地球是一個活的超級生物體

張振

地球與生命：相互孕育

西方人用“蓋亞”（Gaia）來代稱地球。蓋亞來自希臘語，是地球女神或地球的擬人化稱呼，她在古希臘神話中是最高神明，是所有生命的起源，是所有提坦（Titan）和巨人的母親。也就是說，地球母親孕育了生命。

說到地球和生命的關系，我們來看兩個問題及其答案：一問為什么地球上存在生命，答案是因為地球適合生命生存;二問為什么地球適合生命生存，答案是因為生命存在于地球。這兩個問題及其答案相互依存，互為因果。這是古希臘柏拉圖時代提出的問題，也是西方現代科學理論——蓋亞假說（Gaia ypothesis）的由來。即地球上的生命本身產生了巨大的反饋作用，確保了自身的生存條件。

最近的科學參照物是地球旁邊的兩個星球——金星和火星。金星離太陽比地球近，火星離太陽比地球遠，但這兩個星球都不適合生命存在。可以說，地球上的這些適合“生命存在的條件”，都是生命體系在幾十億年里自己不斷優化、創造出來的。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體行為。從最小的微生物到最大的哺乳動物，都在協同維持地球的最佳生存環境。換句話說，地球生命的活動，正是為了確保自己的生存。

洛夫洛克提出蓋亞假說

20世紀后半葉， 我們見證了人類對地球認識的不可思議的大飛躍。20世紀60年代， 詹姆斯·洛夫洛克（1919—）最早歸納整理出蓋亞假說，于1979年正式發表。蓋亞假說認為，地球的物理、化學、地質、生物過程都是互動的，生命和非生命組成了地球，共同處于一種動態平衡狀態，維持相對穩定的條件。這使得地球本身成為一個生命體——大氣層、海洋、陸地、生物圈等構成太陽系里的一個有機組織。洛夫洛克把這種觀點叫作地球生理學（Geophysiology）。這對其他星球似乎也同樣適用。

1965年，洛夫洛克在美國航空航天局（NASA）參與尋找火星的生命時，產生了“存在蓋亞”的思想。當時，他被要求提出一些“其他星球可以存在生命的假設”。他提出的其中一個假設有關大氣層的化學平衡：如果一個“死”星球的大氣層是化學平衡的（也就是說，這個星球上所有可能發生的化學反應都已經發生過了），那么這個星球大氣層的氣體就是相對惰性的。換句話說，如果生命存在于某一星球上，這個星球的大氣層中就是不平衡的，化學反應會非常活躍地持續進行。根據這個假設，洛夫洛克和他的團隊研究了火星和金星上的大氣成分，發現這兩個星球的大氣層主要由通常不再進行化學反應的二氧化碳構成，它們分別占火星和金星大氣成分的95%。所以，這兩個星球是“死”的。但是，地球的大氣層與眾不同，屬于不穩定的多種氣體的混合，所以，在地球上可能存在生命。而事實上，地球上確實遍布生命。

“地球是活的”這個理論曾經使很多科學家感到非常苦惱，但是，僅僅20年后，蓋亞假說就得到了承認。雖然蓋亞假說還要繼續接受時間的檢驗，但它已經顛覆了人們對地球的認識。

洛夫洛克在他的第一本書的第一章結束時寫道：“如果蓋亞是存在的，她和人類的關系就是非常重要的，因為人類是這個復雜的生命系統中占據支配地位的動物物種，有可能左右各種力量之間的平衡……

“有的人喜歡在地球上走路，有的人喜歡站在地球上，有的人喜歡凝視著地球，他們都為地球上承載的如此絢麗多彩的生命而驚嘆不已……蓋亞假說為‘人類為什么出現在地球上’給出了一種思考模式。與大自然是一種冷酷無情的不可戰勝的力量的悲觀觀念相比，蓋亞假說給出了另一種選擇……

“但是，蓋亞假說也給出了同樣令人沮喪的另外一幅畫面，因為這個星球像是一艘漫無目的的宇宙飛船，圍繞太陽永不停息地飛行，既無人駕駛，也沒有目標……”

