张振

地球与生命：相互孕育

西方人用“盖亚”（Gaia）来代称地球。盖亚来自希腊语，是地球女神或地球的拟人化称呼，她在古希腊神话中是最高神明，是所有生命的起源，是所有提坦（Titan）和巨人的母亲。也就是说，地球母亲孕育了生命。

说到地球和生命的关系，我们来看两个问题及其答案：一问为什么地球上存在生命，答案是因为地球适合生命生存;二问为什么地球适合生命生存，答案是因为生命存在于地球。这两个问题及其答案相互依存，互为因果。这是古希腊柏拉图时代提出的问题，也是西方现代科学理论——盖亚假说（Gaia ypothesis）的由来。即地球上的生命本身产生了巨大的反馈作用，确保了自身的生存条件。

最近的科学参照物是地球旁边的两个星球——金星和火星。金星离太阳比地球近，火星离太阳比地球远，但这两个星球都不适合生命存在。可以说，地球上的这些适合“生命存在的条件”，都是生命体系在几十亿年里自己不断优化、创造出来的。那么，生命是什么呢？

生命是地球生命的集合，是所有地球上生物的集体行为。从最小的微生物到最大的哺乳动物，都在协同维持地球的最佳生存环境。换句话说，地球生命的活动，正是为了确保自己的生存。

洛夫洛克提出盖亚假说

20世纪后半叶， 我们见证了人类对地球认识的不可思议的大飞跃。20世纪60年代， 詹姆斯·洛夫洛克（1919—）最早归纳整理出盖亚假说，于1979年正式发表。盖亚假说认为，地球的物理、化学、地质、生物过程都是互动的，生命和非生命组成了地球，共同处于一种动态平衡状态，维持相对稳定的条件。这使得地球本身成为一个生命体——大气层、海洋、陆地、生物圈等构成太阳系里的一个有机组织。洛夫洛克把这种观点叫作地球生理学（Geophysiology）。这对其他星球似乎也同样适用。

1965年，洛夫洛克在美国航空航天局（NASA）参与寻找火星的生命时，产生了“存在盖亚”的思想。当时，他被要求提出一些“其他星球可以存在生命的假设”。他提出的其中一个假设有关大气层的化学平衡：如果一个“死”星球的大气层是化学平衡的（也就是说，这个星球上所有可能发生的化学反应都已经发生过了），那么这个星球大气层的气体就是相对惰性的。换句话说，如果生命存在于某一星球上，这个星球的大气层中就是不平衡的，化学反应会非常活跃地持续进行。根据这个假设，洛夫洛克和他的团队研究了火星和金星上的大气成分，发现这两个星球的大气层主要由通常不再进行化学反应的二氧化碳构成，它们分别占火星和金星大气成分的95%。所以，这两个星球是“死”的。但是，地球的大气层与众不同，属于不稳定的多种气体的混合，所以，在地球上可能存在生命。而事实上，地球上确实遍布生命。

“地球是活的”这个理论曾经使很多科学家感到非常苦恼，但是，仅仅20年后，盖亚假说就得到了承认。虽然盖亚假说还要继续接受时间的检验，但它已经颠覆了人们对地球的认识。

洛夫洛克在他的第一本书的第一章结束时写道：“如果盖亚是存在的，她和人类的关系就是非常重要的，因为人类是这个复杂的生命系统中占据支配地位的动物物种，有可能左右各种力量之间的平衡……

“有的人喜欢在地球上走路，有的人喜欢站在地球上，有的人喜欢凝视着地球，他们都为地球上承载的如此绚丽多彩的生命而惊叹不已……盖亚假说为‘人类为什么出现在地球上’给出了一种思考模式。与大自然是一种冷酷无情的不可战胜的力量的悲观观念相比，盖亚假说给出了另一种选择……

“但是，盖亚假说也给出了同样令人沮丧的另外一幅画面，因为这个星球像是一艘漫无目的的宇宙飞船，围绕太阳永不停息地飞行，既无人驾驶，也没有目标……”

