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Articulo de referencia

hipótesis de Gaia

El estudio de la habitabilidad planetaria se basa en parte en la extrapolación a partir del conocimiento de las condiciones de la Tierra , ya que la Tierra es el único planeta q...

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El estudio de la habitabilidad planetaria se basa en parte en la extrapolación a partir del conocimiento de las condiciones de la Tierra , ya que la Tierra es el único planeta que se sabe actualmente que alberga vida ( La Canica Azul , fotografía del Apolo 17 de 1972 ).

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 autorregulado 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 desarrollada conjuntamente por la microbióloga Lynn Margulis en la década de 1970. [ 2 ] Siguiendo la sugerencia de su vecino, el novelista William Golding , Lovelock bautizó la hipótesis con el nombre de Gaia , la deidad primordial que a veces se personificaba como 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 ]

Entre los temas relacionados con la hipótesis de Gaia se 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 la hidrosfera y otras variables ambientales que afectan la habitabilidad de la Tierra .

La hipótesis de Gaia fue criticada inicialmente por ser teleológica —al implicar que la Tierra mantiene deliberadamente una atmósfera apta para la vida— , pero Lovelock rechazó esta interpretación. La hipótesis de Gaia sigue siendo objeto de críticas, y hoy en día muchos científicos consideran que está poco respaldada por la evidencia disponible, o incluso que contradice dicha evidencia. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]  

Descripción general

La hipótesis de Gaia sostiene que los organismos coevolucionan con su entorno. Es decir, los organismos influyen en el entorno abiótico , no solo en el biológico , y en el codesarrollo, el entorno abiótico influye en la biota mediante un proceso darwiniano , lo que podría indicar la evolución de un hábitat de vida colaborativo y recíproco. En 1995, Lovelock aportó pruebas de esta relación biótica-abiótica en la segunda versión de su conjetura, en el libro Las edades de Gaia . Esta teoría plantea la evolución desde el mundo de las primeras bacterias amantes del calor y las bacterias metanogénicas hacia la atmósfera actual enriquecida con oxígeno , es decir, la atmósfera actual, que sabemos que corresponde al Holoceno y que constituye un entorno propicio para una vida más compleja que en los tiempos primordiales. A medida que cada especie u otro sistema persigue su propio interés, sus acciones combinadas pueden tener efectos compensatorios sobre el entorno abiótico y biótico. Quienes se oponen a esta postura a veces citan ejemplos de acontecimientos que dieron lugar a cambios drásticos en lugar de un equilibrio estable, como la transformación de la atmósfera terrestre de un entorno reductor a uno rico en oxígeno al final del Arcaico y al comienzo del Proterozoico .

Las versiones menos aceptadas de la hipótesis de Gaia sostienen que los cambios en la biosfera se producen mediante la coordinación de los organismos vivos y que mantienen esas condiciones a través de la homeostasis . En algunas versiones de la hipótesis, todas las formas de vida se consideran parte de un único ser planetario viviente llamado Gaia . Desde esta perspectiva, la atmósfera, los mares y la corteza terrestre serían el resultado de las intervenciones de Gaia mediante la diversidad coevolutiva de los organismos vivos.

Entre los precursores de la hipótesis de Gaia se encuentran científicos rusos como Piotr Alekseevich Kropotkin (1842-1921), Rafail Vasil'evich Rizpolozhensky (1862- c. 1922 ), Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) y Vladimir Alexandrovich Kostitzin (1886-1963).

El paradigma de Gaia influyó en el movimiento de la ecología profunda . [ 8 ]

Detalles

La hipótesis de Gaia postula que la Tierra es un sistema complejo autorregulado que involucra 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. [ 9 ]

Gaia evoluciona mediante un sistema de retroalimentación cibernética operado por la biota , lo que conduce a una amplia estabilización de las condiciones de habitabilidad en una homeostasis completa. Muchos procesos en la superficie terrestre, esenciales para las condiciones de vida, dependen de la interacción de las formas de vida, especialmente los microorganismos , con elementos inorgánicos. Estos procesos establecen un sistema de control global que regula la temperatura de la superficie terrestre , la composición atmosférica y la salinidad oceánica , impulsado por el estado de desequilibrio termodinámico global del sistema terrestre. [ 10 ]

