A Föld életet hordozó bolygó, létezik rajta az anyag azon szerveződése, amit életnek nevezünk. A Föld jelenleg az egyedüli égitest, amelyrő...
A Föld életet hordozó bolygó, létezik rajta az anyag azon szerveződése, amit életnek nevezünk. A Föld jelenleg az egyedüli égitest, amelyről tudjuk, hogy létezik rajta élet. Mi magunk, az emberiség is része vagyunk a Föld életet hordozó részének, a bioszférának. A bioszféra a Föld felszínének gyakorlatilag a teljes egészére, a felszín jelentős vastagságára kiterjed. A biológiai evolúción alapuló élet - az az életforma, amelyet nem a technikai civilizáció hozott létre - megtalálható mindenhol a Földön, ahol folyadék állapotú víz van jelen.
A Földön létező élet át is alakítja a bolygó felszínét. A bioszféra nélkül bizonyosan teljesen más módon nézne ki a Föld. A Föld folyamatos változásban van az élet jelenlététől eltekintve is, az élet azonban egyedi módon alakítja át a bolygót. A Föld élő bolygó.
Milyen módon alakítja át az élet a bolygót? Milyenné alakítja az élet egy bolygó felszínét? Melyek a jellemzői ennek a folyamatnak?
Az élet a nem egyensúlyi rendszerek sajátossága. Egy olyan égitesten, amelyen a környezet teljes egyensúlyban van, nem létezhet élet. Az élet anyag- és energiaáramlás, az élet a változáson alapszik, strukturális változás pedig csak nem egyensúlyi rendszerekben lehetséges.
Egy nem egyensúlyban lévő rendszer folyamatos energiabevitelt igényel, folyamatos energiabevitel esetén jön létre, folyamatos energia bevitelre épül. Az egyensúlytól eltérő állapot csak folyamatos energiabevitel esetén lehetséges. A nem egyensúlyi állapotot a folyamatosan jelenlévő, szabadon felhasználható energia képes létrehozni, és fenntartani. A Föld esetében ezt a szabadon felhasználható energiát elsősorban a Napnak, másodsorban a Föld belsejének a Föld felszínétől eltérő hőmérséklete, a különbség által létrejött energiagradiens, és energiaáramlás biztosítja.
Az élet a nem egyensúlyban lévő környezet energia áramlását, és az energiaáramlás által létrejött anyag áramlást, azaz a környezet nem egyensúlyi nyomását használja erőforrásnak a kialakulásához és a működéséhez.
Az élet funkcióit a környezet nem egyensúlyi állapota működteti. Az élet számára a hajtóerőt bármilyen, az élet szükségszerű környezeti feltételeit fenntartó nem egyensúlyi állapot képes biztosítani.
Az élet sajátos állapota az anyagnak. Az élet a környezet hatására képes a struktúrájában változni, úgy, hogy a változás közben az anyag fenntartja az élő állapotra jellemző tulajdonságokat. Ezt a változó képességet nevezzük evolúciónak. Az evolúció az élő anyag különböző formáit hozza létre, amely mindegyike a környezetben jelenlévő nem egyensúlyi állapotok által rendelkezésre álló szabad energiát használja fel a működésre. Az evolúció a környezetben jelenlévő különböző nem egyensúlyi állapotokra különböző élő anyagi struktúrákat és az élet különböző működési mechanizmusait hozza létre.
Az élet az élő anyag változatosságát eredményezi, és az élet a működéséhez a változatosság révén különféle nem egyensúlyi nyomást képes felhasználni.
A bolygó életet hordozó részének, a bioszférának a diverzitása alakítja a nem egyensúlyban lévő környezetnek az egyensúly irányába történő törekvését. A változatosságra épült bioszféra - mivel felhasznál mindenfajta nem egyensúlyi nyomást - szükségszerűen negatív visszacsatolási tényező a környezetben, amely együttesen az egyensúlyi állapot felé törekvő folyamatot hoz létre.
Mi történik a bioszférában akkor, ha pozitív visszacsatolási folyamatok lépnek fel? Annak ellenére, hogy a változatosságra épülő bioszféra negatív visszacsatolási tényező, a környezetben kialakulhatnak pozitív visszacsatolási folyamatok, vagy olyan folyamatok, amelyek jelentősen, és az evolúció alkalmazkodási képességénél gyorsabban változtatják meg a bioszférának a kialakult anyag- és energiaáramlási folyamatait. Ezek a változások legtöbbször a környezetben külső behatásra jöhetnek létre, mint például egy elég nagy méretű meteor becsapódásának hatására, vagy például jelentős vulkánkitörések esetén. Ilyen hatások a földi élet során többször előfordultak.
