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2013年12月29日 星期日

蓋亞假說:美麗的神話

如果大家喜歡觀看有關靈性/Newage文章的話,相信不會對「蓋亞」這詞彙感到陌生,地球就像是照顧萬物的母親,這個想法無疑是非常美麗,也正因如此,英國科學家 James Lovelock 七十年代提出的蓋亞假說 (Gaia Hypothesis) 變得相當流行。

蓋亞假說內容
假說中,地球上的生物和環境形成互相回饋的體系。體系中的生物會改變地球環境,而被改變的環境則會推動生物演化。兩者相互影響和作用下,使地球成為適合生命持續發展和生存之地。地球猶如能自行調節的生命體,是「超級有機體 (superorganism) 」,猶如希臘神話中的「大地之母」蓋亞 (Gaia) ,故命名之。而假說的三大重點為:

  1.  地球是對生命極為有利的棲息之所
  2.  生命大大改變地球環境,包括大氧與海洋中的化學成份
  3.  地球環境過去一直相當穩定

不過,蓋亞假說一直備受爭議,主要是因為不夠嚴謹,且並無數據支持。上周,英國海洋學家 Toby Tyrrell 在 New Scientist 撰文指地球並非有如 James Lovelock 所說這麼簡單,他以科學証據該點証明假說並非事實。



地球是對生命極為有利的棲息之所? 
Toby Tyrrell 認同另一環境科學家 Stephen Schneider 的看法,冰河期是最有力的証據推翻假說。

這些時期(冰河期)相當不利於生命。在過去的冰河期,對比溫暖的間冰期,陸地植被減少一半左右,而現時由淺海覆蓋的四分之三面積,曾經在海水水位下降時成為旱地,這些淺海卻是海洋最有生產力的地方。

冰河時期(對地球)的主要驅動力並非生命,而是米蘭科維奇週期 (Milankovich cycles) ,即地球圍繞太陽公轉時的週期性變化,這是純粹物理現象。然而,生命也牽涉在冰河期的低溫中,因為他們都是碳循環其中一環,控制大氣中的二氧化碳含量與地球的溫室效應。

另一個對生命毫無好處的,是地球上氮出現的形態。存在於空氣和海洋中的氮,以兩個氮原子的惰性氣體大量出現,只有固氮微生物可以利用;而其他生命更易利用的氮形態,如硝酸鹽 (nitrates) ,卻十分罕見。這導致氮元素過剩,生命卻缺乏氮的情況。地球上的氮循環幾乎完全是由微生物推動,但其結果完全跟蓋亞假說的相反,地球並非對所有生命有利的棲地。

生命大大改變地球環境?
Toby Tyrrell 同意此點,他指有許多証據可以証明,但相對薄弱,他反更支持「生命與地球協同演化 (coevolution of life and planet) 」說。

例如,生命影響行星反照率,即地球反射太陽幅射回太空的程度。海洋微生物產生的二甲硫醚 (dimethyl sulphide) 就能影響雲量形成。

然而,這種經常被用以確認蓋亞假說的效應,証據卻相對薄弱⋯⋯雖然, Lovelock 的第二個論點顯然是正確的,但並非是不可置辯的理論。它同樣可以類似的「生命與地球協同演化」假說解釋生命與環境相互的影響,此一說沒有要求影響的結果會改善或維持地球的可居住性。現時也沒有令人信服的理由,相信蓋亞假說而非協同演化說。

地球環境過去一直相當穩定?
至於第三點, Toby 認為地球多次的冰河期已經可証明假說的矛盾。

地球的氣候週期充斥多次的冰河時期,與假說自相矛盾。我們也有證據發現海水中主要離子濃度有長期變更、指全球曾有可能完全結冰的「雪球地球 (Snowball Earth) 」說以及引起厭氧生物體中毒氧化災變 (Great Oxygenation Event) 。

Toby Tyrrell 最近亦出版了《Gaia: A critical investigation of the relationship between life and Earth》深入討論該假說。

正如 New Scientist 另一篇的評論所說:

這就是科學。有些人會感嘆美麗、安慰性想法的崩潰,但蓋亞應該被世人記住她是個優雅的假說,引發起現時「地球系統」(絕不優雅的名字)的重要研究。

參考:
Gaia: The death of a beautiful idea - New Scientist, 31 October 2013
My verdict on Gaia hypothesis: beautiful but flawed - New Scientist, 1 November 2013

http://thehousenews.com/nature/蓋亞假說-美麗的神話/

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