這就是蓋亞假說的來由，這個過程也告訴我們科學家是如何思考和研究的。地球大氣成分不是化學平衡的，但是仍然維持著一種穩定狀態，說明地球大氣層存在某種形式的行星調節機制。洛夫洛克猜測，可能是生命本身在維持大氣層的成分。后來，他把這一概念拓展到涵蓋氣候、巖石、大氣、海洋的整個體系，認為這個體系形成了一種自我調節機制。

地球才是唯一真實的生命嗎？

洛夫洛克的這個觀念，其實并非首創。被稱為現代地質學之父的英國地質學家詹姆斯·赫頓（1726—1797）最早提出“地球是活的，地球是一個超級生物體”這一觀念。

1974年，在洛夫洛克發表他的蓋亞理論之前，另一位醫學博士兼著名作家劉易斯· 托馬斯（1913—1993）在他的著名隨筆《一個細胞中的生命：一個生物學觀察者的筆記》（The Lives of a Cell：Notes of a Biology Watcher）里寫道：“如果在遙遠的月亮上觀察地球，就會吃驚地發現地球是活的。月亮的表面是干巴巴的，四處坑坑洼洼，就像一塊干枯的骨頭。在月亮的上方，正在自由自在地升起一個潮濕的、亮閃閃的地球，藍色的天空就像是地球的細胞膜，這是宇宙中僅有的一個星球。如果再仔細觀察，就會看到巨大的白云形成的渦旋，覆蓋了大約一半的陸地。如果你以一個地質學的時間跨度觀察，就會看到各個大陸本身也在移動，好像一些內在充滿熱情的外殼板塊。地球是一個有機物，本身就像一個活著的生物，滿載著信息，被太陽熟練地操控著。”

劉易斯·托馬斯進一步寫道：“我曾經試圖假想地球是一種有機組織，但它不是，地球更像是一個細胞。”

這個令人震驚的理論讓人們意識到，所有生命形式都是內在關聯的，每一個人、每一個生命體都為維持與自己息息相關的環境做著貢獻。是所有生命行為的總體，在協同幫助地球維系一種令人驚異不已的“活的星球”的環境質量。我們曾經認為自己是地球上的特殊物種，真正的智慧物種，但是蓋亞理論打開了我們的視野，揭示了地球的真相：人類和所有其他生命，都是地球這個超級生物組織的組成部分。無論人類的科學和技術如何絢麗奪目，我們仍然被包裹在這個超級生物組織——地球之內。無論我們是否情愿，都僅僅是比我們更偉大的這個世界的一個部分。

如果說地球上存在著真實的生命，這個生命就是地球本身。其他所有生命形式都是轉瞬即逝的。

假設我們坐在外太空的一把椅子上，觀察地球圍繞太陽運轉，能夠看到生命嗎？假設我們以6萬年為尺度觀察地球生命，1分鐘等于地球上的1000年，能夠看到生命嗎？我們看不到任何一個連續存在的生物，包括人類，所有生命都轉瞬即逝，迅速消失于無形。只有唯一一個生命體持續存在，那就是地球。

只有地球，6萬年里始終支持著所有生命形式的活動，任何化學和物理形式的活動。天空、湖泊、海洋、山脈、花朵、小鳥、大型哺乳動物、你、你的朋友、整個人類，都是活生生的地球的組成部分而已。我們所有人的貢獻，只是維持這個地球生命體的可持續發展。在這個世界中，一切都是互相依存的，根本不存在什么至高無上的概念。在“地球蓋亞”面前，所有生命都是平等的。

無論“有機組織”“細胞”還是“超級生物體”，都僅僅是語義表達的差異。從哲學角度，蓋亞假說的關鍵在于：地球是一個單一系統，設計合理，自我調節，物理、化學、地質、生物的力量綜合互動，作為一個完整的整體，維持著來自太陽的能量輸入和發散到外太空的能量輸出之間的平衡。

萬物關聯的星球

蓋亞假說中“地球作為一個單一的系統而行為”的理念，帶給人們全新的警示：這個星球上的所有事情都是相互關聯的，人類的行為被囊括在一種全球性的過程中。我們不能繼續認為地球上相距遙遠的事物與己無關，不能繼續認為這個星球上的某一行為是獨立而無關其他的。事實上，每一件事，無論是砍伐樹木還是植樹造林，無論是增加還是減少碳排放，都會影響整個星球。