La existencia de una homeostasis planetaria influenciada por las formas de vida ya se había observado en el campo de la biogeoquímica , y también se está investigando en otros campos como la ciencia del sistema terrestre . La originalidad de la hipótesis de Gaia radica en la afirmación de que dicho equilibrio homeostático se busca activamente con el objetivo de mantener las condiciones óptimas para la vida, incluso cuando eventos terrestres o externos las amenazan. [ 11 ]

Regulación de la temperatura superficial global

Gráficos de paleotemperatura de Rob Rohde

Desde que comenzó la vida en la Tierra, la energía proporcionada por el Sol ha aumentado entre un 25 y un 30 %; [ 12 ] 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 que se encuentra en el smog petroquímico, similar en algunos aspectos a la atmósfera de Titán . [ 13 ] Esto, sugiere, ayudó a filtrar la luz ultravioleta hasta la formación de la capa de ozono, manteniendo cierto grado de homeostasis. Sin embargo, la investigación de la Tierra Bola de Nieve [ 14 ] 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 en contra de 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 bucle de retroalimentación que opera entre los ecosistemas oceánicos y el clima de la Tierra . [ 15 ] La hipótesis propone específicamente que ciertos fitoplancton que producen dimetilsulfuro responden a las variaciones en el forzamiento climático , y que estas respuestas conducen a un bucle 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 los gases de efecto invernadero, pueden provocar que las retroalimentaciones negativas en el medio ambiente se conviertan en retroalimentaciones positivas . Lovelock afirmó que esto podría acelerar enormemente el calentamiento global , [ 16 ] pero posteriormente indicó que los efectos probablemente se producirán más lentamente. [ 17 ]

Simulaciones de Daisyworld

Gráficos de una simulación estándar en blanco y negro de Daisyworld.

En respuesta a las críticas de que la hipótesis de Gaia aparentemente requería una selección de grupo y cooperación entre organismos poco realistas, James Lovelock y Andrew Watson desarrollaron un modelo matemático, Daisyworld , en el que la competencia ecológica sustentaba la regulación de la temperatura planetaria. [ 18 ]

Daisyworld analiza el balance energético de un planeta poblado por dos tipos de plantas: margaritas negras y margaritas blancas, que se supone ocupan una parte significativa de la superficie. El color de las margaritas influye en el albedo del planeta: las margaritas negras absorben más luz y lo calientan, mientras que las blancas reflejan más luz y lo enfrían. Se supone que las margaritas negras crecen y se reproducen mejor a temperaturas más bajas, mientras que las blancas prosperan mejor a temperaturas más altas. A medida que la temperatura se acerca al valor óptimo para las margaritas blancas, estas se reproducen más que las negras, lo que resulta en un mayor porcentaje de superficie blanca y una mayor reflexión de la luz solar, reduciendo así el aporte de calor y, finalmente, enfriando el planeta. Por el contrario, a medida que la temperatura desciende, las margaritas negras se reproducen más que las blancas, absorbiendo más luz solar y calentando el planeta. De este modo, la temperatura convergerá hacia el valor en el que las tasas de reproducción de ambas plantas se igualen.

Lovelock y Watson demostraron que, dentro de 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 varía, mientras que un planeta sin vida experimentaría grandes fluctuaciones 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, 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. [ 19 ]

Regulación de la salinidad oceánica

La salinidad oceánica se ha mantenido constante en torno al 3,5% durante mucho tiempo. [ 20 ] La estabilidad de la salinidad en los 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 salinidad oceánica constante fue un misterio durante mucho tiempo, porque no se conocía ningún proceso que contrarrestara el aporte de sal de los ríos. Recientemente se sugirió [ 21 ] que la salinidad también puede estar fuertemente influenciada por la circulación del agua de mar a través de rocas basálticas calientes , emergiendo 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 reside en la formación de llanuras salinas a lo largo de la historia de la Tierra. Se hipotetiza que estas son creadas por colonias bacterianas que fijan iones y metales pesados ​​durante sus procesos vitales. [ 20 ]

En los procesos biogeoquímicos de la Tierra, las fuentes y los sumideros son el movimiento de elementos. La composición de iones de sal en nuestros océanos y mares es: sodio (Na + ), cloro (Cl− ) , sulfato (SO42− ) , magnesio (Mg2 + ) , calcio (Ca2 + ) y potasio (K + ). Los elementos que componen la salinidad no cambian fácilmente y son una propiedad conservativa del agua de mar. [ 20 ] Existen 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, el movimiento de elementos no solo ayudaría hipotéticamente a reestructurar el movimiento de iones, electrones y similares, sino que también podría ayudar, de manera inexplicable, a equilibrar los cuerpos magnéticos del campo geomagnético de la Tierra. Las fuentes conocidas de sodio, es decir, las sales, son cuando la meteorización, la erosión y la disolución de rocas son transportadas a los ríos y depositadas en los océanos.

