
ガイア仮説(/ˈɡaɪ.ə/ )は、ガイア理論、ガイアパラダイム、ガイア原理とも呼ばれ、地球上の生物は無機物環境と相互作用して相乗効果のある自己調節的な複雑系を形成し、地球上の生命の条件を維持・永続させるのに役立つと提唱している。
ガイア仮説は、化学者のジェームズ・ラブロック[ 1 ]によって提唱され、 1970年代に微生物学者のリン・マーギュリスによって共同で発展させられた[ 2 ] 。隣人の小説家ウィリアム・ゴールディングの提案を受けて、ラブロックはこの仮説を、ギリシャ神話で地球として擬人化されることもある原初の神ガイアにちなんで名付けた。2006年、ロンドン地質学会は、ガイア仮説に関する彼の業績などを評価し、ラブロックにウォラストン・メダルを授与した[ 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、大気中の酸素濃度、水圏の維持、および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などが含まれます。
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意味で目的論的であるとして批判されたが、この解釈はラブロックによって否定された。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、入手可能な証拠によって弱く裏付けられているか、あるいは矛盾していると考えている。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
ガイア仮説は、生物は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環境にも影響を与え、共進化において非生物環境はダーウィン的なプロセスを介して生物に影響を与え、これは相互に協力し合う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、この生物と非生物の関係の証拠を、この仮説の第2版で提示した。この理論は、初期の温暖な環境を好む細菌やメタン生成細菌の世界から、酸素が豊富な現在の大気、つまり完新世の大気へと進化してきたと述べている。そして、この大気は原始時代よりも複雑な生命を支える環境である。個々の種やその他のシステムがそれぞれの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環境と生物環境に相殺効果をもたらす可能性がある。この見解に反対する人々は、安定した平衡状態ではなく劇的な変化をもたらした出来事の例を挙げることがある。例えば、太古代末期から原生代初期にかけて、地球の大気が還元環境から酸素に富んだ環境へと変化したことなどが挙げられる。
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、恒常性によってその状態が維持されると主張している。この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惑星生命体の一部であると考えられている。この見方では、大気、海、地殻は、ガイアが生物の共進化する多様性を通して行った介入の結果であることになる。
ガイア仮説の先駆者には、ピョートル・アレクセーエヴィチ・クロポトキン(1842年~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年~1922年頃)、ウラジーミル・イヴァノヴィチ・ヴェルナツキー(1863年~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年~1963年)といったロシアの科学者たちがいる。
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的な複雑系であり、進化するシステムとして密接に結合していると提唱している。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る。[ 9 ]
ガイアは、生物によって操作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条件の広範な安定化につながります。地球表面の多くのプロセスは、生命の条件に不可欠であり、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、地球システムのグローバルな熱力学的非平衡状態によって駆動される、地球表面温度、大気組成、海洋塩分を調節するグローバル制御システムを確立します。[ 10 ]
生命体によって影響を受ける惑星の恒常性の存在は、生物地球化学の分野では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る。ガイア仮説の独創性は、地球上または外部の出来事が生命にとって最適な条件を脅かす場合でも、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る。[ 11 ]

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レベル内に留まり、かなり規則的な低値と高値の範囲に達しています。ラブロックはまた、メタン生成菌が初期の大気で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状況を作り出し、いくつかの点でタイタンの大気に似ているという仮説を立てました。[ 13 ]彼は、これがオゾン層が形成される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が、ヒューロニアン氷河期、スターティアン氷河期、マリノアン/ヴァランゲル氷河期に、地球がほぼ固い「雪玉」になるところだったと示唆しています。これらの時代は、顕生代以前の生物圏が完全に自己調節する能力を持っていなかったことの証拠です。
以下に説明する温室効果ガスであるCO₂の処理は、地球の温度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る。
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案している。[ 15 ]この仮説は特に、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案している。
