Les scientifiques ont enfin une explication pour le puzzle Gaia

Les scientifiques ont enfin une explication pour le puzzle GaiaRomolo Tavani / shutterstock

Nous ne saurons probablement jamais comment la vie sur Terre a commencé. Peut-être dans une piscine ensoleillée peu profonde. Ou dans les profondeurs de l'océan écrasant des kilomètres sous la surface près des fissures de la croûte terrestre qui crachaient une soupe riche en minéraux. Alors qu'il y a de bonnes preuves pour la vie il y a au moins 3.7 milliards d'années, nous ne savons pas exactement quand cela a commencé.

Mais ces éons ont produit quelque chose d'encore plus remarquable: la vie a persisté. Malgré les impacts massifs d'astéroïdes, l'activité volcanique cataclysmique et les changements climatiques extrêmes, la vie a réussi non seulement à s'accrocher à notre monde rocheux mais aussi à prospérer.

Comment est-ce arrivé? La recherche que nous avons récemment publiée avec des collègues Tendances en écologie et évolution offre une partie importante de la réponse, fournissant une nouvelle explication de l'hypothèse de Gaia.

Développé par un scientifique et un inventeur James Lovelocket microbiologiste Lynn Margulis, les hypothèse Gaia À l'origine, il a proposé que la vie, par ses interactions avec la croûte terrestre, les océans et l'atmosphère, produise un effet stabilisateur sur les conditions de la surface de la planète - en particulier sur la composition de l'atmosphère et du climat. Avec un tel processus d'autorégulation en place, la vie a pu survivre dans des conditions qui l'auraient anéantie sur des planètes non régulatrices.

Lovelock a formulé l'hypothèse de Gaia en travaillant pour la NASA dans les 1960. Il a reconnu que la vie n'a pas été un passager passif sur Terre. Au contraire, il a profondément remodelé la planète, créant de nouvelles roches telles que le calcaire, affectant l'atmosphère en produisant de l'oxygène et entraînant les cycles d'éléments tels que l'azote, le phosphore et le carbone. Le changement climatique produit par l'homme, qui est en grande partie la conséquence de la combustion de combustibles fossiles et de la libération de dioxyde de carbone, n'est que la dernière façon dont la vie affecte le système terrestre.

Alors qu'il est maintenant admis que la vie est une force puissante sur la planète, l'hypothèse Gaia reste controversée. Malgré la preuve que les températures de surface ont, à quelques exceptions près, demeuré dans la fourchette requise pour l'eau liquide répandue, de nombreux scientifiques attribuent cela à la bonne chance. Si la Terre était complètement descendue dans une glacière ou dans une maison chaude (pensons à Mars ou à Vénus) alors la vie aurait disparu et nous ne serions pas là pour nous demander comment elle avait persisté si longtemps. C'est une forme de argument de sélection anthropique cela dit qu'il n'y a rien à expliquer.

Clairement, la vie sur Terre a été chanceuse. Dans le premier cas, la Terre est dans la zone habitable - elle orbite autour du soleil à une distance qui produit des températures de surface requises pour l'eau liquide. Il existe des formes de vie alternatives et peut-être plus exotiques dans l'univers, mais la vie telle que nous la connaissons nécessite de l'eau. La vie a également eu la chance d'éviter de très gros impacts d'astéroïdes. Un morceau de roche significativement plus grand que celui qui a conduit à la disparition des dinosaures il y a quelques années 66m aurait pu complètement stériliser la Terre.

Mais que se serait-il passé si la vie avait pu pousser d'un côté de la balance? Et si la vie en quelque sorte faisait sa propre chance en réduisant les impacts des perturbations planétaires? Ceci conduit à la question centrale en suspens dans l'hypothèse de Gaia: comment l'autorégulation planétaire est-elle censée fonctionner?

Alors que la sélection naturelle est un mécanisme explicatif puissant qui peut expliquer une grande partie des changements observés dans les espèces au cours du temps, nous avons manqué d'une théorie qui pourrait expliquer comment les éléments vivants et non vivants d'une planète produisent une autorégulation. Par conséquent, l'hypothèse de Gaia a généralement été considérée comme intéressante mais spéculative - et non ancré dans toute théorie testable.

Choisir pour la stabilité

Nous pensons que nous avons finalement une explication pour l'hypothèse de Gaia. Le mécanisme est "sélection séquentielle". En principe, c'est très simple. Au fur et à mesure que la vie émerge sur une planète, elle commence à affecter les conditions environnementales, et cela peut s'organiser en états stabilisants qui agissent comme un thermostat et qui ont tendance à persister, ou qui déstabilisent des états d'emballement tels que snowball Earth événements qui a presque éteint les débuts de la vie complexe plus de 600m ans.

Si elle se stabilise alors la scène est placée pour une évolution biologique ultérieure qui reconfigurera dans le temps l'ensemble des interactions entre la vie et la planète. Un exemple célèbre est le origine de la photosynthèse produisant de l'oxygène autour de 3 milliards d'années, dans un monde précédemment dépourvu d'oxygène. Si ces nouvelles interactions se stabilisent, alors le système planétaire continue à s'autoréguler. Mais de nouvelles interactions peuvent également produire des perturbations et des retours d'information incontrôlés. Dans le cas de la photosynthèse, il a conduit à une augmentation brutale des niveaux d'oxygène dans l'atmosphère "Grand événement d'oxydation"Autour de 2.3 il y a un milliard d'années. Ce fut l'une des rares périodes dans l'histoire de la Terre où le changement était si prononcé qu'il a probablement effacé une grande partie de la biosphère actuelle, redémarrant efficacement le système.

Le mécanisme de sélection

Les chances de la vie et de l'environnement s'organisant spontanément en états autorégulateurs peuvent être beaucoup plus élevées que ce à quoi on pourrait s'attendre. Si fait, compte tenu de la biodiversité suffisante, il peut être extrêmement probable. Mais il y a une limite à cette stabilité. Poussez le système trop loin et il peut aller au-delà d'un point de bascule et s'effondrer rapidement vers un état nouveau et potentiellement très différent.

Ce n'est pas un exercice purement théorique, car nous pensons pouvoir tester la théorie de différentes manières. À la plus petite échelle qui impliquerait des expériences avec diverses colonies bactériennes. À une échelle beaucoup plus grande, cela impliquerait de chercher d'autres biosphères autour d'autres étoiles que nous pourrions utiliser pour estimer le nombre total de biosphères dans l'univers - et non seulement la probabilité d'apparition de la vie, mais aussi la persistance.

La pertinence de nos résultats par rapport aux préoccupations actuelles sur le changement climatique ne nous a pas échappé. Quels que soient les humains, la vie continuera d'une manière ou d'une autre. Mais si nous continuons à émettre des gaz à effet de serre et donc à changer l'atmosphère, nous risquons de produire des changements climatiques dangereux et potentiellement dangereux. Cela pourrait éventuellement arrêter la civilisation humaine affectant l'atmosphère, ne serait-ce que parce qu'il ne restera plus aucune civilisation humaine.

La ConversationL'autorégulation Gaian peut être très efficace. Mais il n'y a aucune preuve qu'elle préfère une forme de vie à une autre. D'innombrables espèces ont émergé et ont ensuite disparu de la Terre au cours des X dernières années 3.7. Nous n'avons aucune raison de penser que Homo sapiens sont différents à cet égard.

A propos de l'auteur

James Dyke, professeur agrégé de sciences du développement durable, Université de Southampton et Tim Lenton, directeur, Global Systems Institute, Université d'Exeter

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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