ガイア仮説
Scientific hypothesis about Earth
地球は現在、生命が存在することが知られている唯一の惑星であるため、惑星の居住可能性の研究は、地球の状態に関する知識からの外挿に部分的に基づいています（『青い地球』、1972年アポロ17号の写真）。
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ガイア仮説（/ ˈ ɡ aɪ . ə / ）は、ガイア理論、ガイアパラダイム、またはガイア原理としても知られ、生物が地球上の無機的な環境と相互作用することで、相乗的で自己調節的な複雑なシステムを形成し、地球上の 生命の条件を維持し、永続させるのに役立つと提唱しています。

ガイア仮説は、化学者ジェームズ・ラブロック[1]によって提唱され、 1970年代に微生物学者リン・マーギュリス[2]によって共同開発されました。隣人である小説家ウィリアム・ゴールディングの提案に従い、ラブロックはギリシャ神話で地球として擬人化されることもあった原始の神ガイアにちなんで、この仮説に名前を付けました。2006年、ロンドン地質学会は、ガイア仮説に関する研究の一部として、ラブロックにウォラストンメダルを授与しました。 [3]

ガイア仮説に関連するトピックには、生物圏と生物の進化が地球の気温の安定性、海水の塩分濃度、大気中の酸素レベル、水圏の維持、そして地球の居住可能性に影響を与えるその他の環境変数にどのように影響するかが含まれます。

ガイア仮説は当初、地球が生命に適した大気を意図的に維持しているという目的論的解釈であるとして批判されましたが、この解釈はラブロックによって否定されました。ガイア仮説は批判を受け続けており、今日では多くの科学者が、ガイア仮説は利用可能な証拠によって弱く裏付けられている、あるいは矛盾していると考えています。 [4] [5] [6] [7]

概要

ガイア仮説は、生物が環境と共進化すると主張する。つまり、生物は生物環境だけでなく非生物的環境にも影響を与え、共進化において、非生物的環境はある種のダーウィンの過程を介して生物相に影響を及ぼし、これは協力的で相互に進化する生命の生息地の進化を示唆している可能性がある。1995年、ラブロックは著書『ガイアの時代』の中で、この生物と非生物的関係の証拠を彼の仮説の2回目の反復で示した。この理論は、初期の温暖な細菌とメタン生成細菌の世界から、酸素に富む現存する大気、つまり今日の大気への進化を述べている。これは完新世であり、太古の時代よりも複雑な生命を支える環境であることがわかっている。個々の種や他のシステムが自己利益を追求するにつれて、それらの複合的な行動は非生物的環境と生物的環境に相殺効果をもたらす可能性がある。反対者[誰？この見解の支持者は、始生代末期から原生代初頭にかけて地球の大気が還元的な環境から酸素に富む環境へと変化したように、安定した平衡ではなく劇的な変化をもたらした出来事の例に言及することがあります。[要出典]

ガイア仮説のあまり受け入れられていないバージョンでは、生物圏の変化は生物の協調によってもたらされ、恒常性によってそれらの状態が維持されていると主張しています。ガイア仮説のいくつかのバージョンでは、すべての生命体はガイアと呼ばれる単一の生命ある惑星の一部であると考えられています。この見解では、大気、海、地殻は、ガイアが共進化する生物の多様性 を通じて行った介入の結果であると考えられます

ガイア仮説の先駆者には、ピョートル・アレクセーヴィチ・クロポトキン（1842～1921年）、ラファイル・ヴァシリエヴィチ・リズポロジェンスキー（1862～ 1922年頃）、ウラジーミル・イワノヴィチ・ヴェルナツキー（1863～  1945年）、ウラジーミル・アレクサンドロヴィチ・コスティツィン（1886～1963年）といったロシアの科学者がいます。

ガイアのパラダイムは、ディープエコロジー運動に影響を与えました。 [8]

詳細

ガイア仮説は、地球は生物圏、大気圏、水圏、土壌圏を含む自己調節型の複雑系であり、進化するシステムとして緊密に結合しているという仮説です。この仮説は、ガイアと呼ばれるこのシステム全体が、現代の生命にとって最適な物理的および化学的環境を求めていると主張しています。[9]

ガイアは、生物相によって運営されるサイバネティック フィードバックシステムを通じて進化し、完全な恒常性における居住可能な条件の広範な安定化につながります。生命の条件に不可欠な地球表面の多くのプロセスは、生物、特に微生物と無機元素との相互作用に依存しています。これらのプロセスは、地球システムの地球規模の熱力学的不平衡状態によって駆動され、地球の表面温度、大気組成、海洋塩分を調節する地球規模の制御システムを確立しています。 [10]

生物地球化学の分野では、生物の影響を受ける惑星の恒常性の存在が以前から観察されており、地球システム科学などの他の分野でも研究されています。ガイア仮説の独創性は、地上または外部の出来事によって生命が脅かされる場合でも、生命にとって最適な条件を維持することを目的として、そのような恒常性のバランスが積極的に追求されているという評価に基づいています。[11]