甚至微觀生命系統的設計也是極其精妙的。2008年，美國《科學》雜志發表了一篇在肯尼亞實驗保護金合歡樹的研究論文。實驗將一半金合歡樹用柵欄圍住，以阻攔大象和長頸鹿等食草動物，另一半則完全開放，承受來自食草動物的啃食壓力。實驗結果與人們的預測完全相反，被大象和長頸鹿蹂躪的一半金合歡樹郁郁蔥蔥，被保護的另一半金合歡樹卻越來越虛弱、瀕臨死亡。

研究發現，金合歡樹有一種防衛體系，其中包括一種可以抵御其他蟲害的特殊的小螞蟻，金合歡樹會分泌含糖汁吸引和滋養這些小螞蟻。被柵欄保護后，那一半金合歡樹不再需要自我保護，就停止了分泌含糖汁，這種特殊的小螞蟻也不來了，其他害蟲就有了趁虛而入的機會，那一半金合歡樹因此日漸衰敗。這個簡單的例子說明，在一個相對容易了解的生態體系里，每一種生物組織的交互關系都是錯綜復雜、難以完全預測的，當我們試圖修補其中的某一元素時，就存在著其他關聯元素的后續效應帶來的風險。

如何理解“地球是活的”

如何理解“地球是活的”這一概念呢？首先，讓我們看看科學家如何理解生命。

物理學家定義生命是一個局部減少熵的系統;從分子生物學家的角度看，生命是復制DNA，根據周圍環境的改變而演化，實現生存;生理學家認為，生命是一個生物化學系統，利用外來的能量實現生長并重復生產;對地球生理學家洛夫洛克來說，生命是一個向物質和能量開放的系統，同時維系著一種內在的穩定狀態。

美國加利福尼亞州的紅杉是生命的最好注解。這些巨樹生長在樹叢里，高度達到100米，壽命超過3000年，堪稱今天世界上最古老、最高大的植物。紅杉97% 的組織是死的，只有主干外表的細胞部分是活的。

我們可以想象，紅杉的主干類似地球的巖石圈，只有巖石圈外表薄薄的一層生物圈是活的;紅杉的樹皮類似大氣層，保護著這層生物圈，并且進行著生物學意義上非常重要的氣體交換——二氧化碳和氧氣的交換。毫無疑問，紅杉總體上是活的生命，我們不能只把它的外層稱為紅杉，其余部分視為死的木頭。相對應的，地球的很大一部分（比如巖石圈）也可以被視為是“非活的”，但這些“非活的”部分也是生命過程的某種延伸。所以，地球是活的，就像紅杉。為了更好地理解地球的“生理”結構，我們來對比一下人的體溫和地球的溫度調節。

人體的正常溫度維持在36.6℃左右，這是大腦、人體組織和外界系統間共同反饋的結果。我們的身體發展出提高和降低體核溫度的一套感應系統：如果太冷了，身體就會產生熱量;反之，身體就散發熱量。但是，人體的調節能力有限，所以發明了衣服來隔絕過熱或過冷的溫度。地球的溫度調節機制與此類似，但地球的“衣服”要復雜得多。

首先，地球對太陽光的接收程度要看地面反照率。反照率指某一區域吸收或反射光線的能力，比如深色瀝青路面和淺色水泥路面的反照率就不一樣。地球調節溫度的方式如下：黑色區域，如夏季的山脈、森林、海洋，可以吸收更多熱能;淺色區域，如沙漠、云霧區、極地冰蓋，就會反射更多熱能。地球的反照率不是恒定的，其中云是調節全球溫度最重要的因素之一。如果云團較多，從地球反射的陽光也多，地球溫度就會下降;反之，地球溫度就會上升。