Kenneth J. Hsu , autor de correspondencia, descubrió ( aquí ) que el mar Mediterráneo era el riñón de Gaia. Hsu sugiere que la " desecación " del Mediterráneo es evidencia de un "riñón" funcional de Gaia. En este y en casos anteriores, son los movimientos de las placas y la física, no la biología, los que regulan la situación. Las funciones renales anteriores se realizaron durante la deposición de los gigantes salinos del Cretácico ( Atlántico Sur ), Jurásico ( Golfo de México ), Pérmico-Triásico ( Europa ), Devónico ( Canadá ) y Cámbrico / Precámbrico ( Gondwana ). [ 22 ]

Regulación del oxígeno en la atmósfera

Niveles de gases en la atmósfera según datos de núcleos de hielo de 420.000 años de antigüedad procedentes de la estación de investigación Vostok, en la Antártida . El período actual se muestra a la izquierda.

La hipótesis de Gaia postula que la composición atmosférica de la Tierra se mantiene en un estado dinámico estable gracias a la presencia de vida. [ 23 ] La composición atmosférica proporciona las condiciones a las que la vida contemporánea se ha adaptado. Todos los gases atmosféricos, a excepción de los gases nobles, presentes en la atmósfera son producidos o procesados ​​por organismos.

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 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 . [ 24 ] Desde el inicio del período Cámbrico , las concentraciones de oxígeno atmosférico han fluctuado entre el 15 % y el 40 % del volumen atmosférico. [ 25 ] No deberían existir trazas de metano (en una cantidad de 100 000 toneladas producidas por año) [ 26 ] , ya que el metano es combustible en una atmósfera de oxígeno.

El aire seco en la atmósfera terrestre 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 al 25 % aumentarían la frecuencia de incendios forestales y conflagraciones de bosques. Sin embargo, este mecanismo no elevaría los niveles de oxígeno si estos fueran demasiado bajos. Si se demuestra que las plantas producen O₂ en exceso de forma robusta, entonces quizás solo sea necesario el regulador de incendios forestales por alto contenido de oxígeno. Trabajos recientes sobre los hallazgos de carbón vegetal de origen incendiario en formaciones de carbón del Carbonífero y el Cretácico, en períodos geológicos en los que el O₂ sí superó el 25 %, han respaldado la afirmación de Lovelock.

Procesamiento de CO₂

Los científicos de Gaia consideran 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 significativa de dióxido de carbono atmosférico ( CO₂ ) es la actividad volcánica , mientras que la única eliminación significativa se produce a través de la precipitación de rocas carbonatadas . [ 27 ] 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 marino. Los organismos vivos utilizan el carbonato de calcio para fabricar caparazones y conchas carbonáceas. 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 enterramiento, y/o las fuerzas de la tectónica de placas, los convierten finalmente en depósitos de tiza y piedra caliza. Sin embargo, gran parte de los caparazones 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 alga cocolitófora abundante que puede desempeñar un papel en la formación de nubes . [ 28 ] El exceso de CO 2 se compensa con un aumento de la vida de los cocolitóforos, lo que incrementa la cantidad de CO 2 atrapado en el fondo oceánico. Los cocolitóforos, si la hipótesis CLAW resulta ser válida (véase «Regulación de la temperatura superficial global» más arriba), podrían ayudar a aumentar la cobertura nubosa, controlar así la temperatura superficial, contribuir a enfriar todo el planeta y favorecer las precipitaciones necesarias para las plantas terrestres. Últimamente, la concentración atmosférica de CO 2 ha aumentado y existen indicios de que las concentraciones de floraciones de algas oceánicas también están aumentando. [ 29 ]

Los líquenes y otros organismos aceleran la meteorización de las rocas superficiales, mientras que la descomposición de las rocas también se produce más rápidamente en el suelo, gracias a la actividad de raíces, hongos, bacterias y animales subterráneos. Por lo tanto, el flujo de dióxido de carbono de la atmósfera al suelo se regula con la ayuda de los organismos vivos. Cuando aumentan los niveles de CO₂ en la atmósfera, la temperatura sube y las plantas crecen. Este crecimiento conlleva un mayor consumo de CO₂ por parte de las plantas, que lo procesan y lo incorporan al suelo, eliminándolo así de la atmósfera.