A bioszféra kialakult anyag és energia áramlási folyamatait azonban az élet maga is befolyásolhatja. Az élet maga nem egyensúlyi folyamat, nem egyensúlyi rendszer. Az élet működése során kialakult, a jelenlévő nem egyensúlyi folyamatokhoz az evolúció által alkalmazkodott változatos bioszféra alakítja ki az egyensúlyra törekvést. Az élet által okozott környezeti változás azonban az egyensúlytalanságot felhasználó evolúció sebességnél gyorsabb is lehet.
Ha a bioszféra nem elegendően változatos, akkor a bioszféra és az evolúciós mechanizmusok nem használjak fel a rendelkezésre álló erőforrásokat, egyensúlytalanságot növelő folyamatok alakulhatnak ki. Ilyen eset például a földi élet kezdeti fázisában az élő anyag működése során a légkörben felszaporodó elemi oxigén hatása, vagy ami jelenleg is zajlik a földi bioszférában, a légköri széndioxid növekedése, illetve az emberi faj egyre növekvő hatása a bioszféra anyag- és energiaáramlási folyamataira.
Ezeknek a folyamatoknak az az általános jellemzője, hogy a bioszféra anyag és energia áramlási folyamatai megváltozásai miatt, és a bioszféra negatív visszacsatolási tényezőjének korlátozott működése következtében a környezetben bizonyos anyagok felszaporodnak, mások lecsökkennek, és az egyensúlytalanság növekszik.
A bioszféra stabil struktúrája, amely a kialakult anyag- és energiaáramlási folyamatokra épült a megváltozott környezet következményeként felborul. A felborult bioszférában az élő szervezetek életkörülményei jelentősen változnak, amelyhez a folyamat pozitív visszacsatolása miatt az evolúció nem képes elegendő sebességgel alkalmazkodni. Kihalasok és túlszaporodások következnek be az élővilágban. A bioszféra változatossága csökken, ez által az egyensúlytalanság növekszik. A folyamatnak a lehetséges végeredménye a teljes bioszférára kiterjedő összeomlás.
Azonban, ha a megváltozott állapot még hordozza az élet fennmaradásához szükséges feltételeket, az élet nem szűnik meg.
Az élet a nem egyensúlyi rendszerek sajátossága. Az életet a nem egyensúlyban lévő környezet energia áramlási nyomása működteti. Az életnek az egyensúlytalanság a hajtóereje. Az új környezetben az evolúció által az új alapfeltételekre épülő új struktúrájú egyensúly elérésének irányába törekvő bioszféra alakul ki. A földi élet során erre többször volt már példa. A kihalasi periódusokat mindig az élet változatosságának jelentős növekedése követte, amelyben új típusú fajok, illetve már létező fajok új dominanciája alakul ki.
A bioszféra összeomlásai, a globális kihalások az új fajok kialakulásának katalizátorai, az élet új útjai kialakulásának előfeltétele. A dinoszauruszok kora, az emlősök kora is így jött létre, és minden bizonnyal az emberi faj is hasonló feltételek és körülmények között alakult ki.
Jelenleg pozitív visszacsatolási folyamatok zajlanak a környezetben. A széndioxid növekedése a légkörben pozitív visszacsatolási tényező, amely olyan folyamatokat segít, amelyek növelik a széndioxid termelődését. A légkörben lévő széndioxid okozta üvegházhatás növekszik, az éghajlat gyorsuló ütemben változik. A gyors éghajlatváltozás miatt a természetes táplálékláncok összeomlanak.
A széndioxid felszaporodását a légkörben emberi tevékenység indította el, és az ember folyamatosan hozzájárul a növekedéshez. Az emberiség növekvő egyedszáma az emberi tevékenység és az emberi élettér növekedésével is jár. A jelenlegi földi bioszféra domináns faja az ember, amely jelenleg már olyan mértékben hat a bioszférára, a bioszféra anyag és energia áramlási folyamataira, hogy ezek a változások fajok kihalasat eredményezi.
