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第五章 共同進化 5.3 在持久的搖搖欲墜狀態中保持平衡

第五章 共同進化

5.3 在持久的搖搖欲墜狀態中保持平衡

1967年,洛夫洛克寫了兩篇論文,預言說,根據他對星球大氣光譜的解讀,火星上面沒有生命。十年後,NASA發射了環火星軌道航天器,再十年後的數次壯觀的火星軟著陸探測終於明白地告訴世人,火星確實如洛夫洛克預測的那樣死氣沉沉。對金星進行的類似探測帶回來同樣的壞消息:太陽系裡除地球之外一片貧瘠。
三十年前,生物學家請NASA(美國國家航空和航天管理局)將兩個無人操縱的探測器發射到最有可能找到地外生命的兩個待選星球——火星和金星上,並用探針插入它們的土壤檢測是否有生命跡象。
NASA的生命探測器是一個相當複雜、精密而且昂貴的精巧裝置,一旦著陸,就能從灑落其上的塵土中找尋細菌生命的蛛絲馬跡。說話溫和的英國生物化學家詹姆斯·洛夫洛克是NASA聘請的顧問之一。他發現了一個能夠更好檢測行星生命的辦法。這個九_九_藏_書辦法不需要價值數百萬美金的精巧玩意兒,甚至都不需要發射火箭。
共同進化中的生命擁有非凡的生成穩定的非穩態的能力,將地球大氣的化學循環推至一個洛夫洛克所稱的「持久的非均衡態」。大氣中的氧含量應該隨時都會下降,但數百萬年來它就是不降下來。既然絕大多數的微生物生命都需要高濃度的氧,既然微生物化石都已存在億萬年了,那麼,這種奇特的不和諧的和諧狀態算得上是相當持久而穩定的了。
在洛夫洛克看來,似乎有一種看不見的能量,一隻看不見的手,將互動的化學反應推至某個高點,似乎隨時都會回落至平衡狀態。火星和金星上的化學反應猶如元素周期表那般穩定,那般死氣沉沉。以化學元素表來衡量,地球的化學性質是不正常的,完全失去了平衡,卻充滿活力。由此,洛夫洛克得出結論,任何有生命的星球,都會展現奇特的不穩定的化學性質。有益生命的大氣層不一定富含氧氣,但應該突破規範的平衡。
洛夫洛克是怎樣知道的呢?
洛夫洛克是現代科學研究領域罕見的奇才。他在英格蘭康沃爾郡鄉下一個灌木籬笆牆圍繞的石頭庫房內從事科學研究,彷彿一位獨行俠。他保持著無可挑剔的科學聲望,卻不隸屬於任何正規的科研機構,這在動輒就需要大筆資金的科學界實屬罕見。他那鮮明的獨立性滋養了自由思想,也離不開自由思想。二十世紀六十年代早期,洛夫洛克提出了一個顛覆性的建議,讓NASA探索團隊的其他成員都感到不痛快。他們是真想向外星發射探測器,而他卻說不必找這個麻煩。
地球大氣尋求穩定的氧含量,與恆溫器尋求穩定的溫度非常相似。它碰巧使得氧氣的平均濃度為20%,按https://read.99csw.com一位科學家的說法「純屬偶然」。低於這個水平是貧氧,高於這個水平就易燃。多倫多大學的喬治·R·威廉斯這樣寫道:「20%左右的氧含量似乎能夠保證某種平衡,在洋流近乎徹底循環的同時,又不會招致毒性物質或可燃性有機物的聚集而產生更大危害。」那麼,地球的感測器和溫控機制在哪兒呢?那個加熱用的爐子又在哪兒呢?
地球卻不同。地球大氣中氣體混合的路數不循常。經洛夫洛克查明,它們的不循常,是共同進化累積形成的有趣效果。
無生命星球通過地質輪迴來達到平衡。氣體,如二氧化碳,溶入液體並經沉澱析出固體。溶入定量的氣體之後達到自然飽和。固體在火山活動中經加熱或加壓,會將氣體釋放回大氣層。沉降、風化、隆起——所有巨大的地質力量——也如強大的化學作用那樣,打斷或合成物質的分子鏈。熱力學的熵變將所有化學反應拉到它們的最低能量值。臆想的爐子垮塌了。無生命星球上的平衡不太象恆溫控制下的平衡,它更像碗里的水,處在等高的水平;當不能降得更低時就乾脆處在同一個水平上。
那隻看不見的手就是共同進化的生命。