这就是盖亚假说的来由，这个过程也告诉我们科学家是如何思考和研究的。地球大气成分不是化学平衡的，但是仍然维持着一种稳定状态，说明地球大气层存在某种形式的行星调节机制。洛夫洛克猜测，可能是生命本身在维持大气层的成分。后来，他把这一概念拓展到涵盖气候、岩石、大气、海洋的整个体系，认为这个体系形成了一种自我调节机制。

地球才是唯一真实的生命吗？

洛夫洛克的这个观念，其实并非首创。被称为现代地质学之父的英国地质学家詹姆斯·赫顿（1726—1797）最早提出“地球是活的，地球是一个超级生物体”这一观念。

1974年，在洛夫洛克发表他的盖亚理论之前，另一位医学博士兼著名作家刘易斯· 托马斯（1913—1993）在他的著名随笔《一个细胞中的生命：一个生物学观察者的笔记》（The Lives of a Cell：Notes of a Biology Watcher）里写道：“如果在遥远的月亮上观察地球，就会吃惊地发现地球是活的。月亮的表面是干巴巴的，四处坑坑洼洼，就像一块干枯的骨头。在月亮的上方，正在自由自在地升起一个潮湿的、亮闪闪的地球，蓝色的天空就像是地球的细胞膜，这是宇宙中仅有的一个星球。如果再仔细观察，就会看到巨大的白云形成的涡旋，覆盖了大约一半的陆地。如果你以一个地质学的时间跨度观察，就会看到各个大陆本身也在移动，好像一些内在充满热情的外壳板块。地球是一个有机物，本身就像一个活着的生物，满载着信息，被太阳熟练地操控着。”

刘易斯·托马斯进一步写道：“我曾经试图假想地球是一种有机组织，但它不是，地球更像是一个细胞。”

这个令人震惊的理论让人们意识到，所有生命形式都是内在关联的，每一个人、每一个生命体都为维持与自己息息相关的环境做着贡献。是所有生命行为的总体，在协同帮助地球维系一种令人惊异不已的“活的星球”的环境质量。我们曾经认为自己是地球上的特殊物种，真正的智慧物种，但是盖亚理论打开了我们的视野，揭示了地球的真相：人类和所有其他生命，都是地球这个超级生物组织的组成部分。无论人类的科学和技术如何绚丽夺目，我们仍然被包裹在这个超级生物组织——地球之內。无论我们是否情愿，都仅仅是比我们更伟大的这个世界的一个部分。

如果说地球上存在着真实的生命，这个生命就是地球本身。其他所有生命形式都是转瞬即逝的。

假设我们坐在外太空的一把椅子上，观察地球围绕太阳运转，能够看到生命吗？假设我们以6万年为尺度观察地球生命，1分钟等于地球上的1000年，能够看到生命吗？我们看不到任何一个连续存在的生物，包括人类，所有生命都转瞬即逝，迅速消失于无形。只有唯一一个生命体持续存在，那就是地球。

只有地球，6万年里始终支持着所有生命形式的活动，任何化学和物理形式的活动。天空、湖泊、海洋、山脉、花朵、小鸟、大型哺乳动物、你、你的朋友、整个人类，都是活生生的地球的组成部分而已。我们所有人的贡献，只是维持这个地球生命体的可持续发展。在这个世界中，一切都是互相依存的，根本不存在什么至高无上的概念。在“地球盖亚”面前，所有生命都是平等的。

无论“有机组织”“细胞”还是“超级生物体”，都仅仅是语义表达的差异。从哲学角度，盖亚假说的关键在于：地球是一个单一系统，设计合理，自我调节，物理、化学、地质、生物的力量綜合互动，作为一个完整的整体，维持着来自太阳的能量输入和发散到外太空的能量输出之间的平衡。

