同的人眼里,，這一假說(shuō)似乎又有不同的含義。這么說(shuō)確實(shí)也有一些道理,。蓋亞假說(shuō)有許多不同的闡述方式,。而且，馬古利斯和洛夫洛克很愿意將科學(xué)與哲學(xué)和是個(gè)相結(jié)合，他們也不介意爭(zhēng)議,；事實(shí)上,，他們應(yīng)該很享受并歡迎爭(zhēng)議。

事實(shí)是,，盡管蓋亞假說(shuō)廣為人知,，但它并不能算一個(gè)真正意義上的假說(shuō)。它是一個(gè)視角,，一種在一顆行星——一顆活生生的行星——上探索生命科學(xué)的方法,，不同于探索一顆有生命存在的行星。這才是真正的重點(diǎn),，簡(jiǎn)單但是深刻,。因?yàn)樯⒉皇堑厍蚬δ苓\(yùn)轉(zhuǎn)中微不足道的計(jì)劃外產(chǎn)物，而是行星演化和行為中不可或缺的一部分,。過(guò)去幾十年來(lái),，蓋亞論者已經(jīng)差不多贏得了這場(chǎng)戰(zhàn)役。當(dāng)然,，反對(duì)者從未真正投降或承認(rèn)失敗,，但主流地球科學(xué)界已經(jīng)放下了學(xué)術(shù)盾牌，并且與化學(xué),、氣候?qū)W,、理論生物學(xué)和其他一些學(xué)科聯(lián)手，將蓋亞假說(shuō)重新命名為“地球系統(tǒng)科學(xué)”,。

在太空時(shí)代,，地球與其他明顯毫無(wú)生機(jī)的行星之間形成鮮明對(duì)比，蓋亞假說(shuō)也使人們更深刻意識(shí)到我們的星球是如何被其居民改造的,。當(dāng)我們把地球的生命故事與其他行星比較的時(shí)候,，可以看到，在地球非常早期的發(fā)展階段,，就在不利于生命的初期降雨消退之后,，生命就找到了立足點(diǎn)，地球開(kāi)始走上與其他行星完全不同的道路,。當(dāng)生命和地球建立起這種聯(lián)系之后,，二者便開(kāi)始共同演化并延續(xù)至今。

當(dāng)我們用太空時(shí)代的工具研究地球,，比如從某個(gè)距離對(duì)它進(jìn)行整體觀察,，或者鉆探海底深處，以及用多光譜成像等技術(shù)繪制全球元素,、營(yíng)養(yǎng)和能量的生物化學(xué)循環(huán)過(guò)程時(shí),，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，生命的影響要比我們?cè)阮A(yù)計(jì)的更深刻和更普遍,。

我們認(rèn)為理所當(dāng)然的氧氣是生命在參與地球生物化學(xué)循環(huán)時(shí)的副產(chǎn)物：它們利用太陽(yáng)能分解水分子,，將氫原子保留下來(lái)，與二氧化碳反應(yīng)形成有機(jī)物,，作為食物和身體組分,，同時(shí)將氧氣分離出來(lái)。在地球的高層大氣,，一部分氧氣在紫外線照射下轉(zhuǎn)化成臭氧,。臭氧層能抵擋致命的紫外線，使地面變得適宜生命生存,。臭氧層形成之后,，生命才得以離開(kāi)海洋，大陸才能被綠色的森林覆蓋,。沒(méi)錯(cuò),，正是生命讓曾經(jīng)毫無(wú)生機(jī)的陸地變得生機(jī)盎然。

當(dāng)我們?cè)蕉嗟赝ㄟ^(guò)“蓋亞透鏡”觀察時(shí),，我們就越能看到地球幾乎每個(gè)方面都在生物學(xué)上被扭曲得認(rèn)不出來(lái),。地球的巖石中含有超過(guò)4000種礦物質(zhì)（構(gòu)成巖石的結(jié)晶分子），比我們?cè)谄渌魏涡行巧嫌^察到的礦物質(zhì)類型都要多,。研究地球礦物史的地球化學(xué)家總結(jié)稱,，如果沒(méi)有生命的出現(xiàn)，這些礦物質(zhì)絕大多數(shù)都不會(huì)存在,。因此,，在經(jīng)過(guò)生命改造的地球表面,，巖石本身也是生物的副產(chǎn)物,。這一礦物質(zhì)多樣性的巨大跨越發(fā)生在生命為地球大氣層提供氧氣之后，大量新的氧化礦物質(zhì)開(kāi)始形成,，使地球沉積物中充滿了彩色的巖石,。如果在觀察一顆遙遠(yuǎn)行星時(shí)發(fā)現(xiàn)如此廣泛和多樣的礦物質(zhì)，很可能就預(yù)示著這是一個(gè)生命星球,。因此,，這是一個(gè)潛在的生物印記（或者可以稱為蓋亞印記），可以添加到更常被引用的洛夫洛克標(biāo)準(zhǔn)中,，用來(lái)搜尋生命導(dǎo)致大氣成分顯著失去平衡的跡象,。事實(shí)上，礦物質(zhì)和生命相互影響的歷史似乎可以追溯到最開(kāi)始的時(shí)候,。越來(lái)越多的證據(jù)顯示,，礦物質(zhì)對(duì)地球生命起源來(lái)說(shuō)是重要的催化劑和物理基質(zhì),。那么，將地球的礦物質(zhì)表面視為地球生命系統(tǒng)的一部分,，視為蓋亞身體的一部分,，是否真的是一個(gè)巨大的飛躍？

此外,，板塊構(gòu)造和地球深層內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)呢,？乍看之下，板塊構(gòu)造似乎就是一個(gè)巨大的機(jī)械系統(tǒng)——一個(gè)不依賴生物學(xué),，而是為生命提供支持的“熱發(fā)動(dòng)機(jī)”,。而且，盡管我們可能仍然對(duì)深埋在生物圈下方的地球部分缺乏了解,，但是不太可能有生物體生活在地殼以下幾公里深的地方,，因?yàn)槟抢锏臏囟葘?duì)有機(jī)分子而言太高了。不過(guò),，正如我們發(fā)現(xiàn)生命的影響已經(jīng)擴(kuò)展到高層大氣,，創(chuàng)造了能使生物圈包圍大陸的臭氧層一樣，我們也越來(lái)越多地看到生物對(duì)這些更深層地下領(lǐng)域的影響,。在漫長(zhǎng)的生命中,，蓋亞不僅改變了地球的皮膚，也改變了地球的內(nèi)臟,，將地幔中的碳提取出來(lái),，堆積在沉積巖的表面，并將空氣中的大量氮?dú)庖园钡男问椒獯嬖诘蒯r石晶體中,。

通過(guò)控制大氣的化學(xué)狀態(tài),，生命也改變了與其接觸的巖石，從而使地球的地殼和地幔氧化,。這也改變了巖石的材料特性,，即它們?cè)诟鞣N力量和條件下如何彎曲、折斷,、擠壓,、折疊和熔化。地球生物圈產(chǎn)生的所有粘土礦物都會(huì)使地殼軟化,，幫助“潤(rùn)滑”板塊構(gòu)造發(fā)動(dòng)機(jī),。地球的潮濕或許能解釋板塊構(gòu)造在地球上的持續(xù)存在，而不是在干燥的金星上,。蓋亞假說(shuō)陣營(yíng)中還有一個(gè)更極端的觀點(diǎn)——目前還未被證實(shí)或否定——宣稱,，生命的影響在漫長(zhǎng)歷史中幫助地球保住了作為生命之源的水，而金星,、火星在大部分歷史中都沒(méi)有水的存在,。如果真的如此,，那么生命可能真的是地球板塊構(gòu)造形成的原因。最早提出板塊構(gòu)造理論的學(xué)者之一,，來(lái)自斯坦福大學(xué)的諾姆·斯利普（NormSleep）,，已經(jīng)完全相信生命與地球的整體物理動(dòng)力學(xué)——包括“無(wú)生命”的內(nèi)部區(qū)域——密切相關(guān)。在描述生命對(duì)地質(zhì)學(xué),、大陸形成和板塊的長(zhǎng)期累積影響時(shí),，他寫道,，“凈效應(yīng)就是蓋亞,。也就是，生命為了自己的利益改造了地球,?！蔽覀儗?duì)地球的了解越多，就越能看到這一點(diǎn),。地球已經(jīng)是在生命的掌握之中,，以一種不平凡的方式，它成為了一顆完全由生物調(diào)制的行星,。

