Dit is een paper dat ik in oktober 2001 voor het vak milieu-economie heb geschreven. Omdat het voor anderen wellicht ook interessante stof is (en ik er een goed cijfer voor had :-), heb ik besloten het er op mijn webzijde bij te zetten. Het stukje 'aanbevolen fictie' zat ook bij het stuk dat ik heb ingeleverd :-)

Inleiding

Het idee van een levende aarde is niet nieuw. Tot in de zeventiende eeuw zagen wetenschappers de wereld als een samenspel van subtiele krachten en innerlijke energieën, een dynamische netwerk van sympathieën en antipathieën. Voor de gehele alchemistische wetenschap gold dat de materiële natuur werd gezien als een complex levend organisme, waar de onderzoeker, als natuurmagiër of wetenschapper, mee in verbinding stond. Niet alleen in de alchemie, maar ook in andere wetenschappen (zoals Johannes Kepler in de astronomie), werd inspiratie gehaald uit de magie van de natuur. William Gilbert, schrijver van De Magnete (1600), schreef over de aarde als een levend lichaam dat streeft naar zelfbehoud.
In de zestiende en zeventiende eeuw echter, kreeg de mechanistische filosofie de overhand. Dit werd bevorderd door de kerk, die de leer van de natuurmagie als een bedreiging ervaarde. De leer over aarde als een levend wezen en de in alles aanwezige spirituele krachten, impliceerden dat de wonderen in de bijbel veroorzaakt zouden kunnen worden door in materie aanwezige innerlijke krachten. Deze 'ketterij' kon de daden en zelfs het bestaan van god in twijfel trekken. In de mechanistische filosofie was materie inert en levenloos. [1,3]

In de achttiende eeuw staken nieuwe theorieën over een levende aarde de kop op. Een van de grondleggers van de moderne geologie, James Hutton, sprak in 1785 'I consider the earth to be a superorganisme and that its proper study should be physiology'. Hij behoorde tot de Circulation Society, een wetenschappelijk genootschap dat geïnspireerd werd door fysiologische ontdekkingen als de circulatie van bloed en het verband tussen zuurstof en leven. Hij paste deze ideeën toe in zijn visie op de hydrologische cyclus en de kringloop van enkele nutriënten. Begin negentiende eeuw werden deze ideeën echter weer verworpen. Door de snelle vooruitgang van de wetenschappen en de verschillen in de manier van bestuderen van de onderwerpen, weken de paden van de aard- en levenswetenschappen uiteen. [2]

Pas in 1945 ontstond een minderheidsgroepering, onder leiding van de Russische wetenschapper Vernadsky, die stelde dat leven een wisselwerking vertoont met de fysische omgeving en dat in de atmosfeer aanwezige gassen als zuurstof en methaan biologische producten waren. Vernadsky's theorieën ontwikkelden zich uiteindelijk verder tot de co-evolutietheorie. De gaiahypothese bestond echter nog niet, want in de co-evolutietheorie gold nog steeds dat organismen zich aanpassen aan veranderingen in hun omgeving en niet dat deze omgeving op zijn beurt aangepast zou kunnen worden door deze organismen. [2]

De eerste vermelding van de term 'gaiahypothese' werd in 1972 gemaakt door James E. Lovelock in het tijdschrift Atmospheric Environment. De gaiahypothese betreft de evolutie van een strak gekoppeld systeem dat bestaat uit de biota en hun materiële omgeving (de atmosfeer, de oceanen en oppervlaktegesteenten). In dit systeem worden belangrijke eigenschappen, zoals klimaat en chemische samenstelling, bestuurd door zelfregulerende systemen, het houdt zichzelf in een staat van homeostase. De aarde wordt gezien als een superorganisme dat, zoals James Hutton al voorstelde, bestudeerd moet worden vanuit een fysiologisch oogpunt. [2]

In dit paper wil ik kort uitzoeken wat de gaiahypothese inhoudt, hoe de hypothese wordt onderbouwd en wat de gaiahypothese zou kunnen betekenen voor de manier waarop wordt omgegaan met het milieu.

Gaiahypothesen

Al sinds het ontstaan is de gaiahypothese onderwerp van discussie, ondertussen zijn er verschillende vormen van de hypothese ontstaan die elk hun eigen aanhangers hebben. Zeker de meer extreme vormen van de hypothese zijn bijzonder controversieel. Om iets over de betekenis van de gaiahypothese te kunnen zeggen, moet eerst duidelijk zijn wat de gaiahypothese voor ons inhoudt, daarom zullen in de volgende alinea's een aantal varianten toegelicht en besproken worden.

