书城科普读物地球之难:困境与选择
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第10章 盖娅进化

在地球尚未出现生命的40亿年前,地球与火星、金星拥有相似的表面组成成分,有丰富的二氧化碳和水、微量的还原气体氢、甲烷和氨气,但是,当生命必需的元素氢逃逸到太空中后,任何星球都将变得死气沉沉。

在接近太阳系起源的时间和空间,曾发生过一次超新星事件,地球上现储藏的铀含有0。72%的放射性U235同位素,这一数字可以推算出在约40亿年前,地壳中的铀可能含有近15%的U235。因而,在40亿前生命诞生前后的地球环境是非常严酷的,地球生命可能诞生于核辐射远高于现代的环境中,同时,大气因无臭氧层保护使得致命的紫外线可以长驱直入。但对一些核爆炸实验基地和核电站严重泄漏事故地的生态调查显示,这些放射性物质对这些地区的正常生态恢复影响很小。研究还显示,某些蓝绿色海藻,对短波紫外线辐射有很高的抵抗力。地球原始生命能在那种恶劣的环境中诞生并繁衍开来,这种生命形式现已退居到大陆架上和地球表面下的土壤中,这些土壤和海床中的微生物,“才是保持事物持续运动的真正主角”,是盖娅的基本部分。

生命最初从大量有机化学物质中演化而来,它一旦出现,就会迅速扩展到地球上所有适宜的地方,这些生命以有机化学物质为食物。但有限的食物使迅速繁衍的生命面临着挨饿和利用太阳能把环境中的原材料合成自己构成模块的选择压力,在这种选择反复出现的压力中演化出了自养生物,从而加速了不断扩展的生物圈的多样化、独立性和强健性。而以死亡和腐烂的有机物为食,及直接以生物为食是一种更为便利的选择,于是自养生物与异养生物,捕食者与被捕食者的多样性食物链的形态也在演化中形成,有机物与其物质环境之间紧密结合,使生物圈随着自身的演化迅速多样化,这是“一种更加稳定和更加强大的生态系统”。

地球原始生命诞生后的很长一段时间中,地球大气的主要成分是二氧化碳,正是它的温室效应使地球在20亿年前太阳辐射远比现在少时不被冻结。但是,生命的这种无休止活动驱动着大气中二氮化碳和甲烷在生物圈中不断循环,这些气体提供生命必需的碳和氢元素,结果使大气中的这些气体含量逐渐下降,碳和氮在海洋底部固着沉积,成为有机岩屑,或可能成为这些早期生命体的碳酸钙和碳酸镁,氨气分解所释放出来的氢主要和氧结合成水,少数会形成氢气逃逸到太空中,氮会以惰性的分子状态留在大气中。二氧化碳的耗减和氮的积累虽然缓慢,但一二十亿年的时间足以使大气构成发生显著变化。科学研究认为,地球半球接受到的太阳热量只要下降2%,就足以形成一个冰期,最近的一次冰期是地球绕太阳轨道运行的微小变动的结果,早期太阳辐射比现在少25%~30%,二氧化碳的逐渐下降会不断降低地球的温度,而随着冰雪覆盖面的扩大又会增加反射到太空中的阳光,这会使地球温度失控性地下降,从而不可避免地被冻结成一个冰雪世界。另一方面,如果生物通过产生甲烷等更强的增温气体来补偿,气温又会以恶性循环的方式失控性地变暖,直到大大高于生物所能忍受的程度,地球又会变成一个热而死寂的世界。