万物关联的星球

盖亚假说中“地球作为一个单一的系统而行为”的理念，带给人们全新的警示：这个星球上的所有事情都是相互关联的，人类的行为被囊括在一种全球性的过程中。我们不能继续认为地球上相距遥远的事物与己无关，不能继续认为这个星球上的某一行为是独立而无关其他的。事实上，每一件事，无论是砍伐树木还是植树造林，无论是增加还是减少碳排放，都会影响整个星球。

甚至微观生命系统的设计也是极其精妙的。2008年，美国《科学》杂志发表了一篇在肯尼亚实验保护金合欢树的研究论文。实验将一半金合欢树用栅栏围住，以阻拦大象和长颈鹿等食草动物，另一半则完全开放，承受来自食草动物的啃食压力。实验结果与人们的预测完全相反，被大象和长颈鹿蹂躏的一半金合欢树郁郁葱葱，被保护的另一半金合欢树却越来越虚弱、濒临死亡。

研究发现，金合欢树有一种防卫体系，其中包括一种可以抵御其他虫害的特殊的小蚂蚁，金合欢树会分泌含糖汁吸引和滋养这些小蚂蚁。被栅栏保护后，那一半金合欢树不再需要自我保护，就停止了分泌含糖汁，这种特殊的小蚂蚁也不来了，其他害虫就有了趁虚而入的机会，那一半金合欢树因此日渐衰败。这个简单的例子说明，在一个相对容易了解的生态体系里，每一种生物组织的交互关系都是错综复杂、难以完全预测的，当我们试图修补其中的某一元素时，就存在着其他关联元素的后续效应带来的风险。

如何理解“地球是活的”

如何理解“地球是活的”这一概念呢？首先，让我们看看科学家如何理解生命。

物理学家定义生命是一个局部减少熵的系统;从分子生物学家的角度看，生命是复制DNA，根据周围环境的改变而演化，实现生存;生理学家认为，生命是一个生物化学系统，利用外来的能量实现生长并重复生产;对地球生理学家洛夫洛克来说，生命是一个向物质和能量开放的系统，同时维系着一种内在的稳定状态。

美国加利福尼亚州的红杉是生命的最好注解。这些巨树生长在树丛里，高度达到100米，寿命超过3000年，堪称今天世界上最古老、最高大的植物。红杉97% 的组织是死的，只有主干外表的细胞部分是活的。

我们可以想象，红杉的主干类似地球的岩石圈，只有岩石圈外表薄薄的一层生物圈是活的;红杉的树皮类似大气层，保护着这层生物圈，并且进行着生物学意义上非常重要的气体交换——二氧化碳和氧气的交换。毫无疑问，红杉总体上是活的生命，我们不能只把它的外层称为红杉，其余部分视为死的木头。相对应的，地球的很大一部分（比如岩石圈）也可以被视为是“非活的”，但这些“非活的”部分也是生命过程的某种延伸。所以，地球是活的，就像红杉。为了更好地理解地球的“生理”结构，我们来对比一下人的体温和地球的温度调节。

人体的正常温度维持在36.6℃左右，这是大脑、人体组织和外界系统间共同反馈的结果。我们的身体发展出提高和降低体核温度的一套感应系统：如果太冷了，身体就会产生热量;反之，身体就散发热量。但是，人体的调节能力有限，所以发明了衣服来隔绝过热或过冷的温度。地球的温度调节机制与此类似，但地球的“衣服”要复杂得多。

首先，地球对太阳光的接收程度要看地面反照率。反照率指某一区域吸收或反射光线的能力，比如深色沥青路面和浅色水泥路面的反照率就不一样。地球调节温度的方式如下：黑色区域，如夏季的山脉、森林、海洋，可以吸收更多热能;浅色区域，如沙漠、云雾区、极地冰盖，就会反射更多热能。地球的反照率不是恒定的，其中云是调节全球温度最重要的因素之一。如果云团较多，从地球反射的阳光也多，地球温度就会下降;反之，地球温度就会上升。

