GAIA PARTE 4 FINAL

El reflejo de la luz solar por la capa de nieve proporciona un efecto poderoso de realimentación durante el enfriamiento, y un sistema de regulación del clima podría estar basado en la fusión o formación de nieve. Pero no es posible que el punto de fusión de la nieve, que es una característica del hielo como sustancia, pueda trasladarse a una temperatura más idónea de, digamos, 20 °C. Por el contrario, los rasgos operacionales de un organismo siempre se encuentran fijados a niveles favorables.

¿De qué manera los modelos gaianos convencionales difieren de los biogeoquímicos convencionales? El planteamiento de una estrecha colaboración entre la vida y el ambiente en que se produce ¿cambia la naturaleza de todo el sistema? ¿Es la homeostasis una predicción razonable de la teoría de Gaia?

La dificultad de contestar a estas preguntas proviene de la mera complejidad del biota y del medio ambiente, porque ambos se encuentran interconectados de múltiples maneras. Difícilmente encontraremos un sólo aspecto de su interacción que pueda ser descrito de manera razonable por un ecuación matemática. Se necesitaba una simplificación drástica. Luché con el problema de reducir la complejidad de la vida y el medio ambiente a un esquema simple que pudiera iluminar sin distorsionar. El mundo de las margaritas era la respuesta.

Describí este mundo por primera vez en 1982, en una conferencia sobre biomineralización en Amsterdam, y publiqué un trabajo, «The Parable of Daisyworld» [La parábola del mundo de las margaritas] en Tellus, en 1983, junto con mi colega Andrew Watson. Estoy en deuda con Andrew por la manera clara y gráfica de expresarlo en este trabajo mediante términos matemáticos formales.

Dibujemos un planeta de aproximadamente el mismo tamaño que la Tierra, girando sobre su eje y orbitando, a una distancia semejante a la de la Tierra, alrededor de una estrella de la misma masa y luminosidad que el Sol. Este planeta se diferencia de la Tierra en que tiene más área continental y menos océano, pero está bien provisto de agua y las plantas crecerán en cualquier parte de la superficie continental donde el clima sea adecuado.

Este es el planeta del mundo de las margaritas de diferente tono de color: algunas oscuras, algunas claras y algunas de colores neutros. La estrella que calienta e ilumina el mundo de las margaritas comparte con nuestro Sol la propiedad de aumentar su emisión de energía a medida que envejece. Cuando empezó la vida en la Tierra hace unos 3.800 millones de años, el Sol era alrededor de un 30 por ciento menos luminoso que ahora. En unos cuantos miles de millones de años más, será tan terriblemente caliente que toda la vida que conocemos ahora morirá o deberá encontrar otro planeta que le sirva de hogar.

El aumento del brillo del Sol según envejece es una propiedad general no cuestionada de todas las estrellas. La combustión de hidrógeno (su combustible nuclear) da lugar a la acumulación de helio. El helio, en forma de ceniza gaseosa, es más opaco a la energía radiante que el hidrógeno, lo que dