质疑盖娅假说９——何以环境多变而生命持存？
九、 何以环境多变而生命持存
从某个角度看，生命在这么长的时间里持续存在确确实是一个谜题。但换另一个角度看，这又没有什么令人惊讶的。本章就提供“另一个角度”。
大气中的二氧化碳含量极易发生大的起伏，所以从理论上说，地球完全有可能在较短的地质时间内从极冷切换到极热（两者都极可能使生命彻底灭绝）。所以生命在这么长的时间里从未彻底灭绝，似乎是个低概率事件。
那么，稳定机制是什么？盖娅说这就是生命自身在使环境宜居。不过还有一种观点叫“人择原理”：因为我们现在存在，所以生命必定持续存在到现在，所以从来没有发生过致使生命灭绝的气候起伏。
9.1 居住时间和稳定性
为了说清楚二氧化碳的起伏有多么容易，我们先要引入两个概念：“库容大小”和“停留时间”，看它们的如何密切相关。
9.1.1 很长的停留时间
有的“水库”具有很长的停留时间，它们在相关方面可以抵抗快速的变化。比如海洋在温度方面具有抵抗快速变化的能力。水的热容是4焦耳/立方厘米·开，相比空气只有0.001焦耳/立方厘米·开。要让水升高一摄氏度，注入的热量要比同体积的空气高三个数量级，海洋的热容自然就比大气的热容高1000倍，这种大的热容会让二氧化碳起伏引起的温度变化出现滞后。比如，如果人类现在停止排放温室气体，海洋还是会让地球保持暖化状态几十年。现在温室气体产生的额外热量，80%都用来加热海洋了。
大气中的氧气不发生快速起伏，也是大的“库容”所致。目前大气中有3.7×10^19mol的氧气，每年会消耗其万分之二用于生物呼吸、火山喷出的还原性气体氧化、生物释放的甲烷氧化、地表的还原性岩石氧化。但氧气耗尽的危险没有那么紧迫，即使植物全部死光，也得花4000年时间才能全部耗光氧气。
所以一些大库容的东西，几千年甚至几百万年都保持稳定，一点也不令人惊讶。
9.1.2 短的停留时间
像河流水位这样的东西就只有短的停留时间，因为其“库容”不足够大。相比于氧气，大气中的二氧化碳也是“库容”不足够大，彻底耗尽二氧化碳的时间比彻底耗尽氧气的时间短1000倍。
虽然在实际世界里，二氧化碳和氧气的停留时间都比上述理想情况下计算出的结果要长，但总体倾向就是，大气中的二氧化碳比大气中的氧气更容易发生剧烈波动。
前面说过新仙女木事件，在该事件开始和结束之际的两个几年时间内，格陵兰气温就变化了10度。虽然当时的二氧化碳含量明显起伏，但也起伏不到这么快。现在认为，该事件中的降温是由北大西洋洋流变化引起的，是局部现象，不是全球现象。
9.2 全球气候有守护者吗？
罗伯特·博纳和肯·卡尔戴拉认为必定存在负反馈机制调节大气二氧化碳水平。海洋和大气中的总二氧化碳的停留时间约为400 000年（比理论计算出的大气二氧化碳停留时间4年长得多），若二氧化碳消耗量超出弥补量3倍，也要160万年才能消耗完，不过这也意味着仅在过去的1000万年里，有6次彻底耗尽二氧化碳的机会。但是二氧化碳在过去6亿年里都没有濒于耗尽（这段时间内没有雪球地球发生），伯纳和卡尔戴拉认为必然有某种机制在二氧化碳过低或过多时启动，阻止其极端过低或极端过高。这两位作者不仅认为存在这种负反馈机制，而且还认为必然存在这种机制，以至于每次出现偏离过大时，该机制都必然起作用。
由于二氧化碳的库容并不大。所以二氧化碳的稳定要么是运气使然，要么是机制使然，这两位作者认为是机制使然。
9.3 万一就靠运气呢？——人择原理
关于地球的长期宜居性，还有另一个完全不同的观点。这个观点称为“弱人择原理”。
9.3.1 弱人择原理
有的事实在逻辑上就是不可观察的：我们观察不到导致我们从来不曾存在的因素。比如，“我爷爷婴儿时期时候就被曰本人杀害了”，你就知道要么这个男婴根本不是你爷爷，要么这部电影……。
这就是弱人择原理：我们在宇宙里观察到的条件，必定是允许观察者存在的条件。这个原理叙述起来简单，但它能演绎出的结论却非常的多。比如，“地球近期生命完全灭绝了”就是不可能观察到的事实。
我们提出盖娅假说的能力，我们思考“我们为什么存在”的能力，都取决于智能生物已经进化出来了。而进化出复杂的、有理性思维能力的生物，需要长期的一步一步的进化积累，这只有在行星连续不断保持宜居性的情况下才有可能。所以，在宜居性问题上，我们不是“旁”观者，我们观察到的东西，是“我们存在”这个事实的已经决定好了的。
