Detekci života na jiných planetách lze provést zkoumáním jeho atmosféry. Toto je tvrzení Jamese Lovelocka v jeho hypotéze Gaia . Živé věci mění své prostředí. Bere některé prvky a ostatní odmítá. Pokud jde o atmosféru, upravuje její složení. Podíl plynů již neodpovídá zákonům chemické rovnováhy. Hypotéza Gaia se také pokouší vysvětlit, jak si život po svém vytvoření udržuje prostředí kompatibilní se životem. Regulace je stanovena vzájemnou zpětnou vazbou mezi živým a neživým. Udržuje příznivé podmínky pro život.
Nelze vyloučit existenci života na jiných planetách ve vesmíru. Plastičnost živých věcí a úpravy, které přináší svému prostředí, jim umožňují přizpůsobit se velmi odlišným prostředím. Objev fosílií ukázal, že život může existovat za velmi nepřátelských podmínek. Na jiné planetě by to mělo různé podoby od těch, které známe. Orgány jsou vytvářeny v interakcích s vnějším prostředím.
James Lovelock zaznamenal mnoho anomálií týkajících se zemské atmosféry. Když se tyto plyny spojí, chemické složení atmosféry neodpovídá přirozeným rovnováhám. Před ním si Vladimir Vernadsky všiml, že život mocně narušil chemickou setrvačnost planety. Také zjistil, že kyslík v atmosféře může pocházet pouze z působení rostlin. Lovelock se začal zajímat o planetu Mars na základě přístupu NASA. Zeptala se jí, jestli na Marsu žije život. Lovelock poznamenal, že rovnováhu plynů na Marsu lze zcela vysvětlit pouze zákony fyziky a chemie. Dedukoval, že na Marsu není život. Ale NASA byla připravena přistát s lodí na této planetě. Experimenty prováděné po vzorcích odebraných na Marsu definitivně ukázaly, že po životě nebylo ani stopy. Práce Lovelock pak poskytuje výchozí bod pro pochopení výsledků. Do té doby neexistovalo žádné vysvětlení, proč se současná atmosféra Země tak liší od atmosféry Marsu a Venuše. Na základě plynů přítomných v atmosféře a jejich množství byl Lovelock přesvědčen, že složení vzduchu bylo do značné míry vděčné životu. Vernadský si již všiml, že plyny v atmosféře mají úzkou souvislost s výměnou plynů živých organismů. Byly identické s těmi, které vytvořili.
Zemská povrchová vrstva není tím, čím by měla být, pokud by byly dodržovány zákony fyziky a chemie. Objeví se mnoho anomálií:
Chování Země je nevysvětlitelné, aniž by se brala v úvahu práce živých organismů. Plyny, které jsou v atmosféře ve významném množství, jsou totožné s plyny vytvářenými výměnou plynů živých organismů. Fakt nemůže být náhodný. Kyslík v atmosféře pochází hlavně z dýchání rostlin. Ty neustále produkují kyslík a zabraňují tomu, aby kyslík zmizel z atmosféry. Stejně tak bakterie uvolňují dusík, který udržuje jeho obsah. Bez kyslíku a dusíku by se atmosféra stala inertní a otrávená. Některé plyny se v atmosféře přirozeně nenacházejí. To je případ jódu a etanu . Jejich přítomnost v atmosféře může vysvětlit pouze život. Hrají důležitou roli v biologických procesech.
Anomálie zemské atmosféry, které již Vernadsky odsoudil, vedly Lovelocka k předložení hypotézy Gaia. Ke zjištění, zda na planetě existuje život, stačí analyzovat její atmosféru. Atmosféra, která nesplňuje normální rovnováhu fyziky a chemie, je důkazem existence živých věcí. Mezi Zemí a živými jsou vytvářeny vzájemné zpětné vazby. Změny v prostředí vedou ke změnám v živých věcech a živé bytosti zase mění prostředí. Na základě této hypotézy může být zahájen a byl zahájen nový výzkum, zejména pokud jde o regulace mezi Zemí a živými bytostmi. Hypotéza není jednoduchým vysvětlením několika anomálií. Jedná se o teoretickou konstrukci. Jde nad rámec zjišťování faktů. Dokazuje svou hodnotu generováním experimentálních otázek a odpovědí. To se děje s hypotézou Gaia. Vědci na základě ní učinili neočekávané objevy.
