L'ipotesi gaia

L'IPOTESI GAIA

L'ipotesi Gaia è una teoria formulata per la prima volta dallo scienziato inglese James Lovelock nel 1979 in "Gaia. A New Look at Life on Earth".

Nella sua prima formulazione l'ipotesi Gaia, che altro non è che il nome del pianeta vivente, si basa sull'assunto che gli oceani, i mari, l'atmosfera, la crosta terrestre e tutte le altre componenti geofisiche del pianeta terra si mantengano in condizioni idonee alla presenza della vita proprio grazie al comportamento degli organismi viventi. Ad esempio la temperatura, lo stato d'ossidazione, l'acidità, la salinità e altri parametri chimicofisici fondamentali per la presenza della vita sulla terra presentano valori costanti.

Questa omeostasi è l'effetto dei processi di feedback attivo svolto in maniera autonoma e inconsapevole dal biota. Inoltre tutte queste variabili non mantengono un equilibrio costante nel tempo ma evolvono in sincronia con il biota. Quindi i fenomeni evoluzionistici non riguardano solo gli organismi o l'ambiente naturale, ma l'intera Gaia.

Il sistema Gaia, che non è identificabile né con il termine biosfera, né con biota, che sono solo due elementi che la compongono, comprende invece:

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  Organismi viventi che crescono e si riproducono sfruttando ogni possibilità che l'ambiente concede.
  
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  Organismi soggetti alle leggi della selezione naturale darwiniana.
  
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  Organismi che modificano costantemente il loro ambiente chimico-fisico, cosa che avviene costantemente come semplice effetto di tutti quei processi fondamentali per la vita, come la respirazione, la fotosintesi ecc.
  
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  Fattori limitanti che stabiliscano i limiti superiori ed inferiori della vita. L'ambiente può presentare temperature eccessivamente alte o basse per l'affermarsi della vita in un dato ambiente. Stesso discorso per le concentrazioni di sali, minerali, composti chimici ecc.
  

Un fattore inquinante dell'intera Gaia sono certamente le attività e l'Ambiente costruito dall'uomo, che anche se non facente parte del sistema, interagisce fortemente con esso modificando i fattori limitanti (temperatura, composti chimici ecc.).

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Gaia può essere definita come un sistema complesso i cui costituenti sono i viventi e il loro ambiente materiale che comprende l'atmosfera, gli oceani e la superficie delle rocce. Si tratta di un sistema che si è sviluppato e continua a svilupparsi con un processo evolutivo che coinvolge contemporaneamente i viventi e il loro ambiente. Gli organismi condizionano l'ambiente e questo condiziona le forme della vita. In tale sistema, il clima e la composizione chimica si regolano in maniera automatica (si autoregolano) per mantenersi sempre in uno stato favorevole alla vita; questa autoregolazione si realizza man mano che il sistema si evolve, senza rispondere a nessun progetto preventivo e senza un fine particolare. Gaia è un superorganismo capace di regolare la non-vita per la vita.

Una dimostrazione evidente dell'esistenza di Gaia sarebbe la stessa atmosfera definita "improbabile" da Lovelock. L'aria che respiriamo è infatti una miscela di gas altamente reattivi. Nella sua composizione è presente l'ossigeno indispensabile alla vita, ma insieme con il metano, che reagisce con l'ossigeno in presenza della luce solare formando anidride carbonica e acqua. Il tasso di metano può rimanere costante perché questo gas viene reintegrato dagli organismi metanogeni che ne producono circa 500 milioni di t per anno.

Se la vita scomparisse improvvisamente dalla Terra, tutti gli elementi chimici che costituiscono la superficie terrestre, gli oceani e l'atmosfera reagirebbero tra loro fino a esaurire ogni reazione possibile. Il pianeta diventerebbe troppo caldo, arido e inadatto alla vita.