地球の地表温度の調節

ロブ・ローデの古気温グラフ

地球上で生命が誕生して以来、太陽から供給されるエネルギーは25～30%増加しました[12]。しかし、惑星の表面温度は居住可能な範囲内にとどまり、非常に規則的な低温度と高温度の境界に達しています。ラブロックはまた、メタン生成菌が初期の大気中に高濃度のメタンを生成し、石油化学スモッグに見られるような、ある意味ではタイタンの大気に似た状態を作り出したという仮説を立てています[13]。ラブロックは、これがオゾン層の形成まで紫外線を遮断し、ある程度の恒常性を維持するのに役立ったと示唆しています。しかし、スノーボール・アース[14]の研究では、「酸素ショック」とメタン濃度の低下により、ヒューロニアン氷期、スターティアン氷期、マリノア氷期/ヴァランゲル氷期に、地球はほぼ固体の「雪玉」になったと示唆されています。これらの時代は、顕生代以前の生物圏が完全に自己調節でき たことを否定する証拠となっています。

以下に説明する温室効果ガスCO2の処理は、地球の気温を居住可能な範囲内に維持する上で重要な役割を果たしています。

ガイア仮説に触発されたCLAW仮説は、海洋生態系と地球の気候の間で機能するフィードバックループを提唱しています。[ 15 ]この仮説は具体的に は、ジメチルスルフィドを生成する特定の植物プランクトンが気候強制力の変動に反応し、これらの反応が地球の大気の温度を安定させる負のフィードバックループにつながると提唱しています。

現在、人口増加と、温室効果ガスの増加など、人間の活動による環境への影響は、環境における負のフィードバックを正のフィードバックに変える原因となる可能性があります。ラブロックは、これが地球温暖化を極端に加速させる可能性があると述べていますが[16]、その後、その影響はよりゆっくりと発生する可能性が高いと述べています。[17]

デイジーワールドシミュレーション

標準的な白黒デイジーワールドシミュレーションのプロット

ガイア仮説は生物間の非現実的な集団淘汰と協力を必要としているように見えるという批判に応えて、ジェームズ・ラブロックとアンドリュー・ワトソンは、生態学的競争が惑星の気温調節の基盤となっているという数理モデル「デイジーワールド」を開発しました。[18]

デイジーワールドは、黒いヒナギクと白いヒナギクという2種類の植物が生息する惑星のエネルギー収支を調べています。これらの植物は表面のかなりの部分を占めていると想定されています。ヒナギクの色は惑星のアルベドに影響を与え、黒いヒナギクはより多くの光を吸収して惑星を温め、白いヒナギクはより多くの光を反射して惑星を冷やします。黒いヒナギクは低温で最もよく成長し、繁殖すると想定されていますが、白いヒナギクは高温で最もよく繁殖すると想定されています気温が上昇して白いヒナギクが好む値に近づくと、白いヒナギクは黒いヒナギクよりも繁殖力が強くなり、白い表面積の割合が大きくなり、より多くの太陽光が反射されて熱の流入が減少し、最終的に惑星が冷却されます。逆に、気温が下がると、黒いヒナギクは白いヒナギクよりも繁殖力が強くなり、より多くの太陽光を吸収して惑星を温めます。こうして、気温は植物の繁殖率が等しくなる値に収束します。

ラブロックとワトソンは、限られた条件下で、太陽のエネルギー出力が変化した場合、競争によるこの負のフィードバックによって惑星の気温を生命を支える値に安定させることができることを示しました。一方、生命のいない惑星では、気温が大きく変化します。白いヒナギクと黒いヒナギクの割合は、植物の繁殖率が等しくなる値に気温を維持するために絶えず変化し、両方の生命体が繁栄できるようにします。

ラブロックとワトソンは、望ましい反応を生み出す例を選択したため、結果は予測可能であったと示唆されています。[19]

海洋塩分の調節

海の塩分濃度は、非常に長い間、約3.5%で一定でした。[20]海洋環境における塩分濃度の安定性は重要です。なぜなら、ほとんどの細胞は比較的一定の塩分濃度を必要とし、一般的に5%を超える値には耐えられないからです。河川からの塩分流入を相殺するプロセスが知られていなかったため、海の塩分濃度が一定であることは長年の謎でした。最近では、 [21]塩分濃度は、高温の玄武岩を通る海水循環や、中央海嶺の熱水噴出孔として出現することによっても強く影響を受ける可能性があることが示唆されました。しかし、海水の組成は平衡状態からかけ離れており、有機プロセスの影響なしにこの事実を説明することは困難です。提案されている説明の1つは、地球の歴史を通じて塩原が形成されてきたことです。これらは、生命活動中にイオンや重金属を固定する細菌コロニーによって作られるという仮説があります。[20]

地球の生物地球化学プロセスにおいて、発生源と吸収源は元素の移動である。海洋の塩イオンの組成は、ナトリウム（Na +）、塩素（Cl −）、硫酸塩（SO 4 2−）、マグネシウム（Mg 2+）、カルシウム（Ca 2+）、カリウム（K +）である。塩分を構成する元素は容易に変化せず、海水の保存的性質である。[20]塩分を粒子状から溶解状態へ、そしてその逆に変化させるメカニズムは数多く存在する。熱磁気設計の多面的なグリッド全体にわたる鉄源の金属組成を考慮すると、元素の移動は仮説的にはイオン、電子などの動きを再構築するのに役立つだけでなく、地球の地磁気の磁性体のバランスをとるのにも潜在的に、そして不可解に役立つであろう。ナトリウム、すなわち塩の既知の発生源は、風化、浸食、岩石の溶解が河川に運ばれ、海洋に堆積する場合である。