Historia

Precedentes

Salida de la Tierra tomada desde el Apolo 8 por el astronauta William Anders , el 24 de diciembre de 1968.

La idea de la Tierra como un todo integrado, un ser vivo, tiene una larga tradición. La mítica Gaia era la diosa griega primordial que personificaba la Tierra , la versión griega de " Madre Naturaleza " (de Ge = Tierra, y Aia = abuela protoindoeuropea ), o la Madre Tierra . James Lovelock dio este nombre a su hipótesis tras una sugerencia del novelista William Golding , quien vivía en el mismo pueblo que Lovelock en ese momento ( Bowerchalke , Wiltshire , Reino Unido). El consejo de Golding se basaba en Gea, una grafía alternativa del nombre de la diosa griega, que se utiliza como prefijo en geología, geofísica y geoquímica. [ 30 ] Golding hizo referencia posteriormente a Gaia en su discurso de aceptación del Premio Nobel . [ 31 ]

En el siglo XVIII, a medida que la geología se consolidaba como ciencia moderna, James Hutton sostenía que los procesos geológicos y biológicos estaban interrelacionados. [ 32 ] Posteriormente, el naturalista y explorador Alexander von Humboldt reconoció la coevolución de los organismos vivos, el clima y la corteza terrestre. [ 32 ] 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 en la atmósfera terrestre son resultado de procesos biológicos. Durante la década de 1920 publicó trabajos que argumentaban que los organismos vivos podían remodelar el planeta con la misma certeza que cualquier fuerza física. Vernadsky fue un pionero de las bases científicas para las ciencias ambientales. [ 33 ] Sus declaraciones visionarias no fueron ampliamente aceptadas 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 principios del siglo XX, Aldo Leopold , pionero en el desarrollo de la ética ambiental moderna y en el movimiento por la conservación de la naturaleza salvaje , propuso una Tierra viva en su ética biocéntrica u holística con respecto a la tierra.

Al menos, no es imposible considerar las partes de la Tierra —el suelo, las montañas, los ríos, la atmósfera, etc.— como órganos o partes de órganos de un todo coordinado, cada parte con su función específica. Y si pudiéramos observar este todo, como un todo, a lo largo de un extenso período de tiempo, podríamos percibir no solo órganos con funciones coordinadas, sino posiblemente también ese proceso de consumo y reemplazo que en biología llamamos metabolismo o crecimiento. En tal caso, tendríamos todos los atributos visibles de un ser vivo, que no reconocemos como tal porque es demasiado grande y sus procesos vitales demasiado lentos.

— Stephan Harding, Animate Earth [ 34 ]

Otra influencia para la hipótesis de Gaia y el movimiento ambientalista en general surgió como consecuencia 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 observar la Tierra en su conjunto. La fotografía «Earthrise», tomada por el astronauta William Anders en 1968 durante la misión Apolo 8, se convirtió, gracias al efecto de perspectiva global , en un símbolo temprano del movimiento ecologista mundial. [ 35 ]

Formulación de la hipótesis

James Lovelock , 2005

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 en métodos para detectar vida en Marte . [ 36 ] [ 37 ] El primer artículo que lo mencionó fue Atmósferas Planetarias: Cambios Composicionales y otros Asociados con la Presencia de Vida , coescrito con CE Giffin. [ 38 ] Un concepto principal era que la vida podría 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 terrestre 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 de un libro divulgativo en 1979 Gaia: Una nueva mirada a la vida en la Tierra . Un artículo en New Scientist del 6 de febrero de 1975, [ 39 ] y una versión divulgativa de la hipótesis, publicada en 1979 como La búsqueda de Gaia , comenzaron a atraer la atención científica y crítica.

Lovelock la denominó inicialmente hipótesis de retroalimentación terrestre [ 40 ] , y fue una forma de explicar el hecho de que ciertas combinaciones de sustancias químicas, como el oxígeno y el metano, persisten en concentraciones estables en la atmósfera terrestre. Lovelock sugirió detectar dichas combinaciones en las atmósferas de otros planetas como una manera relativamente fiable y económica de detectar vida.

