地球自我调节理论，简称Gaia假说，事实上已有25年历史了。与它有过密切工作关系的人认为这是一门科学，并在模式和证据出现后获得了可喜进展。但这些仍属少数，多数科学家或者把Gaia仅仅看作某种隐喻，或者甚至把它斥责为反科学。本文主要评论有关Gala的历史、证据、批评和争论，及其目前的立足之地，

开 端

这种思想历史可追溯到60年代中期，那是在加利福尼亚喷气式推进器实验室，国家宇航局请我协助研究，寻找火星生命迹象。1965年我提出一些试验，其中之一是对行星进行整体观察，而不仅仅在着陆点进行局部观察。该试验是直接分析行星大气的化学组成。如果无生命，那么行星大气必然取决于物理和化学，并趋向化学平衡状态。如果有生命，那么生物就会利用大气作为物质来源和废物仓库，从而改变其化学组成，以显示生命存在的方式偏离平衡。

当时我和希契考克（Hitchcock）合作，根据红外线天文学测定火星大气，并与地球大气进行比较。结果出现很大差异，火星大气以CO₂为主，趋于化学平衡，而地球大气化学极不平衡，CO₂只是痕H气体。大量氧气、乙烷及其它反应气体同时存在，这在无生命行星上是不可能的；地球上丰富的氮素和水也是地质化学难以解释的。火星和金星大气都没有这些变化，因此'我们只能做出这样的结论，火星可能无生命。

那第一次观测到的蓝白斑斓的地球，空间景象，不可逆转地改变了人们对地球的感情。这种大气化学在科学意义上对我来说就是地球的象征。它作为一种气体混合物，就像内燃机的进气歧管中氧与可燃性气体混合，这与CO₂为主的火星金星大气迥然不同。同时我们认识到大气的化学组成是长期稳定的，1965年的一天下午，考虑到这些事实，产生了新的想法，即这样的稳定性需要有一种活跃的调节系统。

那时我除了知道地球表面生物是它的一个组成部分以外，缺乏对该系统性质的任何概念。我从天文物理学家那里了解到星球的热量输出随着年龄增长而增加；太阳在其有生以来发光度已增长25%；我想在相当长时间中气候也会受到积极的调节。一种调节系统，涉及整个行星及其表面上的生命，开始在我的脑海中形成概念。大约在60年代末，我与邻居小说家高尔丁（Golding）讨论这一想法，他提出用Gaia作为唯一适合于这个强大实体的名称，我接受了这一提法，从此Gaia成了该理论的缩写。

1972年我第一次正式提出Gaia作为一个调节系统的概念，后来不久开始与马格利斯（Margulis）合作研究。我们对Gaia假说的初次语言表达是“生命，或生物圈，以最有利于自身的方式，调节或维持气候和大气组成。”到1973年我们又在发表的论文中进一步修订提出，“生物圈作为适应的调节系统能够自动维持地球平衡状态这一概念，我们称Gaia假说。”

目的论

我和马格利斯都不曾提出什么目的论假说。我们的文章从未有过行星有目的的自我调节或有关生物区系预见性或计划性想法的阐述。的确我们早期关于Gaia的表述是不确切的，容易受到人们的误解，但这并不说明那些把Gaia假说归属目的论的固执甚至武断的批评有道理。有时批评表现对控制理论循环逻辑的无知。

作为一个发明者，我知道想象、构造而后化为一个自我调节装置进行运转是容易的事。我也知道要用语言表达或分析数学解析有多么困难。在许多方面Gaia就像某种发明，难以描述。最近我能做到的是把Gaia称作一种进化系统的理论，该系统由地球生物及其物质环境构成，两方面密切结合，不可分离。这个进化理论把气候和化学组成的自我调节看作系统的应变特性，该应变性是完全自动的，并不求助于目的论。Gaia作为一个系统，在长期的自动平衡期间逐渐进化，并随生物和环境的偶然突变而间断。这些变化使系统发展到新的自动平衡状态：其中有一重大飞跃发生在25亿年前厌氧生物的太古界到富氧的元古界之间。Gaia理论认为进化是渐进的和间断的，解决了进化到底是渐进的还是间断的这一长期争论。

这并非新均进化理论。詹姆斯 · 哈顿（James Hutton）l788年已有感触，他把地球看成适用生理学研究的超级生物。生物进化离不开物理环境。Gaia理论与达尔文的伟大发现并无矛盾；它把自然选择导致的生物进化，作为行星自我调节的一个本质部分。