2001年の通信著者であるケネス・J・スーは、地中海がガイアの腎臓であると結論づけています（こちら）。スーは、地中海の「乾燥」はガイアの「腎臓」が機能している証拠であると示唆しています。この事例や以前に示唆された事例では、調節を行っているのは生物学ではなく、プレートの動きと物理学です。初期の「腎臓機能」は、「白亜紀（南大西洋）、ジュラ紀（メキシコ湾）、ペルム紀-三畳紀（ヨーロッパ）、デボン紀（カナダ）、そしてカンブリア紀/先カンブリア紀（ゴンドワナ）の塩性巨岩の堆積」の間に行われました。[22]

大気中の酸素の調節

南極観測基地ボストークの氷床コアデータによる42万年間の大気中のガス濃度。現在の期間は左側です

ガイア仮説は、地球の大気の組成は生命の存在によって力学的に安定した状態に保たれていると述べています。[23]大気の組成は、現代の生命が適応してきた条件を提供しています。大気中に存在する希ガス以外のすべての大気ガスは、生物によって生成されるか、生物によって処理されます

地球の大気の安定性は化学平衡の結果ではありません。酸素は反応性の高い化合物であり、最終的には地球の大気や地殻のガスや鉱物と結合します。酸素が大気中に少量存在し始めたのは、大酸化イベントが始まる約5000万年前のことです。[24]カンブリア紀の初め以来、大気中の酸素濃度は大気体積の15%から40%の間で変動しています。[25]メタンは酸素のある大気中では可燃性であるため、微量のメタン（年間10万トン生成）[26]は存在しないはずです。

地球の大気中の乾燥した空気は、およそ（体積比）窒素78.09% 、酸素20.95%、アルゴン0.93% 、二酸化炭素0.039%、そしてメタンを含む少量のその他のガスを含んでいます。ラブロックは当初、酸素濃度が約25%を超えると、山火事や森林火災の頻度が増加すると推測していました。しかし、このメカニズムでは、酸素濃度が低すぎる場合は上昇しません。植物が酸素を大量に過剰生産することが示されれば、おそらく高酸素森林火災の調整器のみが必要です。地質学的期間において酸素濃度が25%を超えていた石炭紀と白亜紀の炭層における火災によって生成された木炭の発見に関する最近の研究は、ラブロックの主張を裏付けています。[要出典]

COの処理2

ガイアの科学者たちは、炭素循環への生物の参加は、生命に適した条件を維持する複雑なプロセスの一つであると考えている。大気中の二酸化炭素（CO2）の唯一の重要な自然発生源は火山活動であり、唯一の重要な除去は炭酸塩岩の沈殿によるものである。[27]炭素の沈殿、溶解、固定は、土壌中のバクテリアや植物の根（気体循環を改善）やサンゴ礁（炭酸カルシウムが固体として海底に堆積）の影響を受ける。炭酸カルシウムは、生物が炭素質の殻やテストピースを製造するために使用する。生物は死ぬと、その殻は落下する。いくつかは浅瀬の海底にたどり着き、そこで埋没時の熱と圧力、および/またはプレートテクトニクスの力により、最終的にチョークと石灰岩の堆積物に変わる。しかし、落下した死んだ殻の多くは、炭素補償深度より下の海に再溶解する。

これらの生物の一つは、雲の形成に関与している可能性のある、豊富に生息する円石藻類であるエミリアニア・ハクスレイである。[28] CO2過剰は円石藻類の増加によって補われ、海底に閉じ込められるCO2量を増加させる。CLAW仮説（上記「地球表面温度の調節」参照）が支持されれば、円石藻類は雲量の増加、ひいては地表温度の調節、地球全体の冷却、そして陸上植物に必要な降水量の促進に貢献する可能性がある。[要出典]近年、大気中のCO2濃度は上昇しており、海洋藻類ブルームの濃度も上昇しているという証拠もある。[29]

地衣類などの生物は地表の岩石の風化を加速させる一方、土壌では根、菌類、細菌、地下の動物たちの活動によって岩石の分解が速まります。そのため、大気から土壌への二酸化炭素の流れは、生物の助けによって調節されています。大気中の二酸化炭素濃度が上昇すると、気温が上昇し、植物が成長します。この成長により、植物による二酸化炭素の消費量が増加し、植物はそれを土壌に吸収させ、大気から二酸化炭素を除去します。

歴史

先例

1968年12月24日、ウィリアム・アンダース宇宙飛行士がアポロ8号から撮影した地球の出

地球を統合された全体、つまり生命体として捉えるという考え方は、長い伝統があります。神話上のガイアは、地球を擬人化したギリシャ神話の原始的な女神であり、「母なる自然」（Ge = 地球、Aia =パイアの祖母）のギリシャ語版、あるいは大地母神です。ジェームズ・ラブロックは、当時ラブロックと同じ村（イギリス、ウィルトシャー州、バウワーチョーク）に住んでいた小説家ウィリアム・ゴールディングの提案を受けて、この仮説にこの名前を付けました。ゴールディングのアドバイスは、ギリシャの女神の名前の別の綴りであるGeaに基づいており、これは地質学、地球物理学、地球化学で接頭辞として使用されています。[30]ゴールディングは後にノーベル賞受賞講演でガイアに言及しました。[31]