Fajok kihalása, a bioszféra változatosságának csökkenése pozitív visszacsatolási tényező a bioszféra anyag- és energiaáramlási rendszerében. A jelenlegi földi bioszféra összeomlásának gyorsuló folyamata zajlik.
Érdekessége ennek a folyamatnak, hogy az összeomlást az emberi faj generálja, az emberi faj azonban a túlélője lehet ennek az összeomlásának. Az intelligenciája révén az emberi fajnak már nem a biológiai evolúció, hanem a technikai evolúció az alkalmazkodási mechanizmusa a változó környezethez. Az összeomló bioszféra jelentős stresszt okoz az emberi faj számára is, azonban az ember az intelligenciája révén képes a közvetlen környezetét úgy alakítani, hogy az életfeltételei megmaradjanak.
Ha az emberi faj fennmarad, továbbra is a technikai evolúció útján halad tovább, de az emberi viselkedés minden bizonnyal nem fog megváltozni. Az ember az intelligenciája révén alkalmazkodhat a megváltozott környezethez, esetleg mesterségesen beavatkozva csökkentheti a természetben zajló pozitív visszacsatolási folyamatokat, de újból és újból újakat fog létrehozni. A biológiai evolúció által kifejlődött, a biológiai evolúcióhoz szükséges tulajdonságokat, ösztönöket hordozó, de a technikai evolúcióban elő faj szükségszerűen lerombolja a természetes, a természet által létrehozott életterét, a bioszférát.
Talán ez az az összefüggés, amiből következik, hogy még nem találtuk meg más intelligens civilizáció nyomát a világűrben.
A jelenlegi pozitív visszacsatolások miatt a fennálló földi bioszféra - ha az ember tudatosan és globálisan nem avatkozik be, de erre kicsi a lehetőség, kevés az idő, és a szándék és a képesség is korlátozott - szükségszerűen összeomlik, ami az egyensúlytalanság növekedését eredményezi.
Az élet erőforrása azonban az egyensúlytól távoli állapot. Ha az élet fennmaradásának körülményei megmaradnak, az élet folytatódik. Mi, az emberi faj éppen most teremtjük meg az új bioszféra alapjait. Mivel a technikai evolúció nagyságrendekkel gyorsabb a biológiai evolúciónál, a bioszféra regenerálódásara nincs lehetőség mindaddig, amíg a biológiai evolúcióval kifejlődött faj a bioszférát használja az élettérnek.
Az élet az evolúció által az energetikailag aktív, változó, nem egyensúlyi környezetben kialakítja a változatosságot, létrehozza a bioszféra struktúráját. Ez az életre, mint rendszerre jellemző folyamat. Ez az élő bolygó.
Hol keressünk élő bolygót?
Az élet energiafelhasználásra épülő anyagi rendszer. A természetes evolúció alapú élet nem egyensúlyi kémiai (molekulák közötti anyag és energia áramlási) rendszer. Az élő anyagi rendszer összetevői folyamatos átalakulásban vannak.
(Lehet csupán energia alapú, anyagi változás nélküli természetes eredetű élet? Nem, mert az evolúció információ tárolást és felhasználást igénylő mechanizmus. Információ tárolás csak anyagi rendszerekben lehetséges.)
Az élet természetes kialakulásának jól meghatározható körülményei vannak. A kémiai reakciók megfelelően aktív lezajlása szükségszerűen folyadék állapotú közeget igényel, ahol a reakció résztvevői megfelelő sebességgel tudnak mozogni, és elegendő koncentrációban tudnak jelen lenni, hogy az élő anyag struktúrái spontán módon kialakulhassanak.
A hőmérséklet jelentősen befolyásolja a kémiai reakciók sebességét. A hőmérsékletnek elegendően magasnak kell lennie ahhoz, hogy az élet összetett kémiai reakciói megfelelő sebességgel haladjanak, de elegendően alacsonynak is, hogy a keletkezett, az életfolyamatokhoz szükséges bonyolult molekulák, és a molekulákból létrejövő struktúrák ne essenek szét.
A természetes módon funkcionáló biológiai élet kémiai reakcióihoz szükséges folyékony közeg, és a megfelelő hőmérsékleti tartomány szigorú környezeti követelményeket támaszt.