那么，哪些因素在控制云团的多少？控制云团的因素很多，其中，大气层与海洋的互动是最重要的。海洋覆盖了2/3的地球表面，海洋上形成的云是影响地球温度最重要的一个因素。最近几十年里，人类刚刚搞清楚海上浮游植物，尤其是球石藻类（coccolithophorids）的云凝结核（Cloudcondensationnuclei，简写为CCN）机理。云带来雨是众所周知的常识，但是谁也不知道云在海上是如何产生的。

人们通常认为，阳光的热效应使海水蒸发成为云，其实，还有更重要的原因。大批小小的绿色浮游生物始终漂浮在海面上，它们生命循环的一部分就是向大气中排放硫。正是这些硫分子“鼓励”水分子凝聚在一起形成云升上去，再形成雨滴降落下来。水蒸发到大气层之后会浓缩冷凝，但构成云还需要一些小颗粒作为“核”来聚集水汽。这些小颗粒叫作云凝结核，存在于大气层。这种物质有些来自海洋浮游生物释放的二甲基硫（Dimethyl sulphide，简写为DMS）。近年的研究已经定量地确认了海上浮游生物如何排放二甲基硫进入大气层，如何影响云的形成。

也就是说，这些海上的小小绿色浮游生物群体不仅帮助形成云，还帮助形成雨，它们对整个地球的温度调节做出了巨大贡献。这些小小的单细胞生物是地球的恒温器：太阳光线比较强烈——浮游生物加速繁殖——产生大量二甲基硫——产生更多云——云遮挡阳光——降低地表温度——浮游生物繁殖减速——云减少——阳光增加——地球温度升高——浮游生物再次加速繁殖……如此循环往复，地球的温度得以保持稳定。

这是盖亚假说中生物圈影响大自然（调控地球温度）的一个典型例证。地球的岩石圈、大气层、水圈、生物圈构成了一个和谐、有智慧、富有诗意的整体。地球是一个活的生物组织，生物、地质、化学、水文学的过程都是关联的。这个机制诞生了“生物地球化学循环”（Biogeochemical cycles）这个新名词。也就是说，地球上的物质和化学元素必须出现物理的循环，如果这些物质和化学元素固定不动了，这个体系就停滞了，地球就会变得像月球一样死气沉沉。

最常见的生物地球化学循环是碳循环—氮循环—硫循环。这些元素的不断循环是活的生物组织的关键所在，大量物质被活的生物组织消耗—转换—运送—再循环……这种生物组织控制的行星上的能量循环过程，使人们相信盖亚假说。

重新审视生命与地球

大量证据出现以后，盖亚假说被称为盖亚理论。盖亚理论引发了很多新的思考甚至新的学科，例如行星生物学（Planetary Biology）。事实已经证明，地球的物理、地质、化学、生物过程确实是相互依存的。這种动态平衡与人体内的动态平衡概念类似。海洋和河流是地球的血脉，大气层是地球的肺，陆地是地球的骨骼，生物组织是地球的感官……对盖亚理论的研究像在研究一种“地球生理学”。

洛夫洛克和盖亚假说的另一位提出者——美国生物学家琳·马古利斯的观点不谋而合：因为地球是活的，所以生命不是名词Life，生命应该是动词或者动名词Living。这个用词的变化，意义非常深刻。

当整个人类开始重新审视与大自然的关系，就有了保护环境、保护臭氧层、减少碳排放、防止气候变暖等一系列新观念和新理论。盖亚理论指出了生命的起源，生物科学和DNA 的研究结果证明，各种生命的起源和演化之间的确是息息相关的。

考古证据发现，地球上出现的生命形式几乎难以计数，至少出现过300亿种生命物种，微生物的种类更是无法统计。很多科学家甚至开始设想，人类可以这样改造那些没有生命的外星球：首先将厌氧菌和好氧菌送到一个合适的星球，逐渐改变这个星球的大气结构，使这个星球上逐渐形成极地冰盖——植物开始生长——云团出现——地面反照率改变——实现温度调节，从而将这个没有生命的死星球从静止不变的状态，转换成为一个活的、呼吸的、演化的、美丽的整体，在生命的帮助下孕育出新的“地球”。