James Kirchner [3] deelt de verschillende gaiahypothesen als volgt in:

Beïnvloedende Gaia.

Hierin wordt simpelweg beweerd dat de biota een substantiële invloed hebben op bepaalde aspecten van de abiotische wereld, bijvoorbeeld temperatuur en samenstelling van de atmosfeer.

Co-evoluerende Gaia.

Deze hypothese beweert dat de biota de abiotische omgeving beïnvloeden en dat deze omgeving op zijn beurt de evolutie van de biota door Darwiniaanse processen beïnvloedt.

Homeostatische Gaia.

In de hypothese van de homeostatische Gaia wordt beweerd dat de biota de abiotische wereld beïnvloeden, met als gevolg stabilisering van het systeem. De belangrijkste processen waarin dit gebeurt zijn negatieve feedback lussen.

Teleologische Gaia.

Deze hypothese houdt in dat de atmosfeer in homeostase wordt gehouden, niet alleen door, maar ook voor de biosfeer. Er is hier sprake van een zekere doelgerichtheid, er is een vooruitgang naar een bepaalde eindstaat.

Optimaliserende Gaia.

De hypothese van de optimaliserende Gaia beweert dat de biota de fysische omgeving manipuleren met als doel biologisch gunstige, of zelfs optimale, condities voor zichzelf te creëren.

Deze hypothesen zijn ruwweg onder te verdelen in 'sterke Gaia' en 'zwakke Gaia', afhankelijk van de mate van veronderstelde beïnvloeding van de biota op de materiële omgeving. Zwakke Gaia wordt gedefinieerd als een poging om globale en interactieve systemen te begrijpen in termen van bestaande theoretische concepten (bijvoorbeeld evolutie en ecologie). Deze hypothesen zijn te toetsen in bestaande wetenschappelijk disciplines en met traditionele empirische methoden. Een hypothese als de invloed van de platentektoniek op het zuurstofgehalte in de atmosfeer zou hier onder vallen.
Sterke Gaia verwijst naar interpretaties van Gaia die een aanpassing vereisen van bestaande theoretische aannames over de natuur en wetenschappelijke onderzoeksmethoden. Het letterlijke concept van het bestaan van een superorganisme zou hier bijvoorbeeld onder vallen. [5]

Een evaluatie van de gaiahypothese

Mijns inziens kan er over het concept van een zwakke Gaia weinig discussie bestaan. Het is algemeen bekend dat biota invloed uitoefenen op de abiotische wereld. Denk alleen al aan de gassen die door levende wezens worden uitgestoten of gesteentelagen als krijt en kolen die door levende wezens zijn ontstaan. De atmosfeer van de aarde verschilt sterk van wat van een dergelijk planeet verwacht zou worden wanneer er slechts chemische en fysische processen in het spel waren geweest [2]. De hypothese van een beïnvloedende Gaia mag dus als bewezen worden verondersteld.

De co-evoluerende Gaia is ook niet meer dan logisch. Het volgt direct uit het bestaan van de beïnvloedende Gaia en de evolutietheorie. Er was al vastgesteld dat organismen hun omgeving beïnvloeden. De omgeving waarin een soort leeft en de soorten waarmee het die omgeving deelt, beïnvloeden samen de natuurlijke selectie die op de soort wordt uitgeoefend. Op deze wijze evolueren nieuwe soorten die, op hun eigen wijze, ook hun omgeving beïnvloeden. Zo ontstaat een complex geheel van interacties dat immer verandert en waarin cycli, waarvan sommige onderdelen grote invloed kunnen hebben op bijvoorbeeld de temperatuur of belangrijke spoorelementen, van stoffen kunnen ontstaan.

De homeostatische Gaia is moeilijker te accepteren. Dat er verschillende negatieve feedback lussen bestaan, is wel bewezen. Een voorbeeld hiervan is dimethylsulfide dat geproduceerd wordt door plankton. Toename van warmte of zonnestraling stimuleert het plankton tot het produceren van dimethylsulfide, in de atmosfeer oxideert deze stof waarbij aerosolen worden gevormd. Deze aerosolen vormen kernen voor waterdruppels in wolken, het formaat van de druppels is kleiner naarmate het aantal kernen groter is. Bij kleinere druppels weerkaatsen de wolken meer licht en koelt het oppervlak van de onderliggende zee af en sluit daarmee de negatieve feedback lus [11,8]. Er zijn echter ook veel homeostatische concepten, die onder sterke kritiek staan [3]. Ook wordt het bestaan van positieve feedback lussen door aanhangers van de homeostatische Gaia genegeerd. Een duidelijk voorbeeld hiervan is de opwarming van de aarde door de uitstoot van koolstofdioxide [11]. Door verschillende feedbackprocessen stijgt de temperatuur meer dan wanneer alleen de aanwezigheid van koolstofdioxide de temperatuurstijging zou veroorzaken. Enkele van deze processen zijn