那么，哪些因素在控制云團的多少？控制云團的因素很多，其中，大氣層與海洋的互動是最重要的。海洋覆蓋了2/3的地球表面，海洋上形成的云是影響地球溫度最重要的一個因素。最近幾十年里，人類剛剛搞清楚海上浮游植物，尤其是球石藻類（coccolithophorids）的云凝結核（Cloudcondensationnuclei，簡寫為CCN）機理。云帶來雨是眾所周知的常識，但是誰也不知道云在海上是如何產生的。

人們通常認為，陽光的熱效應使海水蒸發成為云，其實，還有更重要的原因。大批小小的綠色浮游生物始終漂浮在海面上，它們生命循環的一部分就是向大氣中排放硫。正是這些硫分子“鼓勵”水分子凝聚在一起形成云升上去，再形成雨滴降落下來。水蒸發到大氣層之后會濃縮冷凝，但構成云還需要一些小顆粒作為“核”來聚集水汽。這些小顆粒叫作云凝結核，存在于大氣層。這種物質有些來自海洋浮游生物釋放的二甲基硫（Dimethyl sulphide，簡寫為DMS）。近年的研究已經定量地確認了海上浮游生物如何排放二甲基硫進入大氣層，如何影響云的形成。

也就是說，這些海上的小小綠色浮游生物群體不僅幫助形成云，還幫助形成雨，它們對整個地球的溫度調節做出了巨大貢獻。這些小小的單細胞生物是地球的恒溫器：太陽光線比較強烈——浮游生物加速繁殖——產生大量二甲基硫——產生更多云——云遮擋陽光——降低地表溫度——浮游生物繁殖減速——云減少——陽光增加——地球溫度升高——浮游生物再次加速繁殖……如此循環往復，地球的溫度得以保持穩定。

這是蓋亞假說中生物圈影響大自然（調控地球溫度）的一個典型例證。地球的巖石圈、大氣層、水圈、生物圈構成了一個和諧、有智慧、富有詩意的整體。地球是一個活的生物組織，生物、地質、化學、水文學的過程都是關聯的。這個機制誕生了“生物地球化學循環”（Biogeochemical cycles）這個新名詞。也就是說，地球上的物質和化學元素必須出現物理的循環，如果這些物質和化學元素固定不動了，這個體系就停滯了，地球就會變得像月球一樣死氣沉沉。

最常見的生物地球化學循環是碳循環—氮循環—硫循環。這些元素的不斷循環是活的生物組織的關鍵所在，大量物質被活的生物組織消耗—轉換—運送—再循環……這種生物組織控制的行星上的能量循環過程，使人們相信蓋亞假說。

重新審視生命與地球

大量證據出現以后，蓋亞假說被稱為蓋亞理論。蓋亞理論引發了很多新的思考甚至新的學科，例如行星生物學（Planetary Biology）。事實已經證明，地球的物理、地質、化學、生物過程確實是相互依存的。這種動態平衡與人體內的動態平衡概念類似。海洋和河流是地球的血脈，大氣層是地球的肺，陸地是地球的骨骼，生物組織是地球的感官……對蓋亞理論的研究像在研究一種“地球生理學”。

洛夫洛克和蓋亞假說的另一位提出者——美國生物學家琳·馬古利斯的觀點不謀而合：因為地球是活的，所以生命不是名詞Life，生命應該是動詞或者動名詞Living。這個用詞的變化，意義非常深刻。

當整個人類開始重新審視與大自然的關系，就有了保護環境、保護臭氧層、減少碳排放、防止氣候變暖等一系列新觀念和新理論。蓋亞理論指出了生命的起源，生物科學和DNA 的研究結果證明，各種生命的起源和演化之間的確是息息相關的。

考古證據發現，地球上出現的生命形式幾乎難以計數，至少出現過300億種生命物種，微生物的種類更是無法統計。很多科學家甚至開始設想，人類可以這樣改造那些沒有生命的外星球：首先將厭氧菌和好氧菌送到一個合適的星球，逐漸改變這個星球的大氣結構，使這個星球上逐漸形成極地冰蓋——植物開始生長——云團出現——地面反照率改變——實現溫度調節，從而將這個沒有生命的死星球從靜止不變的狀態，轉換成為一個活的、呼吸的、演化的、美麗的整體，在生命的幫助下孕育出新的“地球”。