戴維·雷澤爾在他的科普性書籍《宇宙發生說》中辯稱,「生命的核心價值不在於它繁殖的不變性,而在於它繁殖的不穩定性。」生命的密鑰在於略微失調地繁衍,而不是中規中矩地繁衍。這種幾近墜落乃至混沌的運行狀態確保了生命的增殖。九*九*藏*書
洛夫洛克告訴他們,只需通過一架天文望遠鏡進行觀測,他就能確定某行星是否有生命。他可以通過測量該行星大氣層的光譜來確定其氣體的成分。包裹著行星的大氣組成就能揭秘星球是否存在過生命體。因此,用不著投擲一個昂貴的罐罐穿越太陽系去查明真相。答案他早就知道了。
洛夫洛克認為這持久的搖搖欲墜狀態是生命的顯著特徵。近來複雜性理論的研究人士也已意識到,任何活系統:經濟體、自然生態系統、複雜的計算機模擬系統、免疫系統,以及共同進化系統,都具有搖搖欲墜的顯著特徵。當它們保持著埃舍爾式的平衡態——處在總在下行卻永遠未曾降低過的狀態時,都具有那種似是而非的最佳特性——在塌落中平衡。
而地球則是一個恆溫器。相互糾纏共同進化的生命提供了一個自主循環的迴路,引導地球的化學物質趨九*九*藏*書向上升的勢能。大概要等地球上所有的生命都寂滅之後,地球的大氣才會回降至持久的平衡態,變得像火星和金星那樣單調乏味。但是,只要生命的分散式之手仍佔主導地位,它就能保持地球的化學物質脫離四平八穩的狀態。
以氧氣為例,它佔地球大氣的21%,造成地球大氣的不穩定。氧氣是高活性氣體,能在我們稱之為火或燃燒的激烈化學反應中與許多元素化合。從熱力學角度來看,由於大氣氧化了固體表面,地球大氣中氧氣的高含量理應快速下降才對。其他活性示蹤氣體,如一氧化二氮、碘甲烷也處於異常爬升的水平。氧氣雖與甲烷共存,卻根本不相容,更確切地說,它們太融洽了,以致於會相互引爆。令人費解的是,二氧化碳理應像在其他行星那樣成為大氣的主要成分,卻僅僅是一種示蹤氣體。除大氣之外,地球表面的溫度及鹼度也處於異乎尋常的水平。整個地球表面似乎是一個巨大、不穩定的化學變異。
但失衡本身卻是自主平衡的。共同進化的生命產生的持久失衡,自有其穩定之道。洛夫洛克一直致力於尋找這種持久失衡的存在。據我們所知,地球大氣中20%左右的氧含量已保持了億萬年之久。大氣層像一個高空九-九-藏-書懸索上搖搖擺擺的雜技演員,而且幾百萬年來一直保持著那個欲跌還休的姿勢。她永不墜落,也永遠擺脫不了墜落的趨勢,始終處於搖搖欲墜的狀態。
少有人注意到活系統的核心特點是,這種似是而非的特質是具傳染性的。活系統將它們的不穩定姿態傳染給它們接觸到的任何事物,而且無所不及。地球上,生命橫衝直撞,把勢力擴張到固體、液體和氣體之中。就我們所知,沒有哪塊從未被生命觸摸過的岩石。微小的海洋微生物將溶入海水的碳和氧固化,生產出一種散布在海床的鹽。這些沉積物最終被沉澱性的重量壓成岩石。微小的植物性微生物將碳從空氣中吸入土壤乃至深入海底,在水下化為石油。生命生產出甲烷、氨氣、氧氣、氫氣、二氧化碳以及其他氣體。鐵——還有金屬富集細菌造出金屬礦團。(鐵是非生命的典型代表,它由生命產生!) 通過嚴格的觀察,地質學家得出結論:所有露出地表的岩石(或許火山岩除外)都是再循環的沉澱物,因此,所有的岩石都具生物成因的實質,也就是說,在某些方面受生命影響。共同進化生命的無情推拉,最終將宇宙中的非生命物質帶入它的遊戲之中。它甚至將頑石也變成為映射其婆娑姿影的一部分。
是通過對化學反應和共同進化的研究。火星大氣和土壤中的成分被太陽射線賦予能量,被火星核心加熱,再被火星引力吸附,歷經數百萬年進入動態平衡。懂得了化學反應的一般規則,科學家就可以將星球當作一個大燒瓶里的物質來對它們的複雜反應作計算。化學家得出火星、金星以及其他行星的近似反應方程式之後,等號兩邊基本持平:能量、吸入成分;能量、逸出成分。通過天文望遠鏡、以及後來的實地採樣獲得的結果都符合反應方程式的預測。