18世紀、地質学が近代科学として確立すると、ジェームズ・ハットンは地質学的プロセスと生物学的プロセスは相互に関連していると主張した。[32]その後、博物学者で探検家のアレクサンダー・フォン・フンボルトは、生物、気候、地殻の共進化を認識した。[32] 20世紀には、ウラジーミル・ヴェルナツキーが、現在では生態学の基礎の一つとなっている地球の発展理論を定式化した。ヴェルナツキーはウクライナの地球化学者で、地球の大気中の酸素、窒素、二酸化炭素が生物学的プロセスの結果であると認識した最初の科学者の一人でした。1920年代に彼は、生物が物理的な力と同じくらい確実に地球を再形成できると主張する論文を発表した。ヴェルナツキーは環境科学の科学的根拠の先駆者であった。[33]彼の先見的な発言は西洋では広く受け入れられず、数十年後、ガイア仮説も科学界から同様の初期の抵抗を受けました。

また、20世紀への変わり目には、現代環境倫理の発展と自然保護運動の先駆者であるアルド・レオポルドが、土地に関する生物中心主義的、あるいは全体論的な倫理の中で、生きている地球を示唆しました。

少なくとも、土壌、山、川、大気など、地球の各部分を、それぞれの部分が明確な機能を持つ、調和のとれた全体の器官、あるいは器官の一部と見なすことは不可能ではありません。そして、もし私たちがこの全体を、全体として、長い期間を通して見ることができれば、調和のとれた機能を持つ器官だけでなく、生物学で代謝、あるいは成長と呼ぶ、補充としての消費のプロセスも認識できるかもしれません。そうであれば、私たちは生物の目に見えるすべての属性を持つことになりますが、それはあまりにも大きく、その生命のプロセスはあまりにも遅いため、私たちは生物であることに気づいていません

— ステファン・ハーディング、『動く地球』[34]

ガイア仮説と環境運動全般にもう一つ影響を与えたのは、ソビエト連邦とアメリカ合衆国間の宇宙開発競争の副作用でした。1960年代、宇宙に行った最初の人類は地球全体の姿を目にすることができました。 1968年、アポロ8号のミッション中に宇宙飛行士ウィリアム・アンダースが撮影した「地球の出」の写真は、概観効果を通じて、地球規模のエコロジー運動の初期の象徴となりました。[35]

仮説の定式化

ジェームズ・ラブロック、2005年

ラブロックは1965年9月、カリフォルニアのジェット推進研究所で火星生命の探知方法に取り組んでいたとき、生物のコミュニティによって制御される自己調整型の地球というアイデアを定義し始めました。[36] [37] これを言及した最初の論文は、 CEギフィンと共著した「惑星大気：生命の存在に伴う組成およびその他の変化」です。[38]主要な概念は、大気の化学組成によって惑星規模で生命を検出できるというものでした。ピック・デュ・ミディ観測所によって収集されたデータによると、火星や金星などの惑星では大気が化学的に平衡状態にあります。地球の大気とのこの違いは、これらの惑星に生命が存在しない証拠であると考えられていました。

ラブロックは1972年[1]と1974年[2]の学術誌論文でガイア仮説を提唱し、その後1979年には著書『ガイア：地球生命の新たな視点』を出版して広く知られるようになりました。 1975年2月6日のニューサイエンティスト誌に掲載された記事[39]と、1979年に出版された『ガイアの探求』という書籍版は、科学的にも批評的にも注目を集め始めました。

ラブロックは当初これを地球フィードバック仮説[40]と呼び、酸素やメタンなどの化学物質の組み合わせが地球の大気中で安定した濃度で存在するという事実を説明する方法でした。ラブロックは、生命を検出するための比較的信頼性が高く安価な方法として、他の惑星の大気中でそのような組み合わせを検出することを提案しました。

リン・マーギュリス

その後、海生生物が陸生生物とほぼ同じ量の硫黄とヨウ素を生成するなどの関係性が浮上し、この仮説を補強する助けとなりました。[41]

1971年、微生物学者リン・マーギュリス博士はラブロックと共に、当初の仮説を科学的に証明された概念へと具体化する取り組みに加わり、微生物が大気や地球表層の様々な層に及ぼす影響に関する自身の知見を提供しました。[42]このアメリカの生物学者は、真核 生物の細胞小器官の起源に関する理論の提唱と、現在では広く受け入れられている細胞内共生説への貢献によって、科学界からの批判を招いていました。マーギュリスは著書『共生惑星』の8章のうち最後の章をガイアに捧げました。しかし、彼女はガイアの広範な擬人化に異議を唱え、ガイアは「生物ではなく」、「生物間の相互作用によって創発された特性である」と強調しました。彼女はガイアを「地球表面における単一の巨大な生態系を構成する、相互作用する一連の生態系。以上」と定義しました。本書で最も印象的な「スローガン」は、実はマーギュリスの教え子が言ったものです。

ジェームズ・ラブロックは最初の提案をガイア仮説と呼びましたが、ガイア理論という用語も使用しています。ラブロックは、最初の定式化は観察に基づいていたものの、科学的な説明がまだ欠けていたと述べています。ガイア仮説はその後、多くの科学的実験によって裏付けられ[43]、多くの有用な予測を提供しました[44] 。