Lovelock sostiene che le condizioni fisiche e chimiche della superficie della terra, dell'atmosfera, e degli oceani sono state rese e vengono continuamente rese adatte alla vita grazie alla presenza della vita stessa. Quindi l'atmosfera con la sua attuale composizione può essere considerata un prodotto del metabolismo di Gaia, il risultato di uno scambio attivo di gas con gli organismi viventi. Anche il suolo ha origine dalla vita. In ogni centimetro cubo di terreno sono presenti miliardi di organismi microscopici: nello strato superficiale del suolo ci sono batteri fotosintetici e azotofissatori, funghi, muffe e una miriade di invertebrati. Senza vita non vi sarebbe il suolo come lo conosciamo, ma solo inerti corpi rocciosi. Secondo l'ipotesi Gaia le grandi strutture della crosta terrestre non sarebbero soltanto il risultato dei processi endogeni e di quelli meccanici ma anche di quelli biologici. Da quando si è formata, la crosta solida viene continuamente rimodellata dall'azione dell'aria e dell'acqua che si realizza attraverso l'erosione, la sedimentazione e la formazione di suoli e ghiacci. E questa azione è influenzata dagli organismi viventi che per vivere inducono modificazioni nella composizione e nelle caratteristiche termodinamiche dell'atmosfera e degli oceani. Inoltre gli organismi hanno anche un ruolo diretto in questi fenomeni geologici esogeni.

Per Lovelock e Margulis tutta la materia vivente sulla Terra, dai virus alle balene e alle sequoie, deve essere considerata come una singola entità vivente capace di mantenere l'atmosfera terrestre nelle condizioni più adatte alle sue necessità. Tutto ciò contrasta con la visione convenzionale che ipotizza che la vita si sia adattata alle condizioni del pianeta e che la vita ha potuto manifestarsi sulla Terra e non altrove nel sistema solare perché solo sulla Terra esistevano le condizioni adatte.

Per spiegare Gaia il fisico americano Jerome Rothstein è ricorso ad una analogia con la sequoia gigante (Sequoia gigantea). Questi alberi, diffusi lungo la costa occidentale dell'America del Nord, sono gli organismi più grandi e longevi attualmente esistenti: superano spesso i mille anni di età, sono alti100 m e pesano più di 2000 t. Circa il 97% del loro corpo è però costituito da sostanza non vivente, nel senso che è già morta, come il legno del tronco e la corteccia. Le sole parti di una sequoia formate da cellule vive sono il cambio, un sottile strato anulare che avvolge il legno e si trova sotto la corteccia, le foglie, i fiori e i semi.

Come una sequoia anche Gaia, cioè la Terra, è costituita da una grande massa di materia morta con un sottile strato di organismi viventi racchiusi entro un involucro d'aria. Nelle loro opere Lovelock e Margulis dedicano una particolare attenzione alla tendenza dell'uomo a degradare l'ambiente per soddisfare le proprie esigenze. Gaia reagisce alle modificazioni indotte dall'azione dell'uomo, ma le sue risposte obbediscono alle leggi della cibernetica e i tempi di risposta sono quelli dei sistemi di retroazione, cioè estremamente lunghi. Una simile lentezza non ci permette di comprendere abbastanza in fretta se le cose tendono al peggio. Prima che possiamo rendercene conto, la situazione ambientale può peggiorare in modo pericoloso e, a causa di questa lentezza (inerzia) nelle risposte che caratterizza il sistema, non possiamo fare nulla per rimediare efficacemente in tempi brevi. Dopo un periodo di indifferenza, a partire dagli anni Ottanta, l'ipotesi di Gaia ha cominciato ad alimentare un articolato dibattito tra gli scienziati, mentre i suoi propugnatori continuano a produrre prove a sostegno della loro teoria. In ogni caso la teoria di Lovelock e Margulis ha il merito di aver sollevato una importante questione fino ad oggi trascurata dagli studi ecologici: il ruolo svolto degli esseri viventi nella regolazione del loro ambiente.
PRO E CONTRO GAIA
Nel 1979, Lovelock pubblica il libro "Gaia: A New Look at Life on Earth", nel quale sviluppa dettagliatamente le sue idee ed afferma che:
"..... the physical and chemical condition of the surface of the Earth, of the atmosphere, and of the oceans has been and is actively made fit and comfortable by the presence of life itself. This is in contrast to the conventional wisdom which held that life adapted to the planetary conditions as it and they evolved their separate ways."
Gaia prevede che l’evoluzione degli organismi viventi debba essere strettamente correlata all’evoluzione del relativo ambiente fisico-chimico; insieme essi costituiscono un unico processo evolutivo autoregolatore; pertanto il clima, la composizione litologica della terra, l’aria e gli oceani non sarebbero determinati dalla sola storia geologica, bensì sarebbero anche conseguenza della presenza della vita sulla terra.