現在、人口増加と温室効果ガスの増加などの活動による環境への影響により、環境における負のフィードバックが正のフィードバックに変わる可能性がある。ラブロックは、これが極めて加速的な地球温暖化をもたらす可能性があると述べているが[ 16 ]、その後、その影響はよりゆっくりと現れる可能性が高いと述べている[ 17 ] 。

ガイア仮説は非現実的な集団選択と生物間の協力を必要とするという批判に対し、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温度調節の基盤となっている数学モデル「デイジーワールド」を開発した。[ 18 ]
Daisyworldは、黒いデイジーと白いデイジーという2種類の植物が生息する惑星のエネルギー収支を考察する。これらの植物は惑星表面の大部分を占めていると想定されている。デイジーの色は惑星のアルベドに影響を与え、黒いデイジーはより多くの光を吸収して惑星を温暖化させ、白いデイジーはより多くの光を反射して惑星を冷却する。黒いデイジーは低温で最もよく成長・繁殖し、白いデイジーは高温で最もよく生育すると想定されている。温度が白いデイジーが好む値に近づくと、白いデイジーの繁殖力が黒いデイジーを上回り、白い表面の割合が増加する。また、より多くの太陽光が反射されるため、熱の流入が減少し、最終的に惑星は冷却される。逆に、温度が下がると、黒いデイジーの繁殖力が白いデイジーを上回り、より多くの太陽光を吸収して惑星を温暖化させる。したがって、気温は植物の繁殖率が等しくなる値に収束するだろう。
ラブロックとワトソンは、限られた条件下において、競争によるこの負のフィードバックが、太陽のエネルギー出力が変化した場合でも、生命を維持できる値で惑星の温度を安定させることができることを示した。一方、生命のない惑星では、温度が大きく変動するだろう。白と黒のデイジーの割合は、植物の繁殖率が等しくなる値に温度を維持するために絶えず変化し、両方の生命形態が繁栄できるようにする。
ラブロックとワトソンが望む反応を引き出す例を選んだため、結果は予測可能だったと示唆されている。[ 19 ]
海洋の塩分濃度は、非常に長い間約 3.5% で一定に保たれてきました。[ 20 ]海洋環境における塩分濃度の安定性は、ほとんどの細胞が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ため重要です。海洋の塩分濃度が一定であることは、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、長年の謎でした。最近、塩分濃度は、高温の玄武岩を通る海水の循環や、中央海嶺の熱水噴出孔からの噴出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[ 21 ]。しかし、海水の組成は平衡状態からは程遠く、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ることです。これらは、生命活動中にイオンや重金属を固定するバクテリアのコロニーによって作られると仮説が立てられています。[ 20 ]
地球の生物地球化学的プロセスでは、発生源と消失源は元素の移動です。海洋中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 +)です。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す。[ 20 ]塩分を粒子状から溶解状へ、そして再び粒子状へと変化させるメカニズムは数多くあります。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、イオン、電子などの移動を再構築するのに役立つだけでなく、地球の地磁気場の磁気体のバランスをとるのに潜在的に不可解な助けにもなるでしょう。ナトリウム、すなわち塩の既知の発生源は、岩石の風化、侵食、溶解が河川に運ばれ、海洋に堆積する場合です。
地中海がガイアの腎臓であるという説は、2001年に通信著者のケネス・J・シューによって発見されました(こちら)。シューは、地中海の「乾燥」はガイアの「腎臓」が機能している証拠だと示唆しています。この例や以前に示唆された例では、調節を行っているのは生物学ではなく、プレート運動と物理学です。以前の「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)、カンブリア紀/先カンブリア紀(ゴンドワナ)の巨大な塩湖の堆積」の際に実行されました。[ 22 ]

ガイア仮説は、地球の大気組成は生命の存在によって動的に安定した状態に保たれていると述べている。[ 23 ]大気組成は、現代の生命が適応してきた条件を提供している。大気中に存在する希ガス以外のすべてのガスは、生物によって生成されるか、生物によって処理される。
地球の大気の安定性は化学平衡の結果ではありません。酸素は反応性化合物であり、最終的には地球の大気と地殻のガスや鉱物と結合するはずです。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 ]カンブリア紀が始まって以来、大気中の酸素濃度は、大気体積の15%から40%の間で変動してきました。[ 25 ]メタンは酸素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空気は、体積比でおよそ窒素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その他のガスが少量含まれています。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ました。しかし、このメカニズムでは酸素濃度が低くなりすぎた場合、酸素濃度を上昇させることはできません。植物が酸素を過剰に生成することが証明されれば、おそらく高酸素森林火災調節器だけが必要になるでしょう。石炭紀と白亜紀の石炭層で火災によって生成された木炭が発見された最近の研究は、酸素濃度が25%を超えていた地質時代におけるラブロックの主張を裏付けています。
