Создатель концепции Геи

С.В. Багоцкий

Двадцать шестого июля 2019 года исполнилось 100 лет выдающемуся английскому исследователю и мыслителю Джеймсу Лавлоку. Именно так: не «сто лет со дня рождения», а сотый день рождения. Человек, который сравнил нашу планету с живым существом и сумел доказать, что это не пустая фантазия, живет в коттедже на берегу моря в английском графстве Дорсет. Не так давно он сказал в интервью «Independent», что сейчас Земля ему кажется похожей на него самого: она очень стара, но у нее еще есть время.

pic_2019_10_19.jpg
Иллюстрация Петра Перевезенцева

Джеймс Лавлок вырос в Лондоне. Он получил два высших образования: химическое и медицинское, работал в медицинских учреждениях, а в середине 1950-х заинтересовался химией того, что в нашей стране называется «окружающей средой».

Он разработал несколько детекторов для газовой хроматографии и среди них — детектор электронного захвата, сыгравший важную роль в развитии экологической науки. С помощью этого детектора, в частности, можно было определять галогенсодержащие органические вещества в газовой фазе, в том числе производные пестицидов. Как подчеркивает сам Джеймс Лавлок, именно это изобретение привело к созданию знаменитой книги Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» (название дано по одной из самых сильных глав книги — о гибели птиц от пестицидов), которая положила начало экологическому движению.

Намного позже, в начале 1970-х, Лавлок отправится с этим прибором в экспедицию на британском научно-исследовательском судне «Шеклтон» и впервые обнаружит широкую распространенность хлорфторуглеродов в атмосфере Земли. Правда, о том, что из них может выделяться хлор, он не задумывался, и Нобелевская премия по химии 1995 года за открытие роли этих соединений в разрушении озонового слоя досталась Франку Роуленду, Марио Молине и Паулю Крутцену.

А в начале 1960-х годов Лавлок отправился в США по приглашению NASA. Изобретателя новых детекторов пригласили в научную группу, занимавшуюся созданием зондов для исследования Луны и планет. Сначала он разрабатывал методы анализа лунного грунта, затем участвовал в программе поиска жизни на Марсе. Тогда он и начал размышлять о том, есть ли жизнь на других планетах и как это можно проверить.

В 1964 году Лавлок объявил себя «независимым ученым, свободным от любых ограничений, связанных с влиянием международных компаний на направление научных исследований». Позднее он принимал приглашения от известных университетов, был профессором в Хьюстонском университете (США), затем в Редингском университете (Великобритания), но в целом принципу независимости не изменял, предпочитая изучать литературу дома, а экспериментировать в пристройке.

В 1965 году «Nature» публикует статью Лавлока о том, что состав атмосферы на безжизненной планете должен быть близок к химическому равновесию. А если на планете есть жизнь, то этот состав может быть термодинамически сильно неравновесным. Действительно, на Земле с ее богатой кислородом атмосферой жизнь есть, а на Марсе, в атмосфере которого преобладает углекислый газ, — нет.

Размышления об атмосфере обитаемых и необитаемых планет привели Лавлока в начале 1970-х годов к формулировке концепции Геи. Кстати, назвать ее в честь древнегреческой богини Земли предложил знаменитый английский писатель Уильям Голдинг (1911–1993), который в то время жил по соседству с ученым.

Концепцию Геи можно считать обобщением концепции биосферы, предложенной Эдуардом Зюссом (1831–1914) и развитой в работах Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945). Сущность ее заключается в том, что свойства поверхности Земли поддерживаются благодаря активности всех населяющих ее живых организмов. Интересно, что, создавая эту концепцию, Джеймс Лавлок не знал о работах Вернадского. Он познакомился с ними только в 1980-х годах и начал популяризировать их на Западе.

По Лавлоку, активность живых организмов влияет не только на геохимические, но и на геофизические параметры Земли. Она играет важную роль в формировании климата разных районов Земли, водного режима и даже рельефа.

Для иллюстрации возможности живых организмов стабилизировать температуру планеты Джеймс Лавлок предложил модель «Маргариткового мира». На гипотетической планете, похожей на нашу Землю, живет только один вид — маргаритки, которые бывают светлыми и темными. А звезда, вокруг которой вращается эта планета, постепенно увеличивает свою светимость. Если бы планета была безжизненным каменным шаром, то с ростом светимости Солнца температура бы линейно нарастала. Но в модели есть маргаритки, и зависимость становится сильно нелинейной.

Предположим, что маргаритки могут существовать при температурах от 5 до 40°С, а их температурный оптимум 20°С. Когда температура достигла 5°С, на планете появляются маргаритки, как белые, так и черные. Но черные маргаритки сильнее поглощают свет, чем белые, поэтому почва под ними становится теплее. В результате они начинают вытеснять белые маргаритки. Это продолжается до тех пор, пока температура не повысится настолько, что конкурентоспособность черных маргариток сравняется с конкурентоспособностью белых маргариток. Температура под белыми маргаритками будет немного меньше 20°С, а под черными — немного больше. При дальнейшем росте температуры более конкурентоспособными окажутся белые маргаритки, которые начнут вытеснять черные. В конце концов они завоюют всю планету.