現(xiàn)在,，在海盜號(hào)著陸火星四十多年后，我們已經(jīng)知道行星在宇宙中很普遍,，包括那些大小與地球差不多,，并且與母恒星距離合適、允許液態(tài)水海洋存在的行星,。另一方面,，洛夫洛克的激進(jìn)觀點(diǎn)——關(guān)注大氣層并尋找與預(yù)期混合氣體差異顯著的特征——已經(jīng)成為我們探測(cè)外星生命策略的基礎(chǔ)。蓋亞式的思維已經(jīng)滲透進(jìn)我們對(duì)演化和系外行星適居性的認(rèn)知中,，并修訂了“適居帶”的定義,。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一顆行星的基本物理性質(zhì)（如體積和與恒星的距離等）并不足以確定其適居性,。生命本身一旦開(kāi)始,，就可以使一顆行星變得宜居并保持下去?；蛟S在某些情況下,，生命還能摧毀一顆行星的適居性，正如21億年前大氧化事件（Great Oxygenation Event）期間地球所經(jīng)歷的一樣,。加拿大維多利亞大學(xué)的年輕氣候模型學(xué)者科林·戈德布拉特（Colin Goldblatt）說(shuō)：“地球的決定性特征是行星規(guī)模的生命,。地球教育我們，適居性和居民是無(wú)法分離的,?！?/p>

美國(guó)天體生物學(xué)家大衛(wèi)·格林斯彭（David Grinspoon）在出版于2003年的《孤獨(dú)行星》（Lonely Planets）一書中,，描述了所謂的“活體世界假說(shuō)”（Living Worlds hypothesis），即蓋亞思維在天體生物學(xué)上的應(yīng)用,?；蛟S所有地方的生命本質(zhì)上都是一種行星規(guī)模的現(xiàn)象，具有宇宙尺度的生命長(zhǎng)度——以數(shù)十億年計(jì)的預(yù)期壽命,，可以用來(lái)定義行星,、恒星和宇宙壽命的時(shí)間尺度。

有機(jī)體和生物物種都沒(méi)有宇宙尺度的生命跨度,，蓋亞有,，而這可能是有生命行星的普遍屬性。格林斯彭受洛夫洛克和馬古利斯的影響很大,，他認(rèn)為我們不大可能在一顆大氣層沒(méi)有被顯著改變的行星表面找到生命,。根據(jù)這一觀點(diǎn)，行星無(wú)法“茍延殘喘”很長(zhǎng)時(shí)間,，而像火星這樣的老年星球,，如果沒(méi)能像地球這樣生機(jī)盎然的話，很可能早已經(jīng)完全死掉了,。如果好奇號(hào)火星探測(cè)器最近報(bào)告的甲烷氣體最終被證明是火星生命的證據(jù),，那就將證明格林斯彭的“活體行星假說(shuō)”是錯(cuò)的，生命可以在其他地方以非?！胺巧w亞”的形式存在著,。但是，如果火星是一顆有生命的行星,，可能要求的就不止是短暫存在的水洼和地下能源,。它可能還需要內(nèi)在驅(qū)動(dòng)的、持續(xù)而有力的地質(zhì)活動(dòng),。格林斯彭認(rèn)為,，一顆行星只有在地質(zhì)學(xué)意義上是“活著”的，才可能在生物學(xué)意義上是“活著”的,。沒(méi)有板塊構(gòu)造活動(dòng),，沒(méi)有深厚、強(qiáng)大的地球化學(xué)循環(huán)——生命以此為生并參與其中——生命就可能永遠(yuǎn)無(wú)法像在地球上一樣,，使自己成為火星上的永久特征,。

據(jù)我們所知，在地球生命開(kāi)始的時(shí)候,，金星和火星也同樣具有能使生命在那里開(kāi)始的特征：它們都很潮濕,，都是巖石行星，都有濃密的大氣層和強(qiáng)烈的地質(zhì)活動(dòng),。比較行星學(xué)似乎在告訴我們,，生命起源所需的條件可能是巖石行星的常態(tài),。有一種可能是，火星和金星也誕生了生命,，但這些生命無(wú)法延續(xù)下來(lái),。它們不能像地球生命那樣，在金星和火星上站穩(wěn)腳跟并成為永久的行星特征,。這可能是一個(gè)普遍的結(jié)局：誕生了生命的行星可能有好多個(gè),，但不是所有行星都能發(fā)展出強(qiáng)大且自我維持的全球性生物圈。地球真正罕見(jiàn)且不尋常的一點(diǎn)在于,，有利于生命的條件持續(xù)了數(shù)十億年,。這可能不僅僅是運(yùn)氣。

當(dāng)我們不再將行星視為生命可能存在或不存在的物體或場(chǎng)所,，而是將它們視為生命體或非生命實(shí)體時(shí),，我們對(duì)生命起源就會(huì)有全新的思考,?；蛟S生命不是發(fā)生在行星表面的事物，而是行星本身發(fā)生的變化：它是行星要變成的事物,。