ガイアの科学者たちは、炭素循環における生物の関与を、生命に適した条件を維持する複雑なプロセスの 1 つと見なしている。大気中の二酸化炭素( CO 2 )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、土壌中の細菌や植物の根によって影響を受け、そこではガスの循環が改善される。また、サンゴ礁では炭酸カルシウムが海底に固体として沈着する。炭酸カルシウムは、生物が炭素質の殻や貝殻を作るために使用する。生物が死ぬと、その殻は落下する。一部は浅い海の底に到達し、そこで埋没の熱と圧力、および/またはプレートテクトニクスの力によって、最終的にチョークや石灰岩の堆積物に変化する。しかし、落下する死んだ殻の大部分は、炭素補償深度より下の海に再溶解する。
これらの生物の1つは、雲の形成に役割を果たしている可能性のある豊富な円石藻類であるEmiliania huxleyiです。[ 28 ] CO2の過剰は円石藻類の生命の増加によって補償され、海底に閉じ込められるCO2の量が増加します。CLAW仮説が支持されることが判明した場合(上記の「地球表面温度の調節」を参照)、円石藻類は雲量の増加に役立ち、それによって表面温度を制御し、地球全体を冷却し、陸上植物に必要な降水を促進する可能性があります。最近、大気中のCO2濃度が増加しており、海洋藻類ブルームの濃度も増加しているという証拠があります。[ 29 ]
地衣類などの生物は地表の岩石の風化を促進する一方、土壌中では根、菌類、細菌、地中動物の活動によって岩石の分解が加速します。このように、大気から土壌への二酸化炭素の流れは生物の働き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。この成長に伴い、植物による二酸化炭素の消費量が増加し、植物は二酸化炭素を土壌に吸収・分解することで大気から除去します。

地球を統合された全体、生命体として捉える考え方には長い伝統がある。神話上のガイアは、地球を擬人化したギリシャの原始的な女神であり、「母なる自然」(Ge = 地球、Aia =印欧祖語の祖母)または地球の母のギリシャ語版である。ジェームズ・ラブロックは、当時ラブロックと同じ村(英国ウィルトシャー州バウアーチョーク)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た。ゴールディングの助言は、ギリシャの女神の名前の別表記である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る。[ 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た。[ 31 ]
18 世紀、地質学が近代科学として確立されるにつれ、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が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・ヴェルナツキーが地球の発展の理論を提唱し、それが現在では生態学の基礎の一つとなっている。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によって生じることを認識した最初の科学者の一人である。1920 年代には、生物は物理的な力と同様に確実に地球を再構築できると主張する著作を発表した。ヴェルナツキーは環境科学の科学的基礎の先駆者であった。[ 33 ]彼の先見的な発言は西洋では広く受け入れられず、数十年後にはガイア仮説も科学界から同様の初期抵抗を受けた。
また、20世紀初頭には、近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観の中で、生きている地球という概念を提唱した。
地球の構成要素――土壌、山、川、大気など――を、それぞれ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みなすことは、少なくとも不可能ではない。そして、もし私たちがこの全体を、長い時間をかけて全体として観察することができれば、協調した機能を持つ器官だけでなく、生物学で代謝や成長と呼ばれる、消費と再生のプロセスも認識できるかもしれない。そうなれば、私たちは、あまりにも巨大で生命活動が遅すぎるために、それが生物であると認識できない、生物のあらゆる目に見える特徴を捉えることができるだろう。
—ステファン・ハーディング、『アニメイト・アース』[ 34 ]
ガイア仮説や環境運動全般に影響を与えたもう一つの要因は、ソ連とアメリカ合衆国の宇宙開発競争の副産物として生じた。1960年代、宇宙に行った最初の人類は、地球全体がどのように見えるかを見ることができた。 1968年にアポロ8号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、オーバービュー効果を通じて、地球規模のエコロジー運動の初期の象徴となった。[ 35 ]

ラブロックは、カリフォルニアのジェット推進研究所で火星の生命の検出方法に取り組んでいた1965年9月に、生物のコミュニティによって制御される自己調節的な地球という概念を定義し始めた。[ 36 ] [ 37 ] この概念に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」である。[ 38 ]主な概念は、惑星規模で生命は大気の化学組成によって検出できるというものだった。ピク・デュ・ミディ天文台によって収集されたデータによると、火星や金星のような惑星は化学平衡状態の大気を持っていた。地球の大気とのこの違いは、これらの惑星には生命が存在しない証拠だと考えられていた。
ラブロックは1972年[ 1 ]と1974年[ 2 ]の学術論文でガイア仮説を提唱し、その後1979年に一般向けの書籍『ガイア:地球上の生命への新たな視点』を出版した。 1975年2月6日のニュー・サイエンティスト誌の記事[ 39 ]と、1979年に出版された一般向けの書籍版『ガイア探求』は、科学界と批評家の注目を集め始めた。
ラブロックはこれを最初に地球フィードバック仮説と呼び[ 40 ] 、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し続けるという事実を説明する方法でした。ラブロックは、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が、生命を検出する比較的信頼性が高く安価な方法であると提案しました。

その後、海洋生物が陸上生物が必要とするのとほぼ同じ量の硫黄とヨウ素を生成するなど、他の関係性も明らかになり、仮説を裏付けるのに役立った。[ 41 ]