第1回ガイア会議

1985年、ガイア仮説に関する最初の公開シンポジウム「地球は生物か？」が、マサチューセッツ大学アマースト校で8月1日から6日まで開催されました[45]。主なスポンサーは全米オーデュボン協会でした。講演者には、ジェームズ・ラブロック、リン・マーギュリス、ジョージ・ウォルド、メアリー・キャサリン・ベイトソン、ルイス・トーマス、トーマス・ベリー、デビッド・エイブラム、ジョン・トッド、ドナルド・マイケル、クリストファー・バード、マイケル・コーエン、ウィリアム・フィールズが含まれ、約500人が参加しました[46]。

第2回ガイア会議

1988年、気候学者の スティーブン・シュナイダーはアメリカ地球物理学連合の会議を主催しました。ガイアに関する第1回チャップマン会議[42]は、1988年3月7日にカリフォルニア州サンディエゴで開催されました

会議の「哲学的基礎」セッションで、デイビッド・エイブラムは科学におけるメタファーの影響と、ガイア仮説が新しい、そしてゲームチェンジャーとなる可能性のあるメタファーを提供していることについて話し、一方、ジェームズ・キルヒナーはガイア仮説の不正確さを批判しました。キルヒナーは、ラブロックとマーギュリスが提示したガイア仮説は1つではなく4つであると主張しました。

  • 共進化ガイア：生命と環境は連動して進化してきたという仮説。キルヒナーは、これはすでに科学的に受け入れられており、新しいものではないと主張しました。
  • 恒常性ガイア：生命は自然環境の安定性を維持し、この安定性が生命の存続を可能にしたという仮説。
  • 地球物理学的ガイア：ガイア仮説は地球物理学的サイクルへの関心を生み出し、地球の地球物理学的ダイナミクスに関する興味深い新しい研究につながったという仮説。
  • 最適化ガイア：ガイアは地球を生命全体にとって最適な環境となるように形作ったという仮説。キルヒナーは、これは検証不可能であり、したがって科学的ではないと主張しました

キルヒナーは恒常的ガイアについて、2つの選択肢を認識していました。「弱いガイア」は、生命はすべての生命の繁栄のために環境を安定させる傾向があると主張しました。キルヒナーによると、「強いガイア」は、生命はすべての生命の繁栄を可能にするために環境を安定させる傾向があると主張しました。キルヒナーは、強いガイアは検証不可能であり、したがって科学的ではないと主張しました。[47]

しかし、ラブロックと他のガイア支持科学者たちは、制御された実験によって検証することが不可能であるため、この仮説は科学的ではないという主張を反証しようとしました。例えば、ガイアは目的論的であるという非難に対して、ラブロックとアンドリュー・ワトソンは、これらの批判のほとんどに対する証拠として、デイジーワールド・モデル（および上記のその修正）を提示しました。[18] ラブロックは、デイジーワールド・モデルは「地球環境の自己調節は、さまざまな方法で局所的な環境を変化させる生命の種類間の競争から生じる可能性があることを示している」と述べました。[48]

ラブロックは、ガイアが生命の生存に必要な環境の複雑なバランスを意図的または意識的に維持しているという主張を一切含まないガイア仮説のバージョンを提示するよう注意を払いました。ガイアが「意図的に」行動するという主張は、彼の最初の著書で述べられたものであり、文字通りに解釈されるべきではなかったようです。ガイア仮説のこの新しい記述は、科学界により受け入れられました。この会議の後、目的論に対する非難のほとんどは止まりました。 [要出典]

第三回ガイア会議

2000年6月23日にスペインのバレンシアで開催された第2回ガイア仮説チャップマン会議[49]までに、状況は大きく変化していました。ガイアの目的論的見解やガイア仮説の「タイプ」についての議論ではなく、重要な進化的長期構造変化の枠組みの中で、基本的な短期的な恒常性が維持される具体的なメカニズムに焦点が当てられました。

主要な疑問は次のとおりです。[50]

  1. 「ガイアと呼ばれる地球規模の生物地球化学／気候システムは、時間とともにどのように変化してきたのか？その歴史はどのようなものか？ガイアはある時間スケールでシステムの安定性を維持しながら、より長い時間スケールではベクトル変化を起こすことができるのか？地質学的記録をどのように活用してこれらの疑問を検証できるのか？」
  2. 「ガイアの構造とは何か？フィードバックは気候の進化に影響を与えるほど強力か？システムには、その時点で行われている学問分野の研究によって実際的に決定される部分があるか、それとも、ガイアが時間の経過とともに進化する生物を含むものとして理解するために最も真実であるとみなされるべき一連の部分があるか？ガイアシステムのこれらの異なる部分間のフィードバックとは何か？そして、物質のほぼ閉鎖は、地球規模の生態系としてのガイアの構造と生命の生産性にとって何を意味するのか？」
  3. 「ガイアのプロセスと現象のモデルは現実とどのように関連し、どのようにガイアへの対処と理解に役立つのか？デイジーワールドの結果はどのように現実世界に転用されるのか？「ヒナギク」の主な候補は何なのか？ヒナギクを見つけるかどうかはガイア理論にとって重要なのか？どのようにヒナギクを探すべきか、そしてその探索を強化するべきか？生物相を含み化学循環を考慮した気候システムのプロセスモデルまたは地球規模モデルを用いて、ガイアのメカニズムとどのように連携できるのか？」