这样一来，即使地球的长期连续宜居性非常稀有，也不是什么奇怪的事。因为最“稀松平常”的情形不会产生智能生物，所以我们从逻辑上就只能看到这个不稀松平常的结果。
9.3.2 盲眼骑车人和其他“自我选择”性的样本
可以用一个盲眼骑车人的故事来诠释弱人择原理。假如起初有10000个骑车人，都带着眼罩，在高峰时段穿行在路上，组织者在发令时说“不要怕，没事的”。最后，有一人到达了终点，组织者说：“你看我说了没事的吧。”假如这个人根本不知道其他9999人在路上都被碾死的事实，她很有可能会承认“高峰时段盲眼骑车穿行马路是很容易的事”。
这里的关键在于，我们不知道有多少事例半途失败甚至从一开始就失败。我们没有一个“公正无偏”的资料库来得出公正无偏结论。这有点像历史，胜利的征服者书写他们的胜利史，而失败者根本没有机会写史。
9.3.3 家谱、运气和健康
我们每个人自己存在，就已经是弱人择原理的鲜活例证了。我们回望我们的直系祖先，会发现他们竟然每一代人都活到了成年并且生了孩子，竟然没有一个直系祖先早早夭折，也没有一个直系祖先终身未育。可是在自然界，对于任何一个物种，绝大多数个体都是活不到繁殖年龄的。这和上一个事实矛盾吗？
这样的话，我们的直系祖先的每代人居然都是能活到成年的极少数幸运者，这个概率可以说趋于零，我们每个人都是概率趋于零的产物。
这里有一个“两种概率观”的问题。我们有未发生事件发生的概率，我们还有已发生事件发生的概率。如果我们在一切尚未开始时，估算未来某一代的某个人存在的概率，我们自然会得出其存在概率极小的结论。但如果我们在这一系列事件发生之后，再去看这些已经发生的事情发生的概率，我们只能说，这些事情的概率全是100 %。
对于一颗行星而言也是如此，我们地球长期适居的概率，已经是100 %了。
9.3.4 关于人择原理的弱点
对弱人择原理有几项批评。
一是命名失当。“人”其实是泛指任何观察者，应该称作“观察者选择效应”。
二是批评弱人择原理被用来支持“智能设计论”。比如斯蒂芬·J.·古尔德就是这样批评的。但是古尔德的批评并不适当，它们完全是两回事。
三是对强人择原理的批评搬到了弱人择原理上边。
四是批评弱人择原理不具有可检验性。的确，把一件事情的发生仅仅归因于运气而非具体某个机制，虽然也可以完全符合事实，但确实阻塞了检验的可能性。不过，我们也可以反过来质疑：难以检验与正确性之间有什么联系。不能产生可检验手段的预言，并不能排出其正确性，因为对于一些事情，运气就是唯一正确解释。
9.4 检验人择原理的前景，特别是涉及地球持续宜居性
对地球的宜居性运用人择原理，其可检验程度要高于在其他现象上运用人择原理。因为我们有一些别的行星可做对比，我们也有较详细的地质史记录。
9.4.1 对太阳系外行星的遥测
对于“一朝宜居，就永久宜居”是否成立的问题，最好的方法是比较一下别的可能在某时段内孕育生命的行星，这样就能积累起关于生物持续存在时间的较大样本。然而在可预见的未来，要去亲自访问系外行星还做不到的。
现在，我们已能在地球上遥测到地球般大小的系外行星的存在。也许在不远的未来，我们可以得到地球般大小的系外行星的光谱，我们可以推断出上面是否有氧气等关键气体存在。若收集到到足够多行星的这种信息，对宜居性的人择原理解释就可以得到检验了。
比如，如果大量地球般的行星都在其恒星的宜居带内，而它们中的很大一部分都有充足的氧气（并且不是由水的光降解和氢气散逸而带来的），那么宜居性就很有可能不是人择原理的原因了。鉴于自氧气在地球上出现以来，花了20亿年时间才达到今天的水平，如果发现某行星有充足氧气，则可表明生物在上面持续存在了很长时间。反过来，如果大量的地球般的行星都没有充足氧气的迹象，则人择原理就是地球宜居性的恰当解释。
9.4.2 火星
即使在太阳系内，我们其实也有一个可供比较的对象——火星。研究已经表明火星曾经是有水的，如果我们还能证明火星曾经有生命，而不像今天这样荒凉贫瘠，那么我们就可以对地球生命是平凡还是非凡，宇宙里会不会“失败的地球”做出一个更准确的判断。
9.4.3 地球自身的历史