A folyékony víz - ahogy a földi élet esetén láthatjuk is - alkalmas közeget biztosít, és megfelelő hőmérsékletet is igényel az élet kémiai reakcióinak lezajlásához. A víz különösen alkalmas anyag, mert a folyadék állapota a víz molekula polaritása miatt különösen széles hőmérsékleti tartományban fennmarad. Egy űrben létező objektum nagy hőmérséklet ingadozásnak lehet kiteve. A víz széles hőmérsékleti tartományban, de a kémiai reakciók megfelelő sebességéhez szükséges hőmérsékleten képes folyékony állapotban lenni.
Ahol folyékony víz van jelen, ott alkalmas a környezet az élet természetes biológiai kialakulására. A vízzel összehasonlítva kevésbé megfelelő, de még alkalmas anyag lehet az ammónia, és a szénhidrogén vegyületek is.
A megfelelő hőmérsékletű folyékony közeg szükséges, de nem elégséges feltétele a biológiai életnek. Szükséges mennyiségű, és változatos formájú kémiai összetevőnek kell még jelen lennie az élet kialakulásához és fennmaradásához. A természetes biológiai élet a Földön számos elemet alkalmaz az élő struktúrák kialakításához. Mivel az élő struktúra változatos molekulákat igényel, ez a feltétel minden fajta biológiai alapú élethez szükségesnek látszó feltétel. Az élet olyan égitesten alakulhat ki, ahol sokféle kémiai elem nagy változatosságban van jelen.
Az élet nem egyensúlyi állapotra épülő, külső energiát felhasználó folyamat. A folyamat jellemzője, hogy aktív, reakcióképes, a környezet állandó változására épülő folyamatokat igényel. Az élethez energiaáramlás, a környezetben lévő energiagradiens szükséges. Minél aktívabb a környezet az élet fenntartásához szükséges határértékek között, annál alkalmasabb az élet hordozására.
A Föld esetében az aktív környezetet a Nap energia közvetítésén túl számos speciális tényező biztosította, mint például a Hold jelenléte okozta vízszint mozgások, a Föld tengelyének ferdesége okozta éghajlati változások, a légkör mozgása miatti hullámzás, a Föld belső melegének kiáramlása stb.
Az aktív környezetet biztosítja a jelen lévő reakcióképes kémiai összetevők is. Ilyen környezet a tenger fenekén lévő meleg víz kiáramlások környéke például.
Azonban az élet az evolúció által létre hozhatja önmaga számára is a kémiailag aktív, reakcióképes környezetet. A földi élet esetében ennek a folyamatnak az eredménye az oxigén tartalmú légkör.
Az energia gradiens szükséges feltétel az élethez, az energia gradiens nagysága és változásának sebessége segítője az élet folyamatainak.
A biológiai élet kémiai reakciókon alapuló evolúciós folyamat útján alkalmazkodik a változó környezethez, és létrehozza a bioszférát. A kémiai reakciók sebessége az adott környezetben meghatározza az élet folyamatainak sebességét, és az evolúció sebességét is. Az evolúción alapuló bioszféra kialakulása az élet folyamataival arányos sebességű, de rendszerszinten komplex, és ezért lassú folyamat. A bioszféra kialakulásához és fennmaradásához az élethez szükséges minimális feltételeknek hosszú ideig fenn kell maradniuk. A Föld különösen alkalmas környezet az élethez, mert képes geológiai időskálán fenntartani az energia gradienst az élethez szükséges környezeti határértékek között.
Fel lehet ismerni kívülről, távolról vizsgálva az élő bolygót?
Az élet nem egyensúlyi folyamat, az élet eredménye a környezeti egyensúlytalanság növekedése. Az élet evolúciója által létrejött változatos bioszféra negatív visszacsatolási tényező, amely az egyensúlytalanságot csökkenti. Az élet azonban energia gradienst, egyensúlytalanságot igényel. Az életet hordozó bioszféra tehát egy egyensúlyi folyamat a nem energetikai minimumnál, negatív visszacsatolás egy instabil egyensúlyi helyzet körül. Az élet által kialakult bioszféra ezért érzékeny stabilitású rendszer.
Hol érdemes természetes módon, tehát kémia reakciókon kialakult, biológiai evolúció által fejlődő életet keresni a világűrben? Ott, ahol folyékony közeg van jelen alkalmas hőmérsékleten a kémiai változatosságot biztosító kőzetek társaságában hosszú ideig energetikailag aktív környezetben. Ez a kémiai reakciókra épülő élet kialakulásának szükséges feltétele. A légkör a távolról felfedezhető szárazföldi életet teszi lehetővé.