1997 年、タイラー・ヴォルクは、エントロピー生成を最大化する、平衡から遠く離れた恒常性状態への進化の結果として、ガイア システムがほぼ必然的に生成されると主張し、アクセル・クライドン (2004) もこれに同意し、次のように述べました。「...恒常性動作は、惑星のアルベドに関連する MEP の状態から発生する可能性があります。」 「...MEP の状態における共生地球の結果として生じる動作は、ガイア仮説で述べられているように、長い時間スケールで地球システムのほぼ恒常性動作につながる可能性があります。」 M. ステイリー（2002）も同様に、「…より伝統的なダーウィンの原理に基づいたガイア理論の代替形態…[この]新しいアプローチでは、環境調節は個体群動態の結果である。選択の役割は、支配的な環境条件に最も適応した生物を優遇することである。しかし、環境は進化の静的な背景ではなく、生物の存在によって大きく影響される。結果として生じる共進化の動的プロセスは、最終的に平衡と最適条件の収束につながる」と提案している。

第4回ガイア会議

北バージニア地域公園局などが主催するガイア仮説に関する第4回国際会議は、2006年10月にバージニア州アーリントンにあるジョージ・メイソン大学キャンパスで開催されました。[51]

NVRPAの主任博物学者であり、長年ガイア仮説を提唱してきたマーティン・オーグル氏がこのイベントを主催しました。マサチューセッツ大学アマースト校地球科学部の著名な教授であり、長年ガイア仮説を提唱してきたリン・マーギュリス氏が基調講演を行いました。その他にも、ニューヨーク大学地球環境科学プログラムの共同ディレクターであるタイラー・ヴォルク氏、ドナルド・エイトキン・アソシエイツの代表であるドナルド・エイトキン博士、ハインツ科学・経済・環境センター所長のトーマス・ラブジョイ博士、アメリカ気象学会大気政策プログラムのシニアフェローであり、著名な環境倫理学者であるJ・ベアード・カリコット氏など、多くの講演者が参加しました。

批判

ガイア仮説は当初（1969年から1977年まで）科学者からほとんど注目されなかったが、その後しばらくの間、フォード・ドゥーリトル[52] 、リチャード・ドーキンス[53] 、スティーブン・ジェイ・グールド[42]など多くの科学者から批判された。ラブロックは、自身の仮説がギリシャの女神にちなんで名付けられ、多くの非科学者に支持されたため[40] 、ガイア仮説は新異教的 宗教と解釈されたと述べている。特に多くの科学者は、彼の人気著書『ガイア：地球生命の新たな視点』で採用されたアプローチが目的論的である、つまり万物には目的があり、目標に向かっているという考え方であると批判した。1990年にこの批判に対し、ラブロックは次のように反論した。「我々の著作のどこにも、惑星の自己調節が目的を持っているとか、生物相による先見や計画を伴うといった考えは述べられていない」。

スティーブン・ジェイ・グールドは、ガイアを「メカニズムではなくメタファー」と批判した。[54]彼は、自己調節的な恒常性がどのように達成されるのか、実際のメカニズムを知りたかった。ガイアを擁護するデイヴィッド・エイブラムは、グールドが「メカニズム」自体がメタファーであるという事実を見落としていると主張している。これは非常に一般的でありながら、しばしば認識されていないメタファーであり、自然システムや生物システムを、オートポイエティックまたは自己組織化現象としてではなく、外部から組織化され構築された機械であるかのように考えさせるものである。エイブラムによれば、機械的なメタファーは、生物の能動的または行為者としての性質を見落とすことにつながるが、ガイア仮説の有機的なメタファーは、生物相と生物圏全体の能動的行為性を強調する[55]ガイアにおける因果関係に関して、ラブロックは、単一のメカニズムが原因ではなく、様々な既知のメカニズム間の関連性は決して解明されない可能性があり、これは生物学や生態学の他の分野では当然のこととして受け入れられており、特定の敵意は他の理由から彼自身の仮説に向けられていると主張している。[40]

ラブロック自身は、自身の言語と生命体の意味についての理解を明確にするだけでなく、批判の大部分は批評家の非線形数学の理解不足と、すべての出来事を事実に先立って特定の原因に即座に帰属させなければならない線形化型の貪欲還元主義に起因すると考えている。彼はまた、批判者のほとんどは生物学者であるが、彼の仮説には生物学以外の分野での実験が含まれており、自己制御現象の中には数学的に説明できないものもあると述べている。[40]

自然選択と進化

ラブロックは、地球規模の生物学的フィードバック機構は自然淘汰によって進化できると示唆し、生存のために環境を改善する生物は環境を破壊する生物よりもうまくやれると述べた。しかし、1980年代初頭、W・フォード・ドゥーリトルとリチャード・ドーキンスはそれぞれガイアのこの側面に反論した。ドゥーリトルは、個々の生物のゲノムの中にはラブロックが提唱するフィードバック機構を提供できるものは何もないと主張し、したがってガイア仮説は妥当な機構を提案しておらず非科学的であると述べた。[52]その一方でドーキンスは、生物が協調して行動するには先見性と計画性が必要であると述べたが、これは進化に関する現在の科学的理解に反している。[53]ドゥーリトル同様、ドーキンスもフィードバックループがシステムを安定化させる可能性を否定した。