关于Gaia和达尔文主义的许多混淆是由于适应概念的误用。我的同事华生（Watson）在1989年12月的林奈学会上简明阐述了Gaia假说与达尔文主义在生物和物理环境联结紧密性上的区别。生物对环境有深刻影响现已成为一般常识；同样，生物受环境影响并适应于环境也已流行整个世纪。因此正如华生指出的，生命和环境是相互联结的反馈系统，一要素的变化将影响其它要素，这又会反过来反馈于原先的变化_实际上争论的问题在于这种联系的重要程度和紧密程度。这不就赋予系统新的性质，如系统稳定性增强，或具有类似于生命机体的行为特征？

整体主义

Gaia假说坚持认为，生物与环境的联系是如此强烈，以致能够对地球及其它有生命行星的生物 - 环境系统的进化方式产生巨大影响。因此我们只有把它看作整个系统，才能真正了解地球。

Gak基本上像生命机体一样，是开放的但有界限的系统。界限的一边是空间，Gaia通过空间进行辐射交流；另一边是地奔岩石基础，在此与地幔进行大量的物质交流。Gaia的废料是进入空间的低能红外线和进入地幔的岩石。大气的极不平衡是该系统熵下降的一种尺度。我想詹姆斯 · 哈顿称地球为超级生物并认为可以从生理学方面来研究是有道理的。

1982年道津斯（Dawkins）进行了强烈批评，认为不存在全球范围的由自然选择导致利他主义的进化方式。我的回答是雏菊世界的数量模式，该模式是关于一个简单的行星，面临不断增强的太阳能辐射，而保持其气候的稳定。模式是通过描述深色和浅色的两种雏菊的空间竞争来制作的。地球反射力与雏菊的进化紧密相联，而雏菊的进化与气候演变关系密切。

—些比雏菊世界更复杂的模式已经产生，如通过细菌生态系统同时对气候和化学进行自我调节的模式。这些新的Gaia模式是普遍适用的，不限于某特殊学科，它们可以同时包括许多物种或生态系统，根据生物与物质环境的调节作用。种群生物学家长期以来都未能够同时对两个以上物种进行模式制作。生物地质化学家的箱状模式也是不可靠的，它对初始条件的选择过于敏感。这些模式家由于未能在相互作用上包容生物区系或物质环境而阻碍了自己的工作进展。

有些地质化学家从来就是Gaia的反对者，他们的批评可以理解，他们认为用Gaia来解释地球实际上没有必要。但这些科学家正准备让Gaia作为一种理论留待继续验证，并饶有兴趣地把它当作新试验的思想来源。气候学家史克莱德（Schneider）为了表示鼓励和宽宏大量，1988年组织了一次美国地质物理联合会议，单独讨论Gaia。会议内容在史克莱德《全球变暖》—书中做了叙述。这次会议标志目的论错误指责的结束。有关Gaia的大量论文在各种杂志上出现是这次会议价值的最好说明o Gaia使长期气候历史的解释成为可能，这可以证明它作为一种理论的价值。对早期太阳辐射不强问题的一般理解是，大约在36~40亿年以前，由于大气CO₂作为温室覆盖层，使地球足以温暖到有利于生命的形成。但这只说明开始，对整个历史时期地球气候稳定性仍然未有满意的解释。

地质生理学

地质生理学（Geophysiology）是我自己杜撰的新词，我认为它有助于解释上述问题。一个太古界模式表明，当时生态系统中有一对共生生物，即光合物和厌氧空物，在与物理和化学环境密切联系中进化。该模式系统能够维持气候和大气组成以适应于太古界的生命。光合生物通过转移CO₂和增强风化而造成冷却作用。厌氧生物通过形成温室气体CH₄而起温暖作用。再加上另一个生态要素（消费者），太古界模式就发展到元古界，这时仍不失其自我调节机能。这些模式是可靠的，与初始条件的选择无关，对扰乱有抗御能力。从Gaia角度可以深刻意识到，行星上的生命不能过于稀少，生命稀少的行星是不能自我调节的。陆地行星的地质物理和地质化学是不断演化的，并将趋向某种状态，如现在的火星和金星。在这个变化发展过程中将有二个时期条件对生命有利。为了生存，生命必须大量存在，足以影响地质化学进化，并与地质化学进化相联结；仅仅适应是不够的。如果生命失败，行星条件将不断朝无机化方向发展，直到生命不能存在为止。

