Ipotesi Gaia - Università degli Studi di Messina

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:




Organismi viventi che crescono e si riproducono sfruttando ogni possibilità che l'ambiente
concede.
Organismi soggetti alle leggi della selezione naturale darwiniana.
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.
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.).
--------------------------------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:

Il Pianeta è un super-organismo a sistema-feedback

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.