マーギュリスは1999年に、「ダーウィンの壮大なビジョンは間違っていたのではなく、不完全だっただけだ。資源をめぐる個体間の直接的な競争を主要な選択メカニズムとして強調することで、ダーウィン（そして特に彼の追随者）は、環境が単なる静的なアリーナであるという印象を与えてしまった」と主張した。彼女は、地球の大気圏、水圏、岩石圏の構成は恒常性のように「設定点」を中心に調整されているが、それらの設定点は時間とともに変化すると記している。[56]

進化生物学者のWDハミルトンは、ガイアの概念をコペルニクス的と呼び、ダーウィンの自然選択を通してガイアの自己調節がどのように起こるのかを説明するには、別のニュートンが必要だと付け加えた。[30] [より良い情報源が必要] 最近では、フォード・ドゥーリトルが、彼とインクペンのITSNTS（それは歌であって歌手ではない）提案[57]に基づいて、自然選択による進化において、差異的持続性が差異的生殖と同様の役割を果たす可能性があると提案し、それによって自然選択理論とガイア仮説の調和の可能性を示した。[58]

21世紀の批判

ガイア仮説は、科学界から依然として広く懐疑的な見方をされている。例えば、2002年と2003年には、科学誌『Climatic Change』に賛否両論が掲載された。反対論として挙げられる重要な論拠の一つは、生命が環境を調整するのではなく、むしろ有害な、あるいは不安定化をもたらす影響を与えてきた多くの例である。[4] [5]近年のいくつかの書籍はガイア仮説を批判しており、「…ガイア仮説は明確な観測的裏付けを欠き、理論上の大きな困難を抱えている」[59]、「汚れた比喩、事実、そして偽科学の間で不安定に揺れ動いているため、私はガイア仮説をしっかりと背景に追いやることを好む」[6]、「ガイア仮説は進化論にも地質学的記録の経験的証拠にも裏付けられていない」[7]といった見解が示されている。[60] CLAW仮説[15]は、当初はガイアの直接的なフィードバックの可能性のある例として提案されましたが、その後、雲凝結核の理解が進むにつれて信頼性が低いことがわかりました。 [61] 2009年には、ガイア仮説とは正反対に、生命が惑星の状態に非常に有害な（生物殺傷的な）影響を与えるというメデア仮説が提唱されました。[62]

2013年に出版されたガイア仮説の評価書の中で、トビー・ティレルは、様々な関連分野における最新の証拠を考察し、次のように結論づけています。「ガイアは行き詰まりだと私は考えています。しかしながら、その研究は多くの新しく、示唆に富む疑問を生み出してきました。ガイアを否定する一方で、ラブロックの独創性と視野の広さは高く評価できます。そして、彼の大胆な概念が地球に関する多くの新しい考えを刺激し、地球を研究するための全体論的アプローチを推進してきたことを認識しています。」[63]彼は別の箇所で、「ガイア仮説は、私たちの世界の仕組みを正確に描写したものではない」と結論づけています。[64]この記述は、ガイアの「強い」形態と「中程度の」形態、すなわち、生物相が地球を最適な状態（強度5）または生命にとって好ましい状態（強度4）にする原理に従うという形態、あるいは恒常性維持機構として機能するという形態（強度3）を指していると理解する必要があります。後者はラブロックが提唱したガイアの「最も弱い」形態である。ティレルはこれを否定する。しかし、より弱い2つの形態、すなわち生命の進化と環境の間に密接な関連があり、生物学が物理的および化学的環境に影響を与えると主張する共進化ガイアと影響的ガイアはどちらも信頼できるが、この意味で「ガイア」という用語を使用することは有用ではなく、これら2つの形態はすでに自然選択と適応のプロセスによって受け入れられ、説明されていると彼は考えている。[65]

人類原理

多くの批評家が強調しているように、惑星の気候の自己調節につながる負のフィードバックループの進化を促進する妥当なメカニズムは存在しない。[5] [6]実際、地球の歴史における複数の出来事（メディア仮説を参照）は、地球と生物圏が大量絶滅につながる自己破壊的な正のフィードバックループに陥る可能性があることを示しています。[66]

例えば、スノーボール・アースの氷河期は、太陽が現在よりも冷たかった時代に光合成が発達したことに起因していると考えられています。これらのメカニズムはある程度の影響を与えますが、氷河期と間氷期のサイクルを理解するには、地球の太陽周回軌道の変動、自転軸の傾き、そして北半球の日射量の周期性を引き起こし、地球の熱環境を決定づける自転運動の「揺れ」についての研究が不可欠です。数学や地球科学の分野の研究を含め、地質学と地理学の分野は氷河期の原因についての洞察を提供します。一方、大気中の二酸化炭素の除去と、放出された酸素による大気中のメタンの酸化は、温室効果の劇的な減少をもたらしました。[注 1]その結果、極地の氷床が拡大し、地球が吸収する太陽光の総量が減少し、氷とアルベドの正のフィードバックループが暴走し、最終的には地球のほぼ全表面が氷河期に至りました。[68]しかし、この規模の火山活動は、地球の地殻に作用し、氷床後退期に解放された圧力と関連していると理解すべきである。地球が凍結状態から脱出したのは、火山からの二酸化炭素とメタンの放出が直接の原因であると思われるが、[69]氷の下に閉じ込められた微生物によるメタン放出も関与していた可能性がある。[70]地球が氷床に覆われたことで光合成が大きく阻害され、珪質岩の風化による大気からの二酸化炭素除去が減少することも、温暖化への寄与は小さいと考えられる。しかし、地殻変動がなければ、スノーボール状態は無期限に持続した可能性がある。[71] : 43–68 