1971年、微生物学者のリン・マーギュリス博士は、ラブロックとともに、最初の仮説を科学的に証明された概念に具体化する取り組みに参加し、微生物が大気や地球表面のさまざまな層にどのように影響するかについての知識を提供した。[ 42 ]このアメリカ人生物学者は、真核生物の細胞小器官の起源に関する理論の提唱と、現在では受け入れられている共生説への貢献により、科学界から批判も受けていた。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た。しかし、彼女はガイアの擬人化が広く行われていることに異議を唱え、ガイアは「生物ではなく」、「生物間の相互作用から生じる特性」であると強調した。彼女はガイアを「地球表面にある単一の巨大な生態系を構成する、相互作用する生態系の連続。以上」と定義した。この本で最も印象的な「スローガン」は、実はマーギュリスの教え子が冗談で言ったものだった。
ジェームズ・ラブロックは、最初の提案をガイア仮説と呼んだが、ガイア理論という用語も使用した。ラブロックは、最初の定式化は観察に基づいていたが、科学的な説明が欠けていたと述べている。ガイア仮説はその後、多くの科学実験によって支持され[ 43 ]、多くの有用な予測を提供した[ 44 ] 。
1985年、ガイア仮説に関する最初の公開シンポジウム「地球は生命体か?」が、8月1日から6日にかけてマサチューセッツ大学アマースト校で開催された。[ 45 ]主な主催者は全米オーデュボン協会であった。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、デイビッド・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・フィールズらが名を連ねた。約500人が参加した。[ 46 ]
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組織した。ガイアに関する最初のチャップマン会議[ 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た。
During the "philosophical foundations" session of the conference, David Abram spoke on the influence of metaphor in science, and of the Gaia hypothesis as offering a new and potentially game-changing metaphorics, while James Kirchner criticised the Gaia hypothesis for its imprecision. Kirchner claimed that Lovelock and Margulis had not presented one Gaia hypothesis, but four:
Of Homeostatic Gaia, Kirchner recognised two alternatives. "Weak Gaia" asserted that life tends to make the environment stable for the flourishing of all life. "Strong Gaia" according to Kirchner, asserted that life tends to make the environment stable, to enable the flourishing of all life. Strong Gaia, Kirchner claimed, was untestable and therefore not scientific.[47]
Lovelock and other Gaia-supporting scientists, however, did attempt to disprove the claim that the hypothesis is not scientific because it is impossible to test it by controlled experiment. For example, against the charge that Gaia was teleological, Lovelock and Andrew Watson offered the Daisyworld Model (and its modifications, above) as evidence against most of these criticisms.[18] Lovelock said that the Daisyworld model "demonstrates that self-regulation of the global environment can emerge from competition amongst types of life altering their local environment in different ways".[48]
Lovelock was careful to present a version of the Gaia hypothesis that had no claim that Gaia intentionally or consciously maintained the complex balance in her environment that life needed to survive. It would appear that the claim that Gaia acts "intentionally" was a statement in his popular initial book and was not meant to be taken literally. This new statement of the Gaia hypothesis was more acceptable to the scientific community. Most accusations of teleologism ceased, following this conference.