E’ appunto grazie alla incessante attività degli organismi viventi che le condizioni si sono mantenute favorevoli alla vita sul pianeta per oltre 3,5 miliardi di anni!

Nasce così una nuova scienza olistica, la geofisiologia, che si occupa delle modalità di funzionamento della terra concepita come un vero e proprio super-organismo vivente, un organismo che ci ospita e di cui facciamo parte come le nostre cellule fanno parte del nostro corpo.

La geofisiologia ignora, quindi, la tradizionale distinzione tra scienze della terra (chimica-mineralogia, geologia) e scienze della vita (biologia e medicina) che considera l’evoluzione abiotica e l’evoluzione biologica come discipline separate: la geofisiologia considera i due processi come un’unica scienza rivolta alla descrizione della storia del nostro pianeta nel suo complesso.

La scienza attuale manca di questa visione unitaria in quanto tende a favorire un orientamento riduzionistico; il concetto di vita e di organismo vivente viene trattato in maniera limitata a seconda della disciplina di appartenenza dello scienziato: i chimici e i fisici affermano che la vita è uno stato particolare della materia, il biologo afferma che la vita corrisponde ad un organismo vivente capace di correggere errori riproduttivi grazie alla selezione naturale, i biochimici considerano la vita come corrispondente ad organismi viventi che assorbono energia libera (solare o trasformata) al fine di svilupparsi secondo le indicazioni fornite dai rispettivi codici genetici.

Per i geofisiologi, invece, la vita è riferibile ad un sistema circoscritto, aperto a flussi di energia e di materia, ed in grado di mantenere invariate le proprie condizioni interne nonostante il mutare delle condizioni esterne, attraverso il processo della omeostasi.

Nell’ipotesi di Gaia la biosfera sarebbe costituita dall’insieme degli organismi viventi della terra; Gaia sarebbe il sistema di vita planetario che comprende tutto ciò che viene influenzato e che influenza la biosfera. Si tratta di un vero e proprio organismo vivente, il quale vive grazie all'energia solare che respira, trasforma la propria biomassa, si "ammala", "ha la febbre" (effetto serra) e può rischiare il collasso.
"Wherever we see life, from bacteria to large-scale ecosystems, we observe networks with components that interact with one another in such a way that the entire network regulates and organize itself" (F. Capra, 1996)
Pertanto, l'insieme di tutta la materia vivente sul nostro pianeta, dai virus alle balene e dalle alghe alle querce, potrebbe essere riconsiderata come costituente una singola entità vivente, in grado di conservare l'atmosfera della Terra per soddisfare le sue necessità complessive, e dotata di facoltà e poteri ben oltre quelli delle sue parti costituenti.

Il sistema Gaia condivide con tutti gli organismi viventi la capacità di omeostasi, cioè la regolazione dell’ambiente fisico e chimico ad un livello prossimo a quello favorevole alla vita. Gli elementi costitutivi di Gaia sono :

 L’atmosfera: strutturata secondo involucri concentrici è costituita da Termosfera, Ionosfera, Mesosfera, Stratosfera e Troposfera, costituita da ossigeno (21%), anidride carbonica, metano, azoto (79%).