Lynn Margulis

Más tarde, surgieron otras relaciones, como que las criaturas marinas producían azufre y yodo en cantidades aproximadamente iguales a las requeridas por las criaturas terrestres, lo que ayudó a reforzar la hipótesis. [ 41 ]

En 1971, la microbióloga Dra. Lynn Margulis se unió a Lovelock en el esfuerzo por desarrollar la hipótesis inicial hasta convertirla en conceptos científicamente probados, aportando su conocimiento sobre cómo los microbios afectan la atmósfera y las diferentes capas de la superficie del planeta. [ 42 ] La bióloga estadounidense también había suscitado 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 , actualmente aceptada. Margulis dedicó el último de los ocho capítulos de su libro, El planeta simbiótico , a Gaia. Sin embargo, se opuso a la personificación generalizada de Gaia y recalcó que Gaia "no es un organismo", sino "una propiedad emergente de la interacción entre organismos". Definió a Gaia como "la serie de ecosistemas interactivos que componen un único y enorme ecosistema en la superficie de la Tierra. Punto". El "eslogan" más memorable del libro fue, de hecho, una broma de un estudiante de Margulis.

James Lovelock denominó a su primera propuesta hipótesis de Gaia, aunque también utilizó el término teoría de Gaia . Lovelock afirma que la formulación inicial se basaba en la observación, pero aún carecía de una explicación científica. Desde entonces, la hipótesis de Gaia ha sido respaldada por diversos experimentos científicos [ 43 ] y ha proporcionado varias predicciones útiles [ 44 ] .

Primera conferencia de Gaia

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. [ 45 ] El principal patrocinador fue la Sociedad Nacional Audubon . Entre los ponentes figuraban 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 500 personas. [ 46 ]

Segunda conferencia de Gaia

En 1988, el climatólogo Stephen Schneider organizó una conferencia de la Unión Geofísica Americana . La primera Conferencia Chapman sobre Gaia, [ 42 ] se celebró en San Diego, California, el 7 de marzo de 1988.

Durante la sesión sobre "fundamentos filosóficos" de la conferencia, David Abram habló sobre la influencia de la metáfora en la ciencia y sobre 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 sola hipótesis de Gaia, sino cuatro.

Respecto a la teoría de Gaia homeostática, Kirchner reconoció dos alternativas. La «Gaia débil» afirmaba que la vida tiende a estabilizar el entorno para el florecimiento de toda la vida. La «Gaia fuerte», según Kirchner, afirmaba que la vida tiende a estabilizar el entorno para permitir el florecimiento de toda la vida. Kirchner sostenía que la Gaia fuerte era imposible de comprobar y, por lo tanto, no era científica. [ 47 ]

Sin embargo, Lovelock y otros científicos que apoyaban la teoría de Gaia intentaron refutar la afirmación de que la hipótesis no es científica porque es imposible comprobarla mediante experimentos controlados. Por ejemplo, frente a 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. [ 18 ] Lovelock afirmó que el modelo Daisyworld «demuestra que la autorregulación del entorno global puede surgir de la competencia entre tipos de vida que alteran su entorno local de diferentes maneras». [ 48 ]

Lovelock se cuidó de presentar una versión de la hipótesis de Gaia que no afirmaba que Gaia mantuviera intencional o conscientemente el complejo equilibrio en su entorno, esencial para la supervivencia de la vida. Al parecer, la afirmación de que Gaia actúa "intencionalmente" era una declaración de su primer libro, de gran popularidad, y no debía interpretarse literalmente. Esta nueva formulación de la hipótesis de Gaia fue más aceptable para la comunidad científica. Tras esta conferencia, la mayoría de las acusaciones de teleologismo cesaron.

Tercera conferencia de Gaia

Para la segunda Conferencia Chapman sobre la Hipótesis de Gaia, celebrada en Valencia, España, el 23 de junio de 2000, [ 49 ] la situación había cambiado significativamente. En lugar de un debate sobre las visiones teleológicas gaianas 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 cambios estructurales evolutivos significativos a largo plazo.

Las preguntas principales fueron: [ 50 ]