• Door de temperatuursverhoging ontstaat meer waterdamp, waterdamp zelf is ook een broeikasgas.
• Door het smelten van sneeuw en ijs wordt minder warmte weerkaatst, waardoor de aarde meer opwarmt.
• Er is veel methaan (wat een biologische oorsprong heeft) opgeslagen als methaanhydraat in oceanen, bij temperatuursverhoging komt dit vrij en verhoogt door chemische reacties de hoeveelheid waterdamp.
• De temperatuursverhoging leidt tot een verhoging van uitstoot van koolstofdioxide door vegetatie.

De mate waarin deze processen de temperatuur verhogen is nog niet exact vastgesteld, maar dat ze plaats vinden is een feit [11].:

Homeostase lijkt een eenvoudig begrip; de aarde (biota en abiota) zorgt door zelfregulering voor een optimale, stabiele omgeving voor het aanwezige leven. Maar wat houdt optimaal en stabiel in, in dit geval? Het klimaat op aarde is gedurende haar bestaan steeds aan veranderingen onderhevig geweest. De, voor het op dat moment aanwezige leven, meest catastrofale verandering, het ontstaan van de zuurstofrijke atmosfeer in de tweede helft van het proterozoïcum, is zelfs door het leven zelf in gang gezet! Hoe kan dan nog gezegd worden dat leven streeft naar stabiliteit? Een probleem met optimaliteit is dat de omstandigheden op aarde altijd optimaal lijken, immers, de enige levensvormen die op aarde kunnen overleven, zijn de levensvormen die aan hun omgeving zijn aangepast! Ook kan niet gespecificeerd worden wat die optimaliteit inhoudt, bij welke variabelen is de situatie optimaal en waarom?

De voorgestelde doelgerichtheid van de teleologische Gaia en de optimaliserende Gaia kunnen volgens de evolutietheorie niet bestaan. In het mechanisme van mutatie en selectie is het gen de eenheid waarop geselecteerd wordt. Wanneer een gen door zijn eigenschappen op een of andere manier bewerkstelligt dat het betreffende genoom voor meer nakomelingen zorgt dan wanneer het afwezig is, zal het zich via de nakomelingen van de drager in de soort verspreiden (door de drager bijvoorbeeld betere overlevingskansen te geven). Van doelgerichtheid is hierbij geen sprake, een gen kijkt niet in de toekomst. Het is een veel gemaakte fout dat evolutie vooruitgang betekent; evolutie betekent aanpassing aan de omstandigheden (Richard Dawkins [13]).
Een argument tegen de ver gaande samenwerking van organismen in de optimaliserende Gaia is 'free rider' gedrag. De samenwerking vergt van een organisme tijd, grondstoffen en energie, het is daarom altijd voordeliger om niet mee te werken en te profiteren van het werk dat de andere levensvormen verzetten. De besparingen kunnen dan gebruikt worden om bijvoorbeeld meer nakomelingen te verwekken. In een dergelijke situatie van samenwerking, waarin het stopzetten van deelname geen nadelige gevolgen heeft voor het betreffende individu, zal een gen dat dat stopzetten teweeg kan brengen zich snel kunnen verspreiden in de soort en komt er op een gegeven moment een eind aan de hele samenwerking. [13]

De principes van cycli en feedback lussen die in de zwakke gaiahypothese bedoelt worden, zijn zo voor de hand liggend en het bestaan van dergelijke verschijnselen is al zo lang bekend, dat de zwakke gaiahypothese nauwelijks revolutionair mag worden genoemd. Eigenlijk is het volstrekt onnodig om voor de beschrijving van deze verschijnselen een nieuwe hypothese in het leven te roepen; het voegt niets toe, ze worden prima door bestaande wetenschappelijk theorieën verklaard.