尽管我们没有足够供比较样本，但地球自身的历史可以给我们一些线索。究竟是运气让地球保持长期宜居，还是有某种机制在主动稳定地球环境？这两者的区别将会使地球发展史看起来大不相同。
虽然我们只有最近2亿年的详细记录（这是最古老的洋底地壳的年龄），不过更早的记录已能表明地球在7亿年前至5.8亿年前之间经历过严厉的冰期（雪球地球），寒冷程度几近地球宜居性的下限，只是最近5.4亿年来没有出现几乎灭绝整个生命界的寒冷。更早之前的大氧化事件也是差点灭绝全部生物。
至于我们是否曾经也经历过过度温室效应，以至于几近灭绝全体生命，我们也还不知道。因为过热的证据不容易留在岩石上，这和冰冻不一样。总之，当前关于气候发展史的证据还不足以确定是不是有机制在主动稳定地球气候，但起码雪球地球事件是稳定机制的不利证据。
9.5 宇宙尺度与巧合
假如宇宙足够大，那么出现巧合的事情就不是匪夷所思的了。过去我们认为可见宇宙就是整个宇宙，根据这个宇宙规模，我们估计宇宙中的行星数为10^22个。
但根据我们现在新的认识，可见宇宙也只是宇宙的一部分。在此之外不可见，是因为星光在137亿年时间内都还未到达地球。而且，可见宇宙还相当的同质化，从宇宙边缘到我们星系，都没显示出“本该有”的物质分布梯度。
如果宇宙是无穷大是可能的，那么宇宙中的行星数一定在10^22至∞之间。
这样一来，某一颗行星侥幸几十亿年都具有宜居性，不是一件匪夷所思的事情。
9.6 我们应该生活在哪类行星上？
地球的宜居性，并非完全靠负反馈机制来维持，和完全靠运气来维持这两者二选一。也可能是部分依赖于负反馈机制，部份依赖于运气。
安迪·沃森提出了一个“幸运盖娅”的人择原理版本，说在大量的行星中，只有少数行星幸运地具有积极维持生命持续存在的机制，从而在这些行星上进化出了智能生物，然后智能生物当然只能看到自己的行星有盖娅。这就有点像乱撒种子，有的种子落在土壤，有的落在柏油路上，有的落在鸟嘴旁边。最后只有落在土壤里的种子长成了植物。
沃森的观点就算再有道理，我们也不是必须得接受盖娅。动物有很好的生理调节稳定机制，这是长期进化的结果。但行星不是那种达尔文主义进化的产物，盖娅这种很强大的调节机制，从生命诞生之初就能让生命宜居，这怎么产生出来？
不过，一些不完美的调节机制也还是有可能偶然产生。
9.7 总结上面的论点
关于地球的长期宜居性，有两种完全不同的解释，一种是有某种调节机制，二是纯粹靠运气，当然也有可能是机制和运气的结合。争论围绕两大事实，一是生命的长期存在，而且从未中断过哪怕一次，这是整个争论的源头；二是地球环境和气候都高度易变。正是第二个事实不利于“存在很好的调节机制”的说法。所以即使有机制，它也是高度不完美的。当然，不完美的调节机制可以将生命持续存在的机会从“极小”提升到“很小”，运气占的比例仍然是很重的。
9.8 我们如何理解硅酸盐风化
硅酸盐风化对于地球气候顶多也只具有不完美的稳定功能。否则雪球地球事件为何会出现？
9.9 如何理解地球系统历史
总之不要总去想地球存在稳定温度的调节机制。相反，我们应该认为地球是运气与不完美调节机制的大杂烩。
从数量上估计，宇宙里的行星数量众多，其中恰好有一些有生命，有一颗行星上的生命还几十亿年不中断，也不是什么不可思议的事情。实际上我们完全可以设想，还有更多产生了生命的行星，只不过生命只延续了一段时间就灭绝了，没有机会进化出高等生命。
如果我们思考人择原理，那么地球就是殊异的，不仅产生生命是殊异的，而且还长期维持生命不中断也是殊异的。
9.10 结论
本章回顾了好几个不同的领域，甚至考虑了盖娅之外的一些东西，地球建立起现在的这种宜居性已经超过了20亿年，生命在这20亿年的时间里从未间断。鉴于许多偶然因素都足以让生命轻而易举灭绝，所以有人会认为必定有像盖娅这样的强有力的稳定机制，否则凭什么极低概率事件就发生在我们头上。
但是如果考虑人择原理，就有了其他结论。也许确实就是运气。也许宇宙里有一大堆诞生过生命的行星，但是在几乎所有这样的行星上，生命早早就灭绝了。这才是生命在宇宙中存在的普通状态。
如果盖娅存在，地球会具有长期宜居性。但是地球环境变动的历史，尤其是雪球地球事件，是不利于盖娅之类的稳定机制的强有力证据.