  1. ¿Cómo ha cambiado con el tiempo el sistema biogeoquímico/climático global llamado Gaia? ¿Cuál es su historia? ¿Puede Gaia mantener la estabilidad del sistema en una escala temporal determinada, pero experimentar cambios vectoriales en escalas temporales más largas? ¿Cómo se puede utilizar el registro geológico para examinar estas cuestiones?
  2. ¿Cuál es la estructura de Gaia? ¿Son las retroalimentaciones lo suficientemente fuertes como para influir en la evolución del clima? ¿Existen partes del sistema determinadas pragmáticamente por el estudio disciplinario que se esté llevando a cabo en un momento dado, o hay un conjunto de partes que deberían considerarse más válidas para comprender a Gaia como un sistema que contiene organismos en evolución a lo largo del tiempo? ¿Cuáles son las retroalimentaciones entre estas diferentes partes del sistema gaiano, y qué significa el casi cierre de la materia para la estructura de Gaia como ecosistema global y para la productividad de la vida?
  3. ¿Cómo se relacionan los modelos de procesos y fenómenos gaianos con la realidad y cómo ayudan a comprender y abordar Gaia? ¿Cómo se transfieren los resultados de Daisyworld al mundo real? ¿Cuáles son los principales candidatos a "margaritas"? ¿Importa para la teoría de Gaia encontrar margaritas o no? ¿Cómo deberíamos buscar margaritas y deberíamos intensificar la búsqueda? ¿Cómo se pueden integrar los mecanismos gaianos utilizando modelos de procesos o modelos globales del sistema climático que incluyan la biota y permitan el ciclo químico?

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) coincidió afirmando: «...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 bien podría conducir a un comportamiento casi homeostático del sistema terrestre en escalas de tiempo largas, como lo plantea la hipótesis de Gaia». M. Staley (2002) propuso 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 consecuencia de la dinámica poblacional. El papel de la selección es favorecer a los organismos mejor adaptados a las condiciones ambientales predominantes. Sin embargo, el 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 conduce finalmente a la convergencia del equilibrio y las condiciones óptimas».

Cuarta conferencia Gaia

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 de Parques Regionales del Norte de Virginia y otras entidades. [ 51 ]

Martin Ogle, naturalista jefe de la NVRPA y defensor desde hace mucho tiempo de la hipótesis de Gaia, organizó el evento. Lynn Margulis, profesora distinguida de la Universidad en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachusetts-Amherst y defensora desde hace mucho tiempo de la hipótesis de Gaia, fue una de las oradoras principales. Entre muchos otros oradores se encontraban: 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 , investigador sénior del Programa de Política Atmosférica de la Sociedad Meteorológica Estadounidense y el reconocido experto en ética ambiental, J. Baird Callicott .

Crítica

Después de recibir inicialmente poca atención por parte de los científicos (desde 1969 hasta 1977), posteriormente, durante un período, la hipótesis inicial de Gaia fue criticada por varios científicos, incluidos Ford Doolittle , [ 52 ] Richard Dawkins [ 53 ] y Stephen Jay Gould . [ 42 ] Lovelock ha dicho que debido a que su hipótesis lleva el nombre de una diosa griega y fue defendida por muchos no científicos, [ 40 ] 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 a una meta. En respuesta a esta crítica en 1990, Lovelock declaró: "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". [ 54 ] Quería conocer los mecanismos reales mediante los cuales se alcanzaba la homeostasis autorregulada. En su defensa de Gaia, David Abram argumenta que Gould pasó por alto el hecho de que "mecanismo", en sí mismo, es una metáfora —si bien una metáfora sumamente común y a menudo no reconocida— que nos lleva a considerar los sistemas naturales y vivos como si fueran máquinas organizadas y construidas 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 de agencia de los seres vivos, mientras que las metáforas organicistas de la hipótesis de Gaia acentúan la agencia activa tanto de la biota como de la biosfera en su conjunto. [ 55 ] Con respecto a la causalidad en Gaia, Lovelock argumenta que ningún mecanismo único es responsable, que las conexiones entre los diversos mecanismos conocidos quizás nunca se conozcan, que esto se acepta en otros campos de la biología y la ecología como algo natural, y que la hostilidad específica se reserva para su propia hipótesis por otras razones. [ 40 ]

Además de aclarar su lenguaje y su comprensión del concepto de forma de vida, Lovelock atribuye la mayor parte de las críticas a la falta de comprensión de las matemáticas no lineales por parte de sus detractores, y a una forma linealizadora de reduccionismo voraz 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 podrían no ser explicables matemáticamente. [ 40 ]

Selección natural y evolución

Lovelock sugirió que los mecanismos de retroalimentación biológica global podrían evolucionar por selección natural , afirmando que los organismos que mejoran su entorno para su supervivencia tienen más éxito que aquellos que lo dañan. 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 sostuvo 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 era acientífica. [ 52 ] Mientras tanto, Dawkins afirmó que para que los organismos actuaran en conjunto se requeriría previsión y planificación, lo cual es contrario a la comprensión científica actual de la evolución. [ 53 ] Al igual que Doolittle, también rechazó la posibilidad de que los bucles de retroalimentación pudieran estabilizar el sistema.