 Flussi di energia : L’energia solare è la più importante fonte di energia del pianeta: serve a riscaldare l’atmosfera e gli oceani e la sua composizione è un fattore determinante il riscaldamento del pianeta.

 L' Acqua : è noto che in assenza di acqua non ci sarebbe vita; la vita poi avrebbe consentito alla terra di conservare gli oceani, con una salinità che non ha mai superato il limite critico alla vita.

 Le rocce : Il pianeta Gaia comprende tutte le rocce della crosta terrestre, le cui parti hanno subito, nel corso di una evoluzione durata 3,5 miliardi di anni, drastici cambiamenti. L’erosione superficiale da parte di microrganismi ha trasformato i detriti originali in humus fertile; l’attività vulcanica ha costantemente rifornito la superficie di materiale fuso e di gas provenienti dall’interno. Se esaminiamo un campione di humus scopriamo che rappresenta un ecosistema batterico in cui vi è vita (funghi , batteri, microrganismi anaerobici, etc.) impegnata a scindere la materia organica e i detriti per ritrasformarla nuovamente in materia nutritiva per le piante e per gli animali.

 Gli ecosistemi : gli ecosistemi sono presenti su tutta la superficie terrestre, dalla gelida tundra alle cime montuose, dagli oceani ai deserti, dalle foreste tropicali agli ecosistemi batterici. Gli ecosistemi comprendono gli organismi viventi ed il loro ambiente e possono essere considerati come veri e propri organi di Gaia, essendo dotati di autoregolazione, omeostasi e metabolismo.

Ognuno di essi è dotato di una propria identità / funzione e svolge un ruolo vitale per la conservazione e la salvaguardia dell’intero organismo ( effetto farfalla ) quali la produzione di ossigeno (batteri fotosintetici) o l’assorbimento di calore.

La conseguenza logica di tale impostazione è che non è possibile studiare l’ambiente tramite un approccio di tipo riduzionistico (indagare, cioè, una singola parte del sistema, mantenendo costanti le condizioni circostanti) ma si rende necessario, invece, ricorrere ad un metodo di indagine olistico rivolto alla comprensione della complessità. E’ solo con quest’ultimo tipo di approccio, infatti, che è possibile studiare l’ambiente su più livelli strutturandolo in maniera gerarchica. L’ambiente, infatti, nella sua accezione più ampia, è un ecosistema fortemente gerarchizzato al suo interno.

E’ evidente, quindi, che qualsiasi tentativo di studio dell’ambiente debba basarsi su di una struttura interdisciplinare nella quale i caratteri della geosfera, della biosfera e della noosfera giungono ad un’integrazione di cui l’ecotopo ne rappresenta il livello più basso e l’intera ecosfera il livello più elevato e globale.

Gaia si manterrebbe viva nella sua mutevolezza in quanto avrebbe realizzato numerose strategie per sopravvivere ed evolvere; quella della predazione e del parassitismo, che la nostra società tecnologica sta attuando sulle altre specie, non è la più diffusa né quella di maggior successo.

Secondo Lynn Margulis, alla quale si deve il maggiore contributo biologico alla teoria di Gaia, un grande evento durante l’evoluzione fu il fatto che alcune forme di parassitismo si trasformarono in simbiosi, dando luogo a specie completamente nuove, diverse sia dal parassita che dall’ospite.

I cloroplasti delle piante sarebbero una versione trasformata dei primi batteri fotosintetici, insediatisi in cellule di organismi incapaci di fare fotosintesi, ai quali gli archeobatteri avrebbero donato questa preziosa funzione in cambio di motilità o di altri vantaggi per la loro sopravvivenza.