从Gaia理论还认识到，生物区系不断从空气中转移CO₂，近期的冷凉气候是由于这种生物泵的作用；从这一角度考虑目前间冰期的回暖也许暗示生物区系不足或效率不高。Gaia理论还认识到另一种可能的气候调节系统，即全球海洋的二甲硫释放，这是在寻找生物化学起源因子的过程中发现的。这个化学物质与自然界硫的循环有关，就像CO₂和CH₄的温室作用一样，可能是一重要的气候调节因素。

对北半球人类来说，冰川形成是一种灾难，但从行星的角度则可能是有利的，因为有些地方生命更加旺盛。如果这样看，那么目前间冰期表现为行星的发烧，是一种病态。根据这一思路，温室气体污染和自然生境广泛破坏对已削弱的系统将造成进一步损害。有人警告，地质物理过程本身就可能导致“温室剧变”。Gaia作为一个积极的调节系统，可以加快或强化这种剧变。系统的某种反应起先可能掩盖温室变暖趋向，如云量的增加。这时我们可能自以为得意，或声称温室效应被夸张了。只有到了系统彻底削弱，灾变性气候出现时才大吃一惊。

可验证性

Gaia理论是可以验证的。至今所进行的有关验证列于上表。那么为什么Gaia还不能得到广泛接受呢？主要原因可能是科学的自然间隔（intertia），也就是说对大规模理论的消化是十分缓慢的。如地球板块构造学说经过40年才被接受。对于Gaia学说，我想还有另一个理由。

Gaia是在地球科学上正常发展的，早晚要经过验证做出肯定或否定的回答。但有些生物学家在尚未找到证据之前就对Gaia概念进行大肆攻击。生物学家中甚至我的朋友当我谈到Gaia作为一种有机体时也变得忧虑不安。然而我这样做仅仅是某种传统的继续，这个传统至少可回顾到莱拉多 · 达芬奇和詹姆斯 · 哈顿。生物学家反对19世纪的这个传统，因为他们主体思想是简化论。也许是由于长期与活力论者、万物有灵论者以及宗教的基要主义者不断斗争的结果，生物学似乎被束缚于狭窄的几乎是清教徒式的简化论中。据说在斗争中往往真理最先倒霉。我想当科学与粗暴的教条或非科学不幸遭遇时，就会丧失客观性，而本身发展成教条。生物学家在批评中似乎把Gaia看成对他们的创始者，神圣的新达尔文主义的又一威胁。简化论在神化分子生物学成就之后，无人否认它的威力。但简化论者在他们教条的论战中，已使整体主义成为低劣的术语；而现在的控制论、Gaia和系统分析却归入“新时期”的哲学和有机食物范畴。毫不奇怪，绿色植物更欢迎Gaia而不是生物学。

拒绝对系统的整体观察将造成重大失策。整体主义是补充而不是排斥简化。现在一个工程师在对一台运转的计算机进行整体检测之前将它解剖成各硬件组分还有什么可怕的呢？没有整体观念，生理学、工程学以及Gaia就会完全失去力量。

对Gaia的批评最难接受和最卑劣的是认为概念中没有什么新的东西，都是以往说过的。说最难接受，因为Gaia有许多真理；说最卑劣，因为正如威廉 · 詹姆斯所说，关于任何新思想的命运，“起初它是荒谬的，然后也许是，到了最后我们早已知道。”大部分生物学家和许多地质化学家不了解控制论的细节，这是工程师和生理学家的领域。他们仅仅说它可由很久以前的自然平衡来解释，这是不够的。如果是，那么要解释过去36亿年时间为什么大气氧浓度大致保持21%和气候保持对生命有利的原因就不难了。在Gaia理论问世之前，这样的问题很少提及，或者就像问解剖学家或生物化学家人体温度是如何调节的一样没有意义。关于系统的这些问题不能从孤立的学科，生物化学或生物地质化学得到答案，也不能从新达尔文主义生物学得到解答。答案来自生理学或控制论。

那么批评Gaia支持反科学又是什么呢？的确，Gaia作为一个名词或一种符号，已大为引申，超出我的意图。当符号学者安得逊（Anderson）多年前提出它时，“Gaia只是一种空洞的符号，具有近乎无限容量的词义。”我看着它迅速充实，并且大部分是用垃圾充实的，就像伦敦街头停放的垃圾斗。确实这不过是任何新符号的命运，与的科学性质无丝毫关系。我已提出“地质生理学”作为替代名称，但至今很少人接受。

[Nature，1990年3月8日]

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* 本文作者拉弗罗克现任英国雷丁大学控制论学系的访问教授，是Gaia理论的创始人。