Oxid křemičitý nesený řekami nekončí v oceánech. Povrchová voda obsahuje pouze jedno procento množství přivedeného ze Země. Naproti tomu v mrtvých neživých solných jezerech je poměr oxidu křemičitého / soli mnohem vyšší. Přibližuje se k normálním chemickým bilancím. Rozdíl je způsoben působením živých věcí, pravděpodobně působením rozsivek. Tyto rozsivky daří v moři, ale ne nasycené slaná jezera. K tvorbě skořápky používají oxid křemičitý. Když zemřou, jejich temná kostra na dně oceánu. Množství oxidu křemičitého v povrchové vodě se odpovídajícím způsobem snižuje. To vysvětluje značnou odchylku od chemické rovnováhy.
Aby byl zachován život, musí být slanost okolního prostředí nižší než 6 procent. Slanost oceánů se po desítky, ne-li stovky milionů let, příliš nezměnila. Udržovala se stabilní na 3,4 procenta. Vzhledem k množství soli přenášené ze Země do moře měla slanost přesáhnout 6%, což znemožnilo veškerý život. Bylo proto stanoveno nařízení. K vysvětlení tohoto jevu byly teorie vyvinuty na základě neživých mechanismů. Všichni jsou nedokonalí. Výzkum by měl směřovat k regulaci živými organismy. Lovelock navrhuje brát inspiraci z regulace oxidu křemičitého pomocí rozsivek. Sůl by tak byla na dno oceánu přenášena tvrdě vylupovanými zvířaty, která jsou obzvláště citlivá na slanost. Jakékoli zvýšení slanosti by zvýšilo jejich úmrtnost. Skořápky padající na dno oceánů si s sebou osolily. Což by snížilo obsah soli v oceánu.
Po miliony let byl obsah atmosférického kyslíku stabilní, kolem 21%. Podle chemických zákonů je mnohem nižší, než by mělo být. Je to však také maximální přijatelná úroveň pro život. I malé zvýšení kyslíku by značně zvýšilo nebezpečí požárů. Byly by ohroženy tropické lesy i arktická tráva nebo tundra. Více než 25% těchto požárů by přežilo jen velmi málo ze současné vegetace. Obsah kyslíku je regulován živými věcmi. Probíhá v dýchacím cyklu kyslík / oxid uhličitý. Jeho množství v atmosféře je nerozlučně spjato s množstvím živé hmoty. Rostliny uvolňují kyslík během fotosyntézy . Tento kyslík zvířata spotřebovávají během dýchání. Zvířata vydávají oxid uhličitý. Oxid uhličitý rostliny používají při fotosyntéze a cyklus začíná znovu. Kruh je kompletní. Regulaci zajišťuje smyčka biologických potravin, kde se rostliny a zvířata doplňují.
Metan je plyn produkovaný bakteriemi nacházejícími se na dně moří, močálů a ústí řek. Při úniku do atmosféry oxiduje a spojuje se s kyslíkem. V atmosféře je méně kyslíku. Metan se podílí na regulaci kyslíku v atmosféře.
Nenajdeme ve vodě oceánů veškerou síru, kterou tam řeky odmítají. Rozdíl je několik stovek milionů tun ročně. Vědci odvodili, že síra musí unikat do atmosféry. Výzkum se poté zaměřil na dimethylsulfid . Methylsulfid je plyn. Produkují ho červené řasy nacházející se na většině mořských břehů. Absorbuje síru z moře a uvolňuje ji jako plyn do atmosféry. Toto nařízení umožňuje přežití živých organismů v moři.
Ozon zachycuje ultrafialové paprsky, což omezuje oteplování Země. Jeho hustota by neměla být ani příliš nízká, ani příliš vysoká, aby podpořila život. Jeho regulace zahrnuje také methylové sloučeniny. Ozonová vrstva je oslabena methylchloridem . To je produkováno mořskými řasami. Regulace ozonu je zajištěna souhrou interakcí mezi živými věcmi a jejich prostředím.
Teplota Země je regulována takovým způsobem, aby ji udržovala v mezích slučitelných se životem. Za poslední čtyři miliardy let to zůstalo relativně stabilní na úrovni kolem 22 ° C . Produkce sluneční energie přenášené světlem se přesto zvýšila na 50 procent celkové svítivosti Slunce. Došlo k periodickým výkyvům, ale mezi těmito výkyvy a po nich zůstala planeta stabilní. Ani nevařila jako Venuše, ani nezmrzla jako Mars. Tato regulace se získává fyzikální a chemickou zpětnou vazbou zahrnující živé věci. Aby pomohli pochopit, jak lze takovou regulaci provést, vyvinuli Lovelock a Lynn Margulis zjednodušený matematický model Malý svět sedmikrásky.