De sterke gaiahypothese is pseudo-wetenschappelijk, niet empirisch te bewijzen en in strijd met de goed onderbouwde evolutietheorie. Zolang het doel van Gaia niet gedefinieerd en de betekenis van optimaliteit niet kan worden gespecificeerd, is het onmogelijk de sterke gaiahypothese te bewijzen. Een experiment om het bestaan van een sterke Gaia aan te tonen is niet te construeren.
Op sommige punten doet de discussie over het bestaan van een sterke Gaia mij denken aan het antropisch principe; het heelal lijkt wonderbaarlijk geschikt voor menselijke bewoning, echter, als dit niet het geval was geweest hadden er ook geen menselijke waarnemers kunnen bestaan die dit konden concluderen.

Een interessante reactie op de gaiahypothese was dat zowel eco-extremisten als vervuilende industrieën zich er tot aangetrokken voelden. De ene stroming gaf als antwoord op het mogelijke bestaan van een mechanisme waarin levende organismen het wereldklimaat reguleren, dat er extra voorzichtig met het milieu omgesprongen zou moeten worden. Anderen daarentegen waren van mening dat het bestaan van een dergelijk mechanisme juist impliceerde dat het geoorloofd was om minder voorzichtig te zijn. Een interpretatie die zelfs door Lovelock zelf onderschreven werd. [3,10]
Ik denk dat beide partijen gedeeltelijke gelijk hebben. De verschijnselen die bedoeld worden in de zwakke gaiahypothese zijn zeer gevarieerd en het is zo dat er zowel feedbackprocessen bestaan die zeer robuust of juist heel kwetsbaar zijn en dat er zowel negatieve als positieve feedback lussen bestaan. Onderzoek zal aan moeten tonen welke feedback lussen er belangrijk zijn, en op welk punt er misschien ingegrepen kan worden als dat mogelijk en nodig is.

Hoewel Lovelock de sterke gaiahypothese inmiddels heeft verworpen [6], zijn er velen die deze nog wel aanhangen. Enkelen breiden de sterke gaiahypothese zelfs verder uit met andere, nog controversiëlere, hypothesen. Het bekendste voorbeeld hiervan is Lynn Margulis, die stelt dat de gehele evolutie is gebaseerd op het symbiotisch samengaan van verschillende soorten [7]. Een ander nog controversiëler en minder geaccepteerd idee is dat de mensheid geëvolueerd is om dienst te kunnen doen als intergalactische sporen om het aardse leven naar andere werelden te verspreiden of dat de aarde en haar biosfeer een zelfbewustzijn hebben dat verantwoordelijk is voor de evolutie (Teilhard de Chardin, 1881-1955).
Gaia, de wereld als een superorganisme dat streeft naar homeostase en de associatie met de aardgodin, spreekt zeer tot de verbeelding. Het idee van harmonie en balans in de natuur en een wereldziel (de anima mundi) sluit goed aan bij de new age-beweging en neopaganistische religies. Wetenschappelijk gezien is Gaia niet meer dan een aantrekkelijke metafoor, maar als wereldbeeld zou het door veel mensen omarmd kunnen worden. Of het te onderbouwen en te bewijzen is speelt dan eigenlijk geen grote rol meer. Op dit moment is de gaiahypothese bij de modale burger nauwelijks bekend (wijst een niet representatief onderzoek onder familie en kennissen uit). Ik denk dat het geloof in Gaia een stimulans tot een beter gedrag ten opzichte van het milieu zou kunnen zijn. Een oplettende lezer zal nu zeggen dat er geen garantie is dat er voor de kant van de eerder genoemde eco-extremisten zal worden gekozen in plaats van die van de vervuilende industrieën. Ik ben echter van mening dat vervuiling wordt geassocieerd met vernietiging en destructie en haaks staat op de balans en harmonie in Gaia, het meest aantrekkelijke aspect van Gaia.

Conclusies

Het wetenschappelijke belang van de gaiahypothese ligt in het feit dat het discussie heeft opgewekt en tot, voor de kennis van de milieuproblematiek, belangrijke onderzoeken heeft geleid die anders waarschijnlijk niet zouden hebben plaatsgevonden [7].
Een, als gevolg van de gaiahypothese, opkomende wetenschap is 'earth system science', het kan gezien worden als een studie van de verschijnselen waar het in de zwakke gaiahypothese om draait [9]. De 'earth system science' poogt door een interdisciplinaire aanpak de massa- en energie-uitwisselingen tussen de verschillende componenten van het systeem Aarde te begrijpen. De aarde wordt gezien als een synergistisch fysisch systeem van onderling verbonden verschijnselen, geleidt door complexe processen in de biosfeer, hydrosfeer, geosfeer, atmosfeer en antrosfeer (de beinvloedingssfeer van de mens). De chemische, fysische en biologische processen die worden bestudeerd variëren in ruimtelijke schaal van micrometers tot het formaat van planetaire banen en tijdschalen van milliseconden tot miljarden jaren. Voor de kennis over de effecten, op wereldschaal, van menselijk ingrijpen in het milieu is dit soort wetenschap onmisbaar.