Gli ecosistemi più complessi ed evoluti del pianeta, quali, ad esempio, la barriera corallina o la foresta equatoriale, devono la loro stabilità non al successo di una singola specie bensì alla varietà delle strategie con cui le specie si relazionano tra loro utilizzando le risorse disponibili.

Nelle loro opere Lovelock e Margulis prestano particolare attenzione alla tendenza dell'uomo a modificare e degradare l'ambiente al fine di soddisfare le proprie esigenze. Gaia reagirebbe alle modificazioni umane, ma le sue risposte obbediscono alle leggi della cibernetica ed i tempi di risposta sono quelli dei sistemi di retroazione, cioè molto lunghi. Tale lentezza non ci consente di comprendere se la situazione del pianeta tende al peggio. Prima che possiamo rendercene conto, la situazione ambientale può peggiorare in modo molto pericoloso e, a causa di questa lentezza nelle risposte che caratterizza il sistema, l' uomo non può intervenire per rimediare efficacemente ed in tempi brevi.

Dopo un periodo di indifferenza, a partire dagli anni Ottanta, l'ipotesi di Gaia ha cominciato ad alimentare un articolato dibattito tra gli scienziati, mentre i suoi sostenitori continuano a produrre prove a sostegno della loro teoria. In ogni caso l' ipotesi di Lovelock e Margulis ha il merito di aver sollevato una importante questione fino ad oggi trascurata dagli studiosi: il ruolo svolto dagli esseri viventi nella regolazione del loro ambiente.

Alcuni scienziati, tuttavia, contestano l’analisi di Lovelock. L’idea della vita sulla terra come superorganismo che risponde alle minacce a agli "insulti" ambientali per assicurarsi la sopravvivenza non concorda con le idee ormai accettate dell’evoluzione darwiniana, la quale, come è noto, dipende dalla selezione e dalla competizione di organismi in lotta tra di loro.

Secondo Lovelock e Margulis Gaia sarebbe caratterizzato dalle seguenti condizioni:

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  Il Pianeta è un super-organismo a sistema-feedback
  
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  L' Evoluzione è il risultato di processi cooperativi e non competitivi
  

W. Ford Doolittle, l' autore di una ricerca sulla biologia molecolare dei plastidi, si oppose alla teoria di Gaia, che definiva, "materna". Richard Dawkins, zoologo dell’Università di Oxford, paragonò l’ipotesi Gaia al programma "BBC theorem", con un riferimento spregiativo alla nozione della natura come equilibrio e armonia meravigliosi, data dai documentari televisivi.

Dawkins non poteva concepire l’evoluzione dei meccanismi di Gaia, di controllo a livello mondiale, senza un universo "pieno di pianeti morti, i cui sistemi di regolazione omeostatica erano venuti meno, e con una manciata di pianeti ben regolati, ben riusciti, sparsi tutti attorno e di cui uno era, appunto, la Terra."

Per rispondere a queste critiche, Lovelock progettò alcuni modelli matematici computerizzati. Quello più spettacolare, il Daisy World (il mondo delle margherite), considera un pianeta ipotetico, ricoperto soltanto da margherite nere e bianche e da una occasionale mucca che mastica margherite.

Il pianeta delle margherite avrebbe le stesse dimensioni della Terra e orbiterebbe intorno ad una stella che si trova alla stessa distanza che separa il sole dalla terra. Su Daysilandia vivono due sole specie: margherite bianche, che si adattano bene ai climi caldi, in quanto il loro colore chiaro riflette in parte la luce solare; margherite nere, ben adattate ai climi freddi, in quanto il loro colore scuro trattiene gran parte dei raggi solari.

Il pianeta e le sue margherite formano un eco-sistema (come Gaia) in grado di autoregolarsi per resistere a limitate variazioni del calore emesso dalla stella (il sole).