En 1999, Margulis argumentó que « la gran visión de Darwin no era errónea, sino incompleta. Al enfatizar la competencia directa entre individuos por los recursos como el principal mecanismo de selección, Darwin (y especialmente sus seguidores) crearon la impresión de que el ambiente era simplemente un escenario estático». Escribió que la composición de la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera terrestres se regula en torno a «puntos de ajuste», como en la homeostasis , pero estos puntos de ajuste cambian con el tiempo. [ 56 ]

El biólogo evolutivo WD Hamilton calificó el concepto de Gaia de copernicano , añadiendo que se necesitaría otro Newton para explicar cómo se produce la autorregulación gaiana a través de la selección natural darwiniana . [ 30 ] Más recientemente, Ford Doolittle, basándose en su propuesta ITSNTS (It's The Song Not The Singer) y la de Inkpen [ 57 ] , propuso que la persistencia diferencial puede desempeñar un papel similar al de 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. [ 58 ]

La crítica en el siglo XXI

La hipótesis de Gaia sigue siendo recibida con escepticismo generalizado 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 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. [ 4 ] [ 5 ] Varios libros recientes han criticado la hipótesis de Gaia, expresando opiniones que van desde «... la hipótesis de Gaia carece de apoyo observacional inequívoco y tiene dificultades teóricas significativas» [ 59 ] hasta «Suspendido incómodamente entre metáfora contaminada, hecho y pseudociencia, prefiero dejar a Gaia firmemente en segundo plano» [ 6 ] hasta «La hipótesis de Gaia no está respaldada ni por la teoría evolutiva ni por la evidencia empírica del registro geológico». [ 60 ] La hipótesis CLAW , [ 15 ] inicialmente sugerida como un ejemplo potencial de retroalimentación gaiana directa, posteriormente se ha encontrado menos creíble a medida que ha mejorado la comprensión de los núcleos de condensación de nubes . [ 61 ] En 2009 se propuso la hipótesis Medea : que la vida tiene impactos altamente perjudiciales (biocidas) en las condiciones planetarias, en oposición directa a la hipótesis Gaia. [ 62 ]

En una evaluación exhaustiva de la hipótesis de Gaia publicada en 2013, que consideraba la evidencia moderna de diversas disciplinas relevantes, Toby Tyrrell concluyó: «Creo que Gaia es un callejón sin salida. Sin embargo, su estudio ha generado muchas preguntas nuevas y estimulantes. Si bien rechazamos a Gaia, podemos apreciar la originalidad y la amplitud de visión de Lovelock, y reconocer que su audaz concepto ha contribuido a estimular muchas ideas nuevas sobre la Tierra y a defender un enfoque holístico para su estudio». [ 63 ] En otro lugar, presenta su conclusión: «La hipótesis de Gaia no es una imagen precisa de cómo funciona nuestro mundo». [ 64 ] Esta afirmación debe entenderse como una referencia a las formas «fuerte» y «moderada» de Gaia: que la biota obedece a un principio que trabaja para 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, considera que las dos formas más débiles de Gaia —Gaia Coevolutiva y Gaia Influyente, que afirman que existen vínculos estrechos entre la evolución de la vida y el medio ambiente, y que la biología afecta al entorno físico y químico— son ambas creíbles, pero que no es útil usar el término "Gaia" en este sentido y que esas dos formas ya fueron aceptadas y explicadas por los procesos de selección natural y adaptación. [ 65 ]

En 2020, en una carta abierta [ 66 ] dirigida a Bruno Latour y publicada por una revista especializada en historias del futuro, el jardinero Michel Maruca revisó el influyente artículo de Lovelock y Margulis de 1974. Observó una discrepancia entre su resumen, que afirma que «Este artículo ofrece una explicación alternativa: poco después del inicio de la vida, esta adquirió el control del entorno planetario», y su conclusión, que presenta la hipótesis de Gaia «al menos para entretener y para suscitar nuevas preguntas sobre la Tierra». Maruca abogó por abandonar la segunda interpretación, actualmente dominante, en favor de la primera: la hipótesis de Gaia no es principalmente una nueva concepción de la Tierra, sino una nueva concepción de nuestra familia darwiniana de seres vivos. Sostuvo que la vida se opone a la Tierra y, por extensión, al universo. En 2023 y en un artículo posterior [ 67 ] , elaboró ​​más a fondo que, tras el descubrimiento de Lovelock, la ciencia debería revisar su metanarrativa para abordar la crisis ecológica y declarar lo que él denominó el conflicto de la vida contra la Tierra.

