盖娅假说
当生命最初在地球上涌现之际，无生命的自然和有生命的物种越来越频繁地相互影响着。最早研究二者之间互动的先驱是20世纪早期俄罗斯科学家弗拉迪米尔·伊万诺维奇·沃尔纳德斯基（Vladimir Ivanovich Vernadsky，1863—1945），他详细阐述了“生物圈”（biosphere）的观念，而创造这一词汇的是奥地利地质学家爱德华·苏斯（Eduard Suess，1831—1914）。但直到20世纪80年代起，才真正有生物学家和地质学家开始系统研究这一思想。在自然科学里，这一研究思路被称为“地球系统”（System Earth）。[15]
早期生命对地表和大气层的影响相当有限。但随着生命的进化，其影响越发强劲。这种影响呈波浪式演进。第一波可能发生在20亿年前，当时的大气层出现了生命体制造出的最早的游离氧。第二波约发生在5.4亿年以前，那时各种复杂的生命体开始爆发。第三波大约发生在4亿年前，复杂生命体开始向陆地转移。从此以后，整个地球表面的地质过程均受到来自生命体的影响。例如，生命体会“吃掉”岩石，以把它们侵蚀掉，或通过微生物垫（microbial mats）的形式使土壤保持疏松。以上只是生命体影响地表的少数几个例证。也许颇令人惊奇，生命体甚至还影响到了板块构造过程。地表水也许就是由于生命体的作用附着在地表的，而水的存在为板块漂移起到了润滑剂的作用，因此板块构造才有可能实现。相比之下，地球的内部深层一直是无生命的世界，其形成过程从未受到来自生命的影响。
20世纪80年代，英国科学家詹姆斯·洛夫洛克（James Lovelock，1919— ）在反思上述效应的时候，曾提出一个颇为极端的说法，即生命体不但影响了地表，而且还在全球范围内创造并维持着自身赖以生存的金凤花条件。其中最值得关注的一点，是生命体制造了一个温度调节体系，使得对生命至关重要的液态水在地表存在了30多亿年，虽然同期来自太阳的辐射热提高了25%。洛夫洛克把生命体创造并维持自身生存条件的思想称为“盖娅假说”。盖娅是古希腊神话中大地女神的名字。
欲评估生命体对地表水体有贡献这一假说，我们有必要先弄清科学家们是如何解释地表长时期暴露在宇宙各种影响之下而能蓄积大量海水的。首先，地球与太阳之间的距离可谓恰到好处。若地球与中央恒星的距离再近一些，那全部的海水早就蒸发到太空里面了。地球的大小也刚好适中，就是说地球有足够的引力吸附地表水。
水分子之所以能够在大气中循环是因为水蒸发的缘故。水分子上升到大气层，便会在光照的作用下分解为其原本的化学元素氢和氧。其中氧较重，所以要么留在大气层，要么滞留在地球的表面，而氢则肯定会遁入太空，因为氢太轻，所以地球的引力不足以吸附氢。若大气层中只有少量的游离氧或根本没有游离氧，那上述过程依然会畅行无阻。不过，在地球表面所有可用的物质——大部分是铁——与游离氧结合后，氧开始在大气中大量出现。一旦发生这种情况，游离氧将再次通过形成水分子捕获大部分游离氢，从而减缓氢的损失。随着时间的推移，这一过程将有助于保持地球上的水，同时也有助于大气中氧的产生。
此外还有另外一个过程。这一过程确有生命体从中斡旋，从而创造出富含氧气的大气层，有助于在氢原子逃逸到太空之前将其捕获。有些形式的生命体学会了借助阳光将二氧化碳分子分裂，并将产生的碳原子与水结合起来，从而形成了各种各样的有机分子，其中的一部分被埋藏在地壳中，剩余的氧气作为废物被排放出来。就像在阳光的作用下水分子分解产生氧气一样，由生命体制造的氧气在地表物质氧饱和后开始在大气中积聚。
上述两个过程均导致大气层中游离氧的涌现。但迄今，我们还不清楚究竟哪个过程的贡献更大一些，是阳光分离水分子的过程，还是生命体借助阳光和水分解二氧化碳的过程。但无论如何，所有科学家都认同：自20亿年起，生命体为创造富含氧气的大气层做出了重大贡献，且正因如此，很有助于保持地表水分。此外，大量彗星陆续降落到地球上可能也增加了不少水量，因此也弥补了氢逃逸太空造成的损失。