Mijn conclusies ten aanzien van de gaiahypothese zijn samen te vatten als:

• De zwakke gaiahypothese verklaart niets nieuws en heeft daarom geen bestaansrecht.
• De sterke gaiahypothese is onbewijsbaar.
• Het grootste nut van de gaiahypothese is de stimulans die het heeft gegeven aan interdisciplinair wetenschappelijk onderzoek naar complexe processen in 'systeem aarde', wat onmisbaar zal zijn voor het bestuderen van de invloed van de mens op het milieu en de gevolgen daarvan.
• Gaiahypothesen hebben nog veel aanhangers en door de tot de verbeelding sprekende metafoor en het goed aansluiten hiervan op sommige denkbeelden in de huidige maatschappij, zal ze waarschijnlijk nog lang populair blijven.

Referenties

1. Abram David, "The mechanical and the organic: on the impact of methaphore on science", Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
2. Lovelock E. James, "Geophysiology - The science of Gaia", Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
3. Visvader John, "Gaia and the myths of harmony: an Exploration of ethical and practical impliactions", The MIT Press, London England, 1991.
4. Kirchner W. James, "The gaiahypotheses: are they testable? Are they usefull? ", Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
5. Kineman J. John, "Gaia: Hypothesis or worldview", Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
6. Kerr Richard A., "No longer willfull, Gaia becomes respectable", Science (vol 240, blz 393-395), 1988.
7. Mann Charless "Lynn Margulis: Science's unruly earth mother", Science (vol 252, blz 378-381) 1991.
8. Shearer Walter "A selection of biogenic influences relevant to the gaiahypothesis" , Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
9. Earth System Science Education Alliance, http://www.cet.edu/essea/, 19-9-2001
10. Rampino Micheal R. "Gaia versus shiva: comsmic effects on the long term evolution of the terrestrial biosphere" , Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
11. Lashof Daniel A. "Gaia on the brink: Biochmical feedback processes in global warming", Scientists on Gaia, The MIT Press, London England, 1991.
12. Pearce Davide W., Turner Keyyr R. "Economics of natural resources and the environment", Harvester Wheatsheaf, New York, 1990.
13. Dawkins Richard "The selfish gene", Oxford University Press, 1976.

Aanbevolen fictie

1. Asimov Isaac, "Foundation's Edge", Granada Publishing, 1982.
   [Een Hugo-award winnend science fiction boek. De oorlog tussen de twee foundations lijkt afgelopen. In werkelijkheid blijkt de verslagen tweede foundation nog steeds te bestaan. Er ontwikkelt zich een race naar de mythische planeet Aarde. Uiteindelijk voert deze reis naar de planeet Gaia, waar mens, natuur en abiota in perfecte harmonie samenleven en hun bewustzijn kunnen bundelen om zo enorme paranormale krachten te kunnen gebruiken. Bij Gaia zal besloten moeten worden over het lot van de mensheid.]
   meer info: http://homepage.mac.com/jenkins/Asimov/Books/Book262.html
2. Maxis Inc., "Sim Earth", 1992.
   [In het computerspel sim-earth stuurt de speler de evolutie op een planeet door o.a. kosmische catastrofes, overstromingen en verplaatsing van levensvormen. Het spel lijkt als verborgen agenda de gaiahypothese te bevestigen; het ecosysteem reageert met zelfregulatie bij grote vervuiling (wanneer bijvoorbeeld de mens verschijnt). Leuk spel om eens een gespeeld te hebben, helaas wordt het al snel saai. De opvolger heet sim-life]
   meer info: http://www.infidels.org/~meta/getalife/simreality.html
3. Miyazaki Hayao, "Nausicaä of the valley of the wind", Studio Ghibli, 1984.
   [Een anime van Japans bekendste animator en manga-ka. Het verhaal speelt op een postapocalyptische aarde, waar de beschaving ten onder is gegaan in een grote oorlog. Van de mensheid resten alleen nog wat kleine enclaves. De natuur bestaat uit een dichte jungle vol met voor de mens giftige sporen, planten en insecten. In de loop van het verhaal komt de hoofdpersoon (Nausicaä uit de valei van de wind) er achter dat de jungle de manier is waarop de natuur probeert de door de mens toegebrachte schade te herstellen.]
   meer info: http://www.nausicaa.net/miyazaki/nausicaa/