Az élet kialakulásához idő szükséges. Csak ott létezhet élet, ahol az alkalmas körülmények a kémiai reakciók sebességével arányosan hosszú ideig fennállnak. A földi élet azért alakulhatott ki gyorsan, mert az akkori környezet, a közeg, a kémiai anyagok koncentrációja és a hőmérséklet kedvezett a gyors kémiai reakcióknak, és az összetett kémiai vegyületek kialakulásának.
Az élet kialakulásának elégséges feltétele, ha a szükséges feltételek hosszú ideig fennállnak. Az idő létrehozza az életet, ott, ahol az lehetséges. Kívülről, egy idő pillanatban megfigyelve a rendszert azonban nem tudhatjuk, hogy mennyi ideje állnak fenn az élethez szükséges feltételek, ezért a szükséges feltételek jelenléte nem szükségszerűen jelent élet jelenlétét.
Hogyan ismerhető fel az élet egy égitesten távoli megfigyelés által?
A fentebb megállapított szempontok alapján erős indikációja lehet az élet jelenlétének, ha a távolról is megfigyelhető légkörben, vagy a felszínen kémiailag aktív, reakcióképes összetevőket látunk. Az élet mivel nem egyensúlyi folyamat önmaga alkalmas arra, hogy létrehozza a kémiai energia gradienst a környezetében.
Kémiai energia gradienst geológiai folyamatok is létrehozhatják. Az életet hordozó környezetben azonban a kémiai energia gradiens időbeli változásának jellemző, az életet nem hordozó környezettől eltérő alakja van. Hosszú időtartamon létező élet létre hozza a változatosságot, a bioszférát. A bioszféra egyensúlyra törekvő folyamat, az élet azonban önmagában nem egyensúlyi rendszer.
Az élet a bioszféra negatív visszacsatolása miatt hosszú ideig fennálló, változó időskálán is működő ciklikus jelenségeket mutató folyamat. Amikor az élet feltételei kedvezőek, az élő anyag mennyisége növekszik, ha kedvezőtlenek a feltételek, akkor csökken. Ennek a folyamatnak a fennmaradási időskálája hosszú és a ciklusa nem rögzített.
Az élő anyag által létrehozott stabil bioszféra jelenlétére utaló jel lehet a nem geológiai időskálán történő aperiodikus oszcilláció egy energetikailag instabil egyensúlyi helyzet körül. Ha egy élet hordozására alkalmas égitesten nem geológiai időskálán aperiodikus oszcillációját mérjük bármilyen (nem korlátozva csak a földi élet által használt) kémiailag aktív (az élet fennmaradásához szükséges hőmérsékleti tartományban reakcióképes) összetevőnek, az erős indikációja lehet a bioszféra jelenlétének.
Egy távoli égitest geológiai (a felszín átalakulásának nem az élő anyag által okozta) változási sebessége nehezen meghatározható, de ha a földi geológiai változások sebességnél lényegesen gyorsabb, az a biológiai (kémiai reakciók által létre hozott struktúrákra épülő) élet hordozására is alkalmatlanná teszi az égitestet.
A Föld esetében ez a jól megfigyelhető aktív kémiai összetevő az elemi oxigén a légkörben. A földi bioszféra jelenlétének meghatározó jele az elemi oxigén koncentrációjának nem geológiai időskálán történő aperiodikus, és globális (az egész égitestre kiterjedő) oszcillációja. Ilyen jellegű változások távolról is megfigyelhetőek.
Olyan földitől eltérő életforma is lehetséges, ahol nem az elemi oxigén, hanem valamilyen más anyag az aktív kémiai összetevő, azonban a fentebb megfogalmazott általános elvek minden bizonnyal minden biológiai életformára érvényesek.
A technikai evolúció által fejlődő, intelligens élet feltételei és jelei alapvetően eltérnek a biológiai evolúciótól. Egy technikai civilizáció a kommunikációra épül, a jellemző fenntartó és működtető mechanizmusa az információ áramlás, amelynek távolról történő felismerése más, a biológiai életnél alkalmazható elvektől eltérő módszereket igényel.
Nincsenek megjegyzések