以上多个机制说明了地球上为何会有水存在，但却不能说明为何水呈液态而不是冻结成冰或变成气体。诚如洛夫洛克所指出，这一问题非常紧迫，因为在过去的45亿年间，太阳辐射增强了25%左右的量，而同期尽管有沉浮起落，地表温度整体却呈下降的趋势。根据洛夫洛克假说，其原因正在于生命体改变了地表的状况，而这种改变造成了整体的降温，首先是通过大量减少早期大气中的二氧化碳浓度。此举降低了二氧化碳造成的温室效应，所以哪怕太阳的辐射量增加也无力阻止整个地球变凉的趋势。其次，生命体的存在还有可能造成云量增加和雨量充沛，二者均有助于全球温度趋降。[16]
但若说生命体为自身的利益计有意在地表创造了金凤花条件则显得不是很可信，因为所有这些不同形式的生命体如何会借助所谓达尔文主义的进化过程齐心协力地创造出一个全球体系呢？更何况达尔文主义的进化原理只对个体产生作用。在笔者看来，这一问题的答案其实非常简单。上述过程之所以发生是非随机消除原理发生作用的结果，凡破坏掉自身金凤花条件的物种均被非随机消除。换言之，那些把自己身居其中的生态位弄得不再适合居住的物种就自动地灭绝了。同理，凡是把自身生活条件加以改善或至少保持足够舒适的物种都存活了下来。当然，某个物质改善了自身的生存条件，其他物种的生活条件就会因之退化。如果这种改变对改变者本身也造成了负面影响，那做出改变的物种也会被消除掉。但如果不是这样，那改变本身则会自动进入一个正反馈机制，因而创造出对所有物种都有利的金凤花条件。
目前，我们有证据说明反馈机制能够创造或维持多个物种的金凤花条件，而不限于某个具体的物种。比如2006年，俄罗斯科学家阿娜斯塔西娅·玛卡丽耶娃和维克多·戈尔什科夫（Victor Gorshkov）提出了所谓生物泵理论（biotic pump theory），其中心思想是：天然林会蒸发大量的水，随后在森林上空凝结、变薄；由此产生的低气压会从海洋“吸入”大量的暖湿气流从而制造出亟需的降雨。这样，森林就显示出创造或维持自身金凤花条件的能力。还有一个例证。俄罗斯古生物学家亚历山大·马尔科夫（Alexander Markow）2009年提出，多样化的生态系统更有可能包含寿命更长的生物种属。较大的生物多样性更容易造成稳定的生态系统，从而为长期生存提供更好的条件。只要没有新的有机体出现并在短时期内嗜食掉生物多样性，这种方法就起作用了。
假如洛夫洛克的盖娅假说正确无误，那么盖娅的建设一定是一种反复试误的动态过程，且只要地球上有生命存在就会一直持续下去。因此，毫不奇怪，美国生物学家戴维·劳普（David Raup）强调指出，今天有超过全部物种的99%都已灭绝。这一切之所以会发生，是因为所有这些物种都无法在不断变化的环境中生存下来。[17]可以肯定的是，五次大规模的物种灭绝也消灭了大量物种。不过，从长远来看，伴随着沉浮起落，这一过程必然也催生了一大批在短时间内不破坏自身生存条件的有机体，甚至还可能改善生存条件。这一大批维护金凤花条件的物种当然也不是永远稳定。拥有强大创新能力的新物种可能会不断破坏这种平衡，并因此造成新的灭绝。
这样看来，具备所谓自我调节能力的“盖娅”实为达尔文进化的必然结果。生命体会在自身细胞内部创造金凤花条件，而“盖娅”则在全球范围制造同样的效应，二者之间具有惊人的相似之处，而这一点绝非偶然。这很有可能是所有成功地长期生存下来的物种内置的一种心向，即必须创造有利自身长期生存的金凤花条件。所有这一切不得不令人疑惑：现今的人类究竟在对地球做些什么？洛夫洛克的重大关切之一正是这一点，这一点儿不让人感到惊讶。[18]本书行将结束时我们还会谈到这一点。
生命体的行为虽然舒缓但却矢志不移，这在很大程度上深刻地改变了地球表面多个地质过程，而强大的地质力量当然也深刻影响了生物进化和人类史。比如，板块构造过程造就了洋流的变化，而后又影响到全球气候。造山运动导致陆地上的地理差异愈发复杂多样，而这促进了更大规模的生物多样性，改变了刮风和降雨的格局，因而制造出各式各样的小气候（microclimates）。板块构造的断裂带往往蕴藏有稀有矿物质，通过板块构造被带到地表。毫无疑问，这种稀有资源——尤其是金银——的分布不均，对人类历史产生了决定性的影响。