Principio antrópico

Como han destacado numerosos críticos, no existe ningún mecanismo plausible que impulse la evolución de bucles de retroalimentación negativa que conduzcan a la autorregulación planetaria del clima. [ 5 ] [ 6 ] De hecho, múltiples incidentes en la historia de la Tierra (véase 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 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 rotacional que causa la periodicidad en la insolación del 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 información sobre las causas de las edades de hielo. Mientras tanto, la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera, junto con la oxidación del metano atmosférico por el oxígeno liberado, resultó en una disminución drástica del efecto invernadero . [ nota 1 ] La expansión resultante de los casquetes polares disminuyó la fracción total de luz solar absorbida por la Tierra, lo que resultó en un bucle de retroalimentación positiva hielo-albedo descontrolado que finalmente resultó en glaciación sobre 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 ruptura de la Tierra desde el estado congelado parece haberse debido directamente a la liberación de dióxido de carbono y metano por los volcanes, [ 71 ] aunque la liberación de metano por microbios atrapados bajo el hielo también podría haber influido. [ 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 disminuyó la eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera por la meteorización de rocas silíceas. Sin embargo, en ausencia de actividad tectónica, la condición de bola de nieve podría haber persistido indefinidamente. [ 73 ] : 43–68

Eventos geológicos con retroalimentaciones positivas amplificadoras (junto con cierta posible participación biológica) llevaron 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 de Siberia , 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 un aumento de tan solo el doble, hasta un aumento de hasta veinte veces. [ 73 ] : 69–91 Las retroalimentaciones amplificadoras aumentaron el calentamiento a considerablemente mayor que el que se esperaría simplemente por el efecto invernadero del dióxido de carbono: estas 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 bajo 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 conchas 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 sulfurosas de las aguas superficiales oxigenadas, lo que condujo a la 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 extinción de la vida animal y vegetal terrestre. [ 78 ]

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 autoconscientes capaces de formular tales preguntas. [ 73 ] : 50 Se pueden imaginar innumerables mundos donde la vida evolucionó con diferentes bioquímicas o donde los mundos tenían diferentes propiedades geofísicas, de modo que los mundos actualmente están muertos debido a un efecto invernadero descontrolado, o están en un perpetuo efecto bola de nieve, o debido a un factor u otro, la vida se ha visto inhibida para evolucionar más allá del nivel microbiano. [ nota 2 ]

Si no existe ningún medio 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 terrestre a lo largo del tiempo geológico. Pero en los últimos años, esta visión estrictamente reduccionista se ha modificado al reconocerse 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 reproductivas 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 crítico fuerte y temprano de la hipótesis de Gaia, [ 52 ] para 2015 había comenzado a pensar en formas en que 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 que ciertas entidades logren la fijación al sobrevivir a la muerte de sus competidores. Si bien la biosfera terrestre no compite con otras biosferas en otros planetas, existen muchos competidores por la supervivencia en este planeta. Colectivamente, Gaia constituye el único clado de todos los supervivientes vivientes descendientes del último ancestro común universal de la vida (LUCA). [ 81 ] Otras propuestas para la selección a nivel de biosfera incluyen la selección secuencial, la jerarquía entrópica, [ 83 ] y la consideración de 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 del holobionte podrían permitir comprender el surgimiento de Gaia sin argumentos antrópicos. [ 83 ] [ 84 ]

Véase también

Referencias

Notas

  1. ↑ Una hipótesis paraalternativa plantea que el desencadenante inmediato de la Tierra Bola de Nieve pudo haber sido una secuencia de erupciones volcánicas masivas ocurridas entre 717 y 719 millones de años atrás en lo que actualmente es el Ártico canadiense. Se presume que estas erupciones lanzaron enormes cantidades de aerosoles de azufre a la estratosfera, donde reflejaron la radiación solar incidente y tuvieron un fuerte efecto de enfriamiento. [ 69 ]
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Lecturas adicionales

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  • "Lovelock: 'No podemos salvar el planeta ' " Noticias de ciencia y tecnología de la BBC
  • Entrevista: Jasper Gerard entrevista a James Lovelock
  • Fragmentos de una entrevista con James Lovelock de 2010 en Wayback Machine (archivados el 3 de marzo de 2016).