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回チャップマン会議(ガイア仮説に関する会議)[ 49 ]の頃には、状況は大きく変化していた。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た。
主な質問は以下のとおりでした。[ 50 ]
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非平衡恒常状態への進化の結果として、ガイアシステムはほぼ必然的に生成されると主張し、アクセル・クレイドン(2004年)はこれに同意し、「恒常性挙動は、惑星のアルベドに関連するMEPの状態から出現する可能性がある」、「MEPの状態にある共生地球の結果として生じる挙動は、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的な挙動につながる可能性がある」と述べた。 M. Staley(2002)も同様に、「より伝統的なダーウィン原理に基づくガイア理論の代替形態」を提案している。「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、優勢な環境条件に最も適応した生物を有利にすることである。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を受ける。結果として生じる共進化的な動的プロセスは、最終的に平衡状態と最適条件への収束につながる。」
北バージニア地域公園局などが後援するガイア仮説に関する第4回国際会議が、2006年10月にバージニア州アーリントンのジョージ・メイソン大学キャンパスで開催された。[ 51 ]
NVRPAのチーフ・ナチュラリストであり、長年にわたりガイア仮説を提唱してきたマーティン・オグル氏がこのイベントを企画した。マサチューセッツ大学アマースト校地球科学科の著名な大学教授であり、長年にわたり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った。その他多くの講演者の中には、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・エイトケン・アソシエイツの代表であるドナルド・エイトケン博士、ハインツ科学経済環境センターの会長であるトーマス・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上級研究員であるロバート・コレル氏、著名な環境倫理学者であるJ・ベアード・カリコット氏などがいる。
ガイア仮説は当初科学者からほとんど注目されなかったが(1969年から1977年まで)、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、多くの非科学者によって支持されたため[ 40 ] 、ガイア仮説はネオペイガニズム宗教として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:地球上の生命への新たな視点』で採用されたアプローチが目的論的である、つまり物事には目的があり、目標に向かっているという信念であると批判した。1990年にこの批判に答えて、ラブロックは「私たちの著作のどこにも、惑星の自己調節が目的を持っている、あるいは生物による先見性や計画を伴うという考えは表明されていない」と述べた。
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」だと批判した。[ 54 ]彼は自己調節的な恒常性が実際にどのように達成されるのか、そのメカニズムを知りたかった。ガイアを擁護するデイビッド・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たと主張する。もっとも、それは非常に一般的で、しばしば認識されないメタファーではあるが、自然システムや生命システムを、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るように導くメタファーである(自己組織化現象としてではなく)。エイブラムによれば、機械的なメタファーは生命体の能動的または主体的な性質を見落とすように導くが、ガイア仮説の有機体的なメタファーは、生物群と生物圏全体の能動的な主体性を強調する。[ 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、既知の様々なメカニズム間のつながり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、彼自身の仮説に対する特別な敵意は他の理由から留保されていると主張している。[ 40 ]
ラブロック自身は、自身の言葉遣いや生命体の意味についての理解を明確にする以外に、批判の大半は批判者たちの非線形数学の理解不足と、あらゆる出来事を事前に特定の原因に帰属させようとする貪欲な還元主義の線形化の一形態に起因すると考えている。また、批判者のほとんどは生物学者だが、彼の仮説には生物学以外の分野での実験も含まれており、自己調節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 ]