Модель Лавлока показывает, что даже такая простая экосистема может сглаживать изменения температуры, связанные с изменением светимости Солнца. На реальной планете Земля протекают куда более сложные процессы, но сам факт влияния биосферы на «неживую природу» и, в частности, на климат сегодня вряд ли кто-то будет оспаривать.

pic_2019_10_20.jpg
Для биолога Линн Маргулис Гея была комплексом особого рода связей между организмами
Фото: Jpedreira | CC BY-SA 2.5

Тогда же, в 1970-х годах, сторонницей концепции Геи стала американская исследовательница Линн Маргулис (1938–2011), знаменитая своей симбиогенетической теорией происхождения митохондрий (митохондрии — органеллы современных клеток — потомки древних микроорганизмов, ставших симбионтами большой клетки; теперь эту теорию можно назвать общепризнанной, но изначально научный мир ее встретил с большим скепсисом). Она подробно проанализировала роль различных групп микроорганизмов в функционировании Геи — о том, как микроорганизмы воздействуют на состав атмосферы и на формирование земных пород, никто не знает лучше биолога-эволюциониста. Поэтому концепцию Геи иногда называют концепцией Лавлока — Маргулис.

Лавлок сравнивал Гею со сверхорганизмом, и это сравнение повредило концепции: из-за такой «поэтической вольности» многие исследователи отнеслись к ней неодобрительно. Наверное, лучше было бы сравнить ее со сверхбиоценозом. А еще лучше было бы использовать традиционный термин «биосфера». Многие авторитетные биологи отмечали также, что взгляд на планету как на организм противоречит теории эволюции. Линн Маргулис категорически возражала против «персонификации» планеты: для нее Гея была не организмом, а комплексом особого рода связей между организмами. Одному из студентов Маргулис принадлежит знаменитый афоризм: «Гея — просто симбиоз, наблюдаемый из космоса».

В 1965 году компания «Shell» обратилась к экспертам, в том числе и к Лавлоку, с просьбой описать мир, каким он будет в 2000 году. Лавлок прозорливо ответил, что главной проблемой в 2000 году станет состояние окружающей среды, в частности глобальное потепление, связанное прежде всего с нарастанием концентрации углекислого газа в атмосфере. В дальнейшем он постоянно возвращался к этой теме. По оценкам Лавлока, сделанным в 2007 году, к 2100 году численность населения Земли из-за наводнений, засухи и голода может уменьшиться в пять раз. Позднее он отмечал, что был слишком пессимистичен, однако тенденция такова. Удовлетворение растущих потребностей человечества рано или поздно приведет к тому, что потребности придется резко уменьшить. В одном из недавних интервью он говорил о мире, где место людей займут формы жизни, основанные на искусственном интеллекте, и, пожалуй, это не было шуткой.

Факт, удивительный для «зеленых»: Лавлок предлагает сократить сжигание ископаемого топлива и перейти на ядерную энергетику. Проблему захоронения радиоактивных отходов он считает решаемой, а вот идею перехода на возобновляемые источники энергии оценивает как нереальную. И даже к ГМО, жупелу современных экозащитников, он относится терпимо: пусть будут ГМО, если они помогут накормить людей, не увеличивая затрат энергии. Эта точка зрения вызвала резкие возражения со стороны многих деятелей в области охраны природы.

Но куда же девать углекислый газ? Обычно считают, что из атмосферы его убирают экваториальные леса, которые насыщают атмосферу кислородом. Но это не так. В экваториальных лесах фотосинтез и дыхание сбалансированы друг с другом, и сколько углекислого газа поглощается при фотосинтезе, столько же его выделяется при дыхании. На самом деле углекислый газ убирают из атмосферы океан и болота. В океане отмершие водоросли оседают на дно, а в болотах остатки живых существ накапливаются и медленно гниют без доступа кислорода. И в океане, и на болотах накапливается органическое вещество, в которое и переходит углекислый газ.

Джеймс Лавлок и Крис Рэпли (р. 1947) предложили способ удаления избытка углекислого газа из атмосферы; их письмо об этом журнал «Nature» опубликовал 26 сентября 2007 года. «Один из подходов, — говорилось в письме, — состоит в использовании свободно плавающих или закрепленных вертикальных труб, чтобы увеличить смешивание богатых питательными веществами вод ниже термоклина (области между несмешивающимися поверхностными и глубинными водами. — Примеч. ред.) с относительно бесплодными водами на поверхности океана. (…) Трубы для подъема воды — скажем, длиной от 100 до 200 метров, диаметром 10 метров и с односторонним клапаном на нижнем конце для накачки движением волн — питают водоросли в поверхностных водах и побуждают их размножаться». По сути, это искусственный аналог природного процесса, апвеллинга, то есть смешивания холодных и теплых вод, которое резко повышает продуктивность океана (см. статью Ольги Арнольд в этом номере и Георгия Виноградова в №3 за 2019 год). Усиленное размножение водорослей будет способствовать изъятию углекислого газа из атмосферы, а затем отмершие водоросли осядут на дно, унося с собой углерод из CO2. Эта «геоинженерная» идея наделала много шума, однако ее практическая реализуемость остается под вопросом.

pic_2019_10_21.jpg
Джеймс Лавлок
Фото: Bruno Comby | CC BY-SA 1.0
Разные разности
Собаки все понимают?
Понимание речи — это не чисто человеческий навык. Если у вас есть собака, то вы точно знаете, что это очень умное животное. И кажется, что она понимает, о чем говорят люди. А ведь так и есть.
Исполины против микропластика
Ученых интересует, как ведет себя микропластик в разных средах и как от него защититься или избавиться. И тут пришла подмога, откуда не ждали. Руку помощи с узловатыми крючковатыми пальцами протянули нам дубы.
Светящаяся петуния
Что вы скажете по поводу петунии, чьи цветки светятся в темноте подобно светлячкам? Скажете — небывальщина? Нет. Такие петунии уже появились на рынке. И появились они благодаря российской биотехнологической компании «Планта».
«Царица полей» против мышьяка
У кукурузы как кормовой культуры есть масса достоинств. Недавно ученые обнаружили у нее еще одно необычное свойство. И связано оно с мышьяком.