増幅的な正のフィードバックを伴う地質学的事象（そしておそらくは生物学的要因も関与）は、記録上最大の大量絶滅、すなわち約2億5000万年前のペルム紀-三畳紀絶滅を引き起こしました。この絶滅を誘発した事象は、シベリアの洪水玄武岩の丘陵地帯であるシベリア・トラップにおける火山噴火であったと考えられています。これらの噴火により高濃度の二酸化炭素と二酸化硫黄が放出され、世界の気温が上昇し、海洋が酸性化しました。[72]二酸化炭素濃度の上昇の推定値は、わずか2倍から最大20倍まで、幅広く変動しています。[71] : 69–91 増幅フィードバックにより、温暖化は二酸化炭素の温室効果からのみ予想されるよりもかなり大きくなりました。これには、氷のアルベドフィードバック、大気中への水蒸気（別の温室効果ガス）の蒸発の増加、永久凍土の下と大陸棚の堆積物の下に埋まっているメタンハイドレート鉱床の温暖化によるメタンの放出、山火事の増加が含まれます。 [71] : 69–91 二酸化炭素の増加により海洋が酸性化し、炭酸カルシウムの殻を持つ生物が広範囲で死滅し、カニやロブスターなどの軟体動物や甲殻類が死滅し、サンゴ礁が破壊されました。[73]これらの死滅は海洋食物連鎖全体の混乱につながりました。[74]気温上昇によって硫化物を含む深層水と酸素を豊富に含む表層水を隔てる化学躍層の崩壊が起こり、嫌気性細菌によって生成される有毒な硫化水素が大量に海洋表層や大気中に放出され、（主にメタンによって引き起こされる）オゾン層の崩壊に寄与し、[75]陸上の動植物の絶滅を説明する一助となったという主張がある。[76]

弱い人類原理によれば、このような安定化フィードバックループの観察は観察者選択効果である。[77] [78] [79]全宇宙で、このような質問をすることができる知的で自己認識力のある生物を進化させた可能性があるのは、ガイア特性を持つ惑星だけである。[71] : 50 生命が異なる生化学的性質を持って進化した世界や、世界が現在は暴走温室効果のために死んでいるか、永久に雪だるま式に成長しているか、あるいは何らかの要因により生命が微生物レベルを超えて進化することを抑制されているような異なる地球物理学的特性を持つ世界を無数に想像することができる。[注 2]

生物圏レベルで自然選択が作用する手段が存在しないならば、地球の生物圏が地質学的時間を超えて存続してきた唯一の説明は人類原理であるように思われる。しかし近年、この厳格に還元主義的な見解は、自然選択が個々の生物レベルだけでなく、生物階層の複数のレベルで作用し得るという認識によって修正されてきた。[80] 伝統的なダーウィンの自然選択は、遺伝的特性や能力を示し、競争相手よりも多くの子孫を残す個体を繁殖させることを要求する。成功した生物圏は明らかに自身の複製を生み出すために繁殖することができないため、伝統的なダーウィンの自然選択は作用しない。生物圏レベルの選択のメカニズムはフォード・ドゥーリトルによって提唱された。彼はガイア仮説の初期の強力な批判者であったが[52] 、 2015年までにガイアを「ダーウィン化」する方法を考え始め、地球が生物圏レベルの適応を進化させる手段を模索していた。ドゥーリトルは、差異的持続性、つまり単なる生存は、自然選択の正当なメカニズムと見なすことができると示唆している。地球が様々な困難を乗り越える中で、差異的持続性の現象は、選択された存在が競争相手の死を生き延びることで定着を達成することを可能にする。地球の生物圏は他の惑星の他の生物圏と競合していないが、この惑星には生存を競う多くの競争相手がいる。ガイアは全体として、生命の最後の普遍的共通祖先（LUCA）から派生したすべての生存者の単一の系統を構成している。[79]生物圏レベルの選択に関する他の様々な提案には、順次選択、エントロピー階層[81]、そしてガイアをホロバイオントのようなシステムと見なすことなどが含まれる。[82]結局のところ、差異的持続性と順次選択は人類原理の変種であり[81] 、エントロピー階層性とホロバイオントの議論は、人類原理の議論なしにガイアの出現を理解できる可能性がある。[81] [82]

参照

参考文献

注釈

  1. ^ 準代替仮説では、スノーボール・アースの直接的な引き金は、7億1700万年から7億1900万年前に現在のカナダ北極圏で発生した一連の大規模な火山噴火であった可能性があるとされています。これらの噴火は、おそらく大量の硫黄エアロゾルを成層圏に巻き上げ、そこで入射する太陽放射を反射し、強い冷却効果をもたらしました。[67]
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参考文献

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ガイア仮説に関する図書館資料
  • あなたの図書館の資料
  • 他の図書館の資料
  • ジェームズ・ラブロック（2006年）、CBC Ideas（ラジオ番組）の「科学について考える方法」でのインタビュー、2008年1月3日放送。リンク
  • 「ラブロック：「私たちは地球を救うことはできない」」BBC Sci Tech News
  • インタビュー：ジャスパー・ジェラード、ジェームズ・ラブロックと対談
  • ウェイバックマシンにある2010年のジェームズ・ラブロックとのインタビューのクリップ（2016年3月3日アーカイブ）
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