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選択によって進化する可能性があると示唆し、生存のために環境を改善する生物は、環境を損なう生物よりも優れていると述べている。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対した。ドゥーリトルは、個々の生物のゲノムにはラブロックが提案したフィードバック機構を提供するものは何もないため、ガイア仮説はもっともらしいメカニズムを提案しておらず、非科学的であると主張した。[ 52 ]一方、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り、これは進化に関する現在の科学的理解に反すると述べた。[ 53 ]ドゥーリトルと同様に、彼もフィードバックループがシステムを安定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構想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たち)は、環境が単なる静的な場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書いている。[ 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によってガイアの自己調節がどのように行われるかを説明するには、もう一人のニュートンが必要だと付け加えた。[ 30 ] 最近では、フォード・ドゥーリトルは、彼とインクペンのITSNTS(It's The Song Not The Singer)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ことができると提案し、それによって自然選択理論とガイア仮説の間の可能な調和を提供するとしている。[ 58 ]
ガイア仮説は、科学界では依然として広く懐疑的に受け止められている。例えば、 2002年と2003年に『Climatic Change』誌で、賛成と反対の両方の議論が展開された。反対意見として挙げられる重要な論拠の一つは、生命が環境を調節するのではなく、環境に悪影響や不安定化をもたらしてきた多くの事例である。[ 4 ] [ 5 ]最近のいくつかの書籍では、ガイア仮説を批判し、「ガイア仮説には明確な観察的裏付けがなく、重大な理論的困難がある」[ 59 ]から、「汚れた比喩、事実、偽科学の間で不快な宙吊りになっているため、私はガイアをしっかりと背景に置いておきたい」[ 6 ]、さらに「ガイア仮説は進化論にも地質記録の経験的証拠にも裏付けられていない」といった見解を示している。[ 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潜在的な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憑性が低下していることがわかりました。[ 61 ] 2009年には、生命は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、ガイア仮説と真っ向から対立しています。[ 62 ]
2013年に出版された、さまざまな関連分野からの現代の証拠を考慮したガイア仮説の評価書の中で、トビー・ティレルは次のように結論付けています。「私はガイアは行き止まりだと考えています。しかし、その研究は多くの新しい、考えさせられる疑問を生み出しました。ガイアを否定する一方で、ラブロックの独創性と広い視野を高く評価し、彼の大胆な概念が地球に関する多くの新しいアイデアを刺激し、地球を研究するための包括的なアプローチを提唱するのに役立ったことを認識することができます。」[ 63 ]また、彼は別のところで「ガイア仮説は、私たちの世界がどのように機能しているかを正確に表しているものではありません」という結論を述べています。[ 64 ]この記述は、ガイアの「強い」形態と「中程度の」形態、つまり生物が地球を最適(強度5)または生命にとって好ましい(強度4)にするために働く原理に従うか、恒常性メカニズムとして機能する(強度3)という形態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、生命の進化と環境の間には密接な関係があり、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、ガイアの2つの弱い形態、共進化ガイアと影響力のあるガイアはどちらも信憑性があるが、この意味で「ガイア」という用語を使うのは役に立たず、これらの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、説明されているとティレルは考えている。[ 65 ]
2020年、未来物語を専門とする雑誌に掲載されたブルーノ・ラトゥール宛の公開書簡[ 66 ] の中で、庭師のミシェル・マルカは、ラブロックとマーギュリスの1974年の画期的な論文を再検討した。彼は、その要約にある「この論文は、生命が誕生して間もなく、惑星環境の支配権を獲得したという別の説明を提示する」という記述と、結論にある「少なくとも娯楽として、また地球に関する新たな疑問を提起するために」ガイア仮説を提示するという記述との間に矛盾があることを指摘した。マルカは、現在支配的な2番目の解釈を放棄し、最初の解釈、すなわちガイア仮説は主に地球の新しい概念ではなく、ダーウィン的な生物の家族の新しい概念である、という解釈を採用すべきだと主張した。彼は、生命は地球、ひいては宇宙に対立すると主張した。 2023年とその後の記事[ 67 ]で、彼はさらに、ラブロックの発見を受けて、科学は生態学的危機に対処し、彼が地球に対する生命の衝突と表現したものを宣言するために、メタナラティブを改訂すべきだと詳しく説明した。
複数の批評家が強調しているように、地球規模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もっともらしい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(メデイア仮説を参照)は、地球と生物圏が大量絶滅イベント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る。[ 68 ]