我們可以將生命想象成一團(tuán)火,。如果你嘗試過(guò)生篝火，你就知道打出火花并燃起火苗很容易,，但保持火焰持續(xù)燃燒卻很難,。一開(kāi)始你必須靠近篝火，使勁吹氣直到你快要頭暈,，否則火焰就會(huì)因氧氣不足而熄滅,。在篝火真正著起來(lái)之前使其保持燃燒一直是最棘手的部分,。接著,，到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)之后,，火焰便開(kāi)始在一堆燃料上咆哮,，它的熱量開(kāi)啟了自己的循環(huán)模式,，吸入氧氣,，持續(xù)燃燒,。此時(shí)篝火已經(jīng)是一個(gè)自我維持的系統(tǒng)，你可以拿起啤酒,，盡情觀賞流星了,。

行星上最初的生命是否就像一開(kāi)始的火花和不穩(wěn)定的火苗？生命的最初階段可能極其脆弱,，可能到了某個(gè)節(jié)點(diǎn),，一旦生命成為一種行星尺度上的現(xiàn)象,，融入能為其提供支持和養(yǎng)料的全球流動(dòng)中，它就能反過(guò)來(lái)自給自足,，變得更像一團(tuán)自我維持的篝火,，不僅能保證吸入足夠的空氣,，也可以自己補(bǔ)充燃料,。一個(gè)成熟的生物圈應(yīng)該能為生命的持續(xù)和蓬勃發(fā)展創(chuàng)造條件,。

“活體世界”的觀點(diǎn)意味著,，經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的演變,，生命或者從行星上消失，或者就像在地球上一樣,，完全接管行星并成為整個(gè)全球過(guò)程中不可或缺的一部分,。生命的跡象將無(wú)處不在,。一旦生命掌握了一顆行星,，一旦它成為一個(gè)行星尺度的實(shí)體（或許可以稱為全球有機(jī)體），它就很難被殺死,。當(dāng)然,，生命已經(jīng)見(jiàn)證了地球上許多巨大的改變,，有些是災(zāi)難性的。地球生命的強(qiáng)韌和持久令人驚嘆,，它似乎是不朽的?；蛟S應(yīng)該說(shuō)是“準(zhǔn)不朽”，因?yàn)樾行遣豢赡苡肋h(yuǎn)存在,，在整個(gè)生命周期中可能也不是一直適合生存,。個(gè)體的存在只是一瞬間。整個(gè)物種從出現(xiàn)到滅絕,，在時(shí)間尺度上往往也不足以引起行星的注意,。然而，生命作為整體一直延續(xù)著,。這為我們提供了一種思考自身的不同方式,。科學(xué)革命揭示出,，我們作為個(gè)體是非常渺小和短暫的,，而我們整體的存在——不是作為個(gè)體，而是作為一個(gè)物種——在宇宙演化的更大時(shí)間背景下也是短暫和脆弱的,。然而,，如果我們選擇融入生物圈，那我們,，也就是蓋亞,，就已經(jīng)存在了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間：在這個(gè)大約130億年歷史的宇宙中，我們存在了約30億年,。我們?cè)谒袝r(shí)間中活了四分之一，這挺了不起的,。

地球上的生命起源不僅僅是物種演化的開(kāi)始,，也是最終導(dǎo)致藻類爆發(fā)、白楊林,、大堡礁,、海象群和大猩猩群等多樣性的源泉。從行星演化的角度來(lái)看,，生命起源是一個(gè)重要的分支點(diǎn),，為通向一個(gè)完全不同的未來(lái)打開(kāi)了一條通道,。然后，當(dāng)生命逐漸遍布全世界,，并向地球深處發(fā)展時(shí),，地球就走上了一條不可逆轉(zhuǎn)的、與其他兄弟行星都不一樣的道路,。

就在最近,，在這個(gè)被生物改變了的地球上，另一種改變突然出現(xiàn)并重寫了行星演化的規(guī)則,。在地球的暗面,，可以看到不斷亮起的燈光。新的通道是否正在開(kāi)啟？地球是否處于一個(gè)新的分支點(diǎn),？

從天空中觀看地球,，可以發(fā)現(xiàn)我們的工業(yè)化社會(huì)已經(jīng)使地球發(fā)生了迅速而深刻的改變。軌道技術(shù)使這種觀察成為可能,，同時(shí)這種技術(shù)本身也是地球所處的這場(chǎng)轉(zhuǎn)變中最奇特和驚人的方面之一,。如果到目前為止，定義地球的特征是行星規(guī)模的生命,，那么這些行星規(guī)模的燈光呢,？這張展開(kāi)的明亮燈光網(wǎng)能成為重新定義地球的特征嗎？（任天）

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