Model sedmikráskyTento matematický vzor obsahuje černé sedmikrásky a bílé sedmikrásky. Černé sedmikrásky zachycují světlo a zvyšují teplotu Země. Bílé sedmikrásky odrážejí světlo a snižují teplotu. Jejich růst se liší v závislosti na teplotě. Na začátku formování planety není Slunce příliš horké a roste jen málo sedmikrásk. Jak se slunce ohřívá, rostou bílé a černé sedmikrásky. Teplo absorbující černé sedmikrásky zahřívají planetu. Když se pro jejich potřeby stane nadměrné teplo, jejich růst se sníží. Protože bílé sedmikrásky odrážejí světlo, jejich bezprostřední prostředí je chladné. Pokračují ve vývoji. Teplota klesá, dokud nejsou nepříznivé, a upřednostňují černé sedmikrásky. Cyklus začíná znovu. Teplota se udržuje v mezích příznivých pro život.
Regulace teplotyStabilita teploty naznačuje, že ji lze získat zpětnou vazbou s živými. Oxid uhličitý je skleníkový plyn . Zachovává teplo, které zvyšuje teplotu Země. Jeho variace mají dopad na teplotu Země. Zpětné vazby mezi mořskými řasami se skořápkami a oxidem uhličitým se mohou tohoto nařízení účastnit. Uhlík je prvkem skořápek. Upevněním uhlíku ve skořápce malé mořské řasy snižují množství oxidu uhličitého v atmosféře. Když zemřou, uhlík je odvlečen na dno oceánu a vytvoří se méně oxidu uhličitého. Země se poté ochladí. S nižšími teplotami bude růst méně řas. Zachová se méně uhlíku. Vznikne více oxidu uhličitého. Teplota se poté zahřeje. Když se teplo vrátí, řasy se množí. Zachovají si více uhlíku. Bude vyprodukováno méně oxidu uhličitého. Teplota se ochladí. Tato smyčka zahrnuje život ve fyzikálně-chemických reakcích. Reguluje teplotu.
Lehké mikroorganismy byly nalezeny v močálech, které se změnou ročních období ztmavly. Není nemožné si myslet, že se jedná o živé pozůstatky, které v minulosti pomohly regulovat teplotu.
Před 12 000 lety došlo ke zvýšení obsahu oxidu uhličitého a teploty Země za méně než sto let. Takový rychlý růst nelze zcela vysvětlit klasickými geofyzikálními a geochemickými procesy. Taková náhlá fluktuace mohla pocházet pouze ze života. Je pravděpodobné, že náhlý úbytek významné části mořských řas způsobil tento rychlý nárůst teploty.
Vývoj života na planetě vyžaduje podmínky upřednostňující fyzikálně-chemické přeměny.
Život začal v oceánech. Je to ve vodě, kde se tvoří živé prvky a poté se skládají. Voda podporuje opětovné složení chemických těl. Molekuly jsou tvořeny atomy, které drží pohromadě hlavně elektrickou přitažlivostí. Aby došlo k chemické reakci mezi dvěma molekulami, musí být elektrická vazba přerušena a nahrazena novou. Ukazuje se, že slaná voda v určitých mezích koncentrace soli snižuje elektrickou intenzitu, která váže atomy. Atomy se poté v médiu volně vyvíjejí. Jsou usnadněna nová přemístění.
Snadná disociace a rekompozice molekul ve slané vodě také umožňuje eliminaci škodlivých těl k životu. Škodlivý atom je rekombinován buď do pevné molekuly, která spadne na dno oceánu, nebo do plynu, který bude vyvržen do atmosféry. Přebytečný oxid křemičitý pro udržení života tak bude fixován ve skořápce organismu, který, jakmile je mrtvý, spadne na dno oceánu. Škodlivý přebytečný kyslík v mělkých vodách je rekombinován do metanového plynu a uvolňován do atmosféry.
Aby se živé organismy mohly vyvinout, musí upravit prostředí tak, aby ho udržovalo v konfiguracích příznivých pro život. Život se objevil velmi rychle. Datum bakterie od asi 3,5 miliardami let, kdy tam 3,8 miliardy let povrchová teplota byla stále 90 ° C . Od vzhledu života na Zemi živé organismy formovaly prostředí. V horní vrstvě oceánů koupaných Sluncem se vyvinuly tisíce mikroskopických rostlin. Na prvním místě jsou bakterie. Svou aktivitou transformují své prostředí. Šíří se ve vodách, jejichž složení upravují produkcí plynů. Bakterie tak provádějí skutečnou přestavbu celé planety. Stabilita média, která je pro ně příznivá, se získá hrou jejich množení nebo snížením.
