В 1970-е годы изобретатель и защитник окружающей среды Джеймс Лавлок и биолог-эволюционист Линн Маргулис предложили гипотезу Геи. Эта теория утверждает, что Земля представляет собой единую саморегулирующуюся систему, в которой атмосфера, гидросфера, все живое и их неорганическое окружение работают вместе, чтобы поддерживать условия для жизни на планете. Эта теория во многом была вдохновлена работой Лавлока с НАСА в 1960-х годах, когда опытный изобретатель разработал инструменты для моделирования климата Марса и других планет Солнечной системы.
Согласно этой теории, без биосферы, которая регулирует температуру и обеспечивает стабильность климата, такие планеты, как Земля, будут медленно нагреваться, а их океаны — более кислыми. Хотя эта теория была с готовностью принята защитниками окружающей среды и климатологами, многие представители научного сообщества оставались скептически настроенными с тех пор, как она была предложена. До сих пор проверить эту теорию было невозможно, поскольку она затрагивает силы, действующие в планетарном масштабе. Но в недавней статье группа испанских ученых предложила экспериментальную систему, включающую синтетическую биологию, которая могла бы проверить теорию в небольших масштабах.
В состав команды вошли исследователи из Каталонского института исследований и перспективных исследований (ICREA), Лаборатории сложных систем Университета Помпеу Фабра (UPE-CSL), Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) и Института Санта-Фе (SFI). Их статья «Синтетический микробный маргариточный мир: планетарная регуляция в пробирке» недавно появилась в журнале Журнал интерфейса Королевского общества. По их словам, предложенный ими тест состоит из двух искусственно созданных микроорганизмов в автономной системе, чтобы увидеть, смогут ли они достичь стабильного равновесия.
В ответ на возникшие трудности Лавлок и британский морской и атмосферный учёный Эндрю Уотсон (аспирант Лавлока) в 1983 году создали компьютерную модель под названием Daisyworld. Модель состояла из воображаемой планеты, вращающейся вокруг звезды, энергия излучения которой медленно увеличивается или уменьшается (т. е. звездный поток). В первом (биологическом) случае на планете существует простая биосфера, состоящая из двух видов маргариток разного цвета (черного и белого), что заставляет их поглощать разное количество солнечной радиации.
Количество черных или белых помостов увеличивается в зависимости от того, сколько солнечной энергии получает планета, а изменения в их относительном населении со временем стабилизируют климат планеты, несмотря на колебания энергии звезды. Во втором (небиологическом) случае температура планеты напрямую связана с количеством энергии, которую она получает от звезды. Раньше не существовало средств для проверки этой модели, поскольку она была планетарного масштаба. Предлагаемый тест был вдохновлен недавними исследованиями в области ферментации, которые обычно требуют точно настроенного внешнего контроля для обеспечения стабильных, регулируемых условий.
В этой экспериментальной установке один штамм чувствует, становится ли среда слишком кислой, и противодействует этому, в то время как другой штамм чувствует, становится ли среда слишком щелочной, и действует, повышая кислотность. Соавтором статьи был Рикар Соле, профессор-исследователь ICREA, руководитель Лаборатории сложных систем и внешний профессор SFI. Как он объяснил в недавнем пресс-релизе SFI:
«Недавно проводились работы по поиску возможности создать микроорганизмы для ферментации, чтобы они могли саморегулироваться. Это было ключевым вдохновением. Поскольку эти штаммы действуют на окружающую среду, а среда влияет на них, это создает замкнутую причинно-следственную связь. Идея состоит в том, чтобы показать, что в очень широких условиях они стабилизируются до постоянного уровня pH, как и предсказывает исходная теория».
Соле и несколько его учеников разработали эксперимент во время визита в SFI. Он потенциально может ответить на давние вопросы, касающиеся систем регулирования всей планеты. Короче говоря, он предлагает первые возможные средства для проверки гипотезы Геи и демонстрации жизненно важной роли жизни в регулировании биосферы и поддержании пригодных для жизни условий. Помимо климата Земли, это исследование может иметь важное значение для измерения обитаемости и стабильности климата на других планетах, особенно на экзопланетах.
Дополнительная литература: Институт Санта-Фе, Журнал Королевского общества