Partiamo da una situazione in cui il clima è temperato e le margherite prosperano in ugual misura: ad un certo momento, per una serie di tempeste magnetiche, il sole di Daysilandia diventa gradualmente più freddo. E' la fine della vita? No, proprio per effetto della struttura dell'ecosistema.

Gradualmente le margherite bianche muoiono, come quelle nere delle zone più fredde. Negli spazi lasciati liberi dai fiori bianchi, cominciano però a prosperare le margherite nere, che si diffondono anche nelle zone equatoriali, prima troppo calde per loro: in tal modo Daysilandia si ricopre di un tappeto nero.

A questo punto il pianeta comincia a riscaldarsi, perché la sua superficie più scura riflette nello spazio meno energia; le margherite bianche cominciano a svilupparsi nelle zone tropicali, sottraendo spazio alle nere, meglio adattate alle zone più fredde. Alla fine del ciclo, il sole si stabilizza su una temperatura più fredda e Daysilandia sopravvive con un numero maggiore di margherite nere rispetto alla situazione iniziale.

Il modello dimostrerebbe come il sistema Gaia sia costituito da elementi che interagiscono tra loro in modo complesso, quasi un superorganismo che funziona come un unico sistema autoregolante.

DAISY WORLD: ANIMAZIONE

DAISY WORLD: MODELLO

Il successo di Gaia come sistema richiede il mantenimento dell’ambiente entro limiti adatti alla vita. Tutto questo implica molto più che una biosfera minima, in quanto deve esservi un numero sufficiente di organismi viventi che con la loro esistenza si possano opporre all’ ineluttabile evoluzione del pianeta verso uno stato di equilibrio.

Si può ragionevolmente affermare che su un pianeta la vita non può essere limitata e distribuita in modo irregolare: il sistema deve essere di grande dimensioni, "forte" ed in grado di affrontare problemi di ampiezza planetaria; pertanto, i pianeti piccoli e "deboli" sarebbero candidati ad una rapida estinzione.

Se le forme di vita si riducessero ad un millesimo rispetto al livello attuale e si fermassero a quel livello, in pochi milioni di anni la terra diventerebbe del tutto inospitale. L’anidride carbonica raggiungerebbe concentrazioni elevate, l’ossigeno e parte dell’ozono scomparirebbero dall’atmosfera e gli oceani diventerebbero ipersalati. La temperatura potrebbe aumentare notevolmente a causa dell’aumento dell’anidride carbonica e della diversità e struttura delle nubi.

La biodiversità rappresenta, quindi, una garanzia a tutela della vita del pianeta; una sua riduzione potrebbe provocare la perdita dell’acqua in quanto l’idrogeno in presenza di poco ossigeno tenderebbe a sfuggire dalla terra, per cui si può facilmente spiegare l' estrema importanza di difendere e tutelare tutte le forme di vita presenti sul nostro pianeta.

Per quanto tuttora molto controversa nell'ambito della comunità scientifica internazionale, la-teoria di Lovelock e Margulis ha avuto uno straordinario successo nel movimento ambientalista e si è poi diffusa in forme più "popolari", fino ad assumere connotati esplicitamente religiosi nel contesto della spiritualità New Age (Gaia Mind).

Dal punto di vista scientifico, tuttavia, uno degli aspetti più importanti della teoria consiste nel tentativo di innovare la teoria dell'evoluzione darwiniana: ad evolversi non sarebbero in realtà le singole specie ma il più grande organismo vivente che esiste, il Pianeta Terra.

La teoria di Gaia porta, inoltre, alle seguenti conclusioni:

 La vita non rappresenta un evento eccezionale o fortuito: è una proprietà emergente di un determinato tipo di pianeti, sistemi complessi che si trovano in certe condizioni all'interno della biozona della propria stella.
 Molto probabilmente, non appena si creano condizioni possibili per lo sviluppo della vita, la vita si sviluppa. Si ribalta, così, la concezione di vita come fenomeno pressoché unico e si arriva alla definizione di vita come proprietà emergente del sistema.