Pouze šest materiálů představuje 99% suché hmotnosti všeho živého. Jedná se o uhlík, vodík, kyslík, dusík, fosfor a síru. Tyto prvky tvoří živé bytosti a jsou velmi přítomné ve sluneční soustavě. V primitivní polévce se aglomerují v souladu se zákony chemie v molekulách, které jsou větší a větší a stále složitější. Tento proces vyžadoval nespočet setkání. Prostředí bylo příznivé. Primitivní polévka byla přesně chemicky reaktivní médium s vysokými teplotami a tlaky, elektrickými šoky a víry. Nekonečné množství a rozmanitost náhodných setkání mezi stovkami milionů let mezi složkami života vedla ke složitým shromážděním. Tito nakonec vytvořili entitu mající vlastnosti života. Tyto molekulární kombinace byly prováděny podle pravidel chemie. Podmínky pro jejich uskutečnění nejsou nijak výjimečné. Proto se tyto sloučeniny mohou objevit v meteoritech. Titan , planeta Saturn, je bohatá . Podle Margulise jsou biologové v praktické nemožnosti poskytnout jasnou a stručnou definici rozdílu mezi živou a neživou hmotou. RNA, předchůdce DNA, mohla být rekonstituována v laboratoři. Má schopnost spontánně duplikovat bez přítomnosti živých buněk.
Primitivní buňky a bakterie byly detekovány ve velmi nepřátelském prostředí. Bakterie byly nalezeny ve vulkanických horninách více než tři kilometry pod povrchem. Žili úplně izolovaní od sluneční energie. V současné době nevíme, odkud čerpali energii. Některé bakterie existovaly tam je asi 3800000000 rok v podmínkách rané Zemi, kde povrchová teplota vody byla stále více než 90 ° C . Objev života za takových extrémních podmínek zvyšuje pravděpodobnost jeho existence na jiných planetách.
Trvalo prostředí neustále příznivé pro život, aby bylo možné jej udržovat. Tyto podmínky byly splněny, když se pevnina vytvořila asi před 4,8 miliardami let. Země se nacházela poblíž zdroje energie, Slunce. Bylo to dost daleko od toho, aby jeho voliči neunikli ve formě plynu. V této vzdálenosti byla teplota taková, že plyny nezamrzly jako na Titanu. Stejně tak voda zůstala v kapalné formě a neodpařovala se jako na Merkuru nebo nezmrzla jako na Jupiteru. Stabilita média pokračovala díky působení bakterií. Ty udržují složení prostředí příznivé pro život. Regulace je stanovena prostřednictvím zpětné vazby.
Podmínky na rozhraní kapalných, pevných a plynných povrchů jsou zvláště příznivé pro vývoj živých organismů. Právě v této zóně je dosaženo chemie Země a živých. Energie je tam ve velkém množství a toto prostředí je příznivé pro výměny a molekulární fúze. Migrace na pevninu byla skutečnou výzvou. Právě to umožnilo rozvoj živých. Je to pravděpodobně výsledek geologických tahů a pravidelných odběrů vody. Podmínky, které pomohly udržet život na Zemi, se pravděpodobně zřídka vyskytují na jakékoli jiné planetě. Jsou však myslitelné.
Na jiné planetě by se formy, které by živé bytosti měly mít, velmi lišily od forem na Zemi. Rostliny a hmyz jsou stavěny nebo přizpůsobovány podle svého prostředí. Důkazem je, že nervová tkáň se odlišuje od oblasti vnější membrány embrya. Je tvořen interakcemi s vnějším prostředím. Uprostřed sucha se rostlinám místo listů vyvinou trny. V poušti mají mravenci dlouhé nohy, které je zvedají. Současně je břicho narovnáno svisle, což udržuje tělo ještě dále od horkého písku. Jeho dlouhé nohy jim také umožňují extrémně rychle se pohybovat a hledat potravu v tomto prostředí, kde je to vzácné. Společné mantisp a Kudlanky vypadají velmi podobně. Jeden by si mohl myslet, že tyto dva druhy patří do stejného biologického řádu . Není to tak. Podléhají stejným environmentálním omezením a vyvinuli si podobné vlastnosti uložené prostředím a nezdědili je od společného předka. Živé věci se formují a vyvíjejí z interakcí s vnějším prostředím. Formy, které má, závisí na jeho prostředí.