必须有一个能感觉温度和空气中二氧化碳含量变化,并使气温维持在适合生命的最优状态的调控机制,生命的生存和演化才能得以持续,这种机制来自于盖娅本身,生物适应性进化使盖娅各个组成部分构成一个复杂的联合体,她有很多方法能够能动地解决气候变化问题。例如,随着二氧化碳耗减,或大陆漂移到提高反照率的位置,盖娅可能仅仅通过颜色变暗就能使自身和地球保持温暖。波士顿大学的奥拉米克(Awramik)和古鲁比克(Golubic)观察到,在盐沼这样反射率高的地方,原先由微生物构成的覆盖随着季节变化变成浅色或黑色。如果过冷,就变成黑色,以减少反射率来增温;反之,如果过热,则变成浅色,以增加反射率来降温。而海洋生态系统还会产生一层覆盖水表面的具有绝热性能的单分子层,从而阻止水蒸气在大气中过量积聚而导致失控增热状况的出现。盖娅对温度的调节是综合运用多种不同的、与环境相协同的方法来实现的。

许多生物不仅能适应温度变化而改变颜色,而且能够为了伪装、警告、吸引异性而改变颜色。生物调节温度的方法也绝非仅限于改变颜色,如:蜜蜂能通过扇动翅膀有效地控制蜂巢的温度;一些动物通过长毛或脱毛、增加或减少脂肪来调节体温;人体通过出汗和颤抖来调节体温,当环境温度过高,出汗会使人体散发出相当大的热量,环境温度过低,颤抖增加了肌肉活动和燃烧更多身体燃料而产生更多的热量。当环境温度变化超越了内部调节能力时,动物又会寻找适宜的环境,如向阳或避阳,有些动物会改变环境,如钻洞筑巢等等。人类造房、穿衣、洗浴、取火等,其效用是多方面的,调节温度就是其效用之一。由此我们可以想到,为应对当前人类排放增温气体而造成的全球变暖,通过把人工建筑物如房屋、道路变成白色或许有效,但要符合盖娅调节气温的机制,还需使这种颜色改变像生物那样具有自动的感应性变化。

生命的延续还需要解决一系列的微妙平衡问题,如:所有生命必需元素的获得、排泄废物的利用、有毒物质的处理、环境酸度的控制、海洋盐度的控制等等。随着生命的大量繁衍,大量携带某些稀有元素的死亡生物尸骨被雨水带入海洋、沉积海底,这一大规模持续的过程最终会使至关重要的微量物质退出生物圈,直至“沧海桑田”变迁、火山喷发再次掀起这些沉积层而进入循环。盖娅需要利用但不仅仅依赖于这一漫长的循环过程,她更以自己不断进化的方式快捷地处理着这些难题,如:进化出类似于现在的植物、植食动物、肉食动物、腐食动物的食物网链,使珍贵的重要元素在食物网链中传递,微生物分解还原这些元素,并将有毒元素转化成挥发性的甲基衍生物,生物释放的氨气,中和硫和氮的化合物自然氧化形成的浓硫酸和浓硝酸,直至形成生命体从最小到最大、过程从最短到最长的协同一致、复杂高效的物质循环、动态平衡的综合性控制系统。在这一过程中,有毒物质被转化,排泄废物被利用,生物圈温湿度、环境酸碱度和海洋含盐度被控制在最有利于生命生存的范围之内。

由此可以推想到:我们的农业、工业、城市模式的弊病不在于不排放物质,因为这是不可能的,而在于其过程的线性化,才使排放变成了“污染”,才造成严重的土壤流失使植物之“毛”失去所附之“皮”,水体污染将生命必需的稀有物质快速地流失沉积于海洋而使陆地贫瘠,排放的固体垃圾洪流既污染了环境又枯竭了资源,大气污染既危害生物的生存又导致气候恶化,这种逆盖娅进化的模式类似于生命体的癌瘤,它的扩张是以盖娅生命体的衰竭为代价的。人类、万物众生乃至盖娅的继续进化之出路,要求人类经济社会必须进化出多样化的“物种”协同共生系统,即人类物质生产系统的各企业、产业的物质投入与产出(包括排放)之间和人类的物质生产与消费之间必须像盖娅那样,形成无废物的充分循环、整体共生自足的有机体。