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期に光合成が発達したことが原因と考えられています。これらのメカニズムは何らかの影響を及ぼしますが、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、そしてその自転運動の「ぐらつき」を研究する必要があります。このぐらつきが北半球の日射量の周期性を引き起こし、それによって地球の熱体制を決定づけます。数学や地球科学の分野からの研究を含め、地質学や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、大気から二酸化炭素が除去され、放出された酸素によって大気中のメタンが酸化された結果、温室効果が劇的に減少しました。[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全体的な割合が減少し、暴走する氷とアルベドの正のフィードバックループが発生し、最終的に地球のほぼ全面が氷河に覆われることになりました。[ 70 ]しかし、この規模の火山活動は、地球の地殻にかかる圧力と、氷床の後退期に解放される圧力に関連していると理解されるべきである。地球が凍結状態から抜け出したのは、火山による二酸化炭素とメタンの放出が直接の原因であったと考えられるが、[ 71 ]氷の下に閉じ込められた微生物によるメタンの放出も一因となった可能性がある。[ 72 ]地球が氷床に覆われていたことで光合成が大幅に阻害され、珪質岩の風化による大気からの二酸化炭素の除去が減少したという事実も、温暖化への寄与は小さい。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続いた可能性がある。[ 73 ] : 43–68
増幅的な正のフィードバックを伴う地質学的イベント(生物学的関与の可能性も含む)により、記録上最大の大量絶滅イベントであるペルム紀-三畳紀絶滅イベントが約2億5000万年前に発生しました。その引き金となったイベントは、シベリアの洪水玄武岩の丘陵地帯であるシベリア・トラップでの火山噴火だったようです。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。[ 74 ]二酸化炭素濃度の上昇の推定値は、2倍の増加から20倍の増加まで幅広くあります。[ 73 ] : 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のみから予想されるよりもはるかに大きくなりました。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、永久凍土の下や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堆積物の温暖化によるメタンの放出、および山火事の増加が含まれます。 [ 73 ] : 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に死滅し、カニやロブスターなどの軟体動物や甲殻類が死に、サンゴ礁が破壊されました。[ 75 ]これらの生物の死滅は、海洋食物連鎖全体の混乱につながりました。[ 76 ]気温の上昇により、硫化物を含む深層水と酸素を含む表層水を隔てる化学躍層が破壊され、その結果、有毒な硫化水素(嫌気性細菌によって生成される)が海洋表層や大気中に大量に放出され、(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、[ 77 ]陸上の動植物の大量死を説明するのに役立ったという議論がある。[ 78 ]
弱い人間原理によれば、このような安定化フィードバックループの観測は、観測者選択効果である。[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]宇宙全体で、このような疑問を抱くことができる知能と自己認識を持つ生物を進化させることができたのは、ガイア的特性を持つ惑星だけである。[ 73 ] : 50生命が異なる生化学的性質で進化した世界や、暴走温室効果によって現在死滅している世界、あるいは永久スノーボール状態にある世界、あるいは何らかの要因によって生命が微生物レベルを超えて進化することを阻害されている世界など、無数の世界が想像できる。[注2 ]
生物圏レベルで自然選択が働く手段が存在しないのであれば、地球の生物圏が地質学的時間を通じて存続してきた唯一の説明は人間原理であるように思われる。しかし近年、この厳密に還元主義的な見解は、自然選択が生物階層の複数のレベル、つまり個々の生物のレベルだけでなく、複数のレベルで働くことができるという認識によって修正されてきた。[ 82 ] 伝統的なダーウィン的自然選択では、競合相手よりも多くの子孫を残す結果となる遺伝可能な特性や能力を示す繁殖主体が必要となる。成功した生物圏は明らかに自分自身のコピーを生み出すために繁殖することはできないため、伝統的なダーウィン的自然選択は機能しない。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案された。彼はガイア仮説の強力な初期の批判者であったが、[ 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、惑星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、つまり単なる生存が、自然選択の正当なメカニズムとみなせると示唆した。地球がさまざまな試練を経験するにつれて、差異的持続性の現象により、選択された個体は競争相手の死を生き延びることで固定化を達成することができる。地球の生物圏は他の惑星の生物圏と競争しているわけではないが、この惑星には生存をめぐる競争相手が多数存在する。集合的に、ガイアは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生物の単一のクレードを構成する。[ 81 ]生物圏レベルの選択に関する他のさまざまな提案には、逐次選択、エントロピー階層[ 83 ]、およびガイアをホロビオントのようなシステムとみなすことが含まれる。[ 84 ]最終的に言えば、差異的持続性と逐次選択は人間原理の変種であり[ 83 ] 、エントロピー階層とホロビオントの議論は、人間原理の議論なしにガイアの出現を理解することを可能にするかもしれない。[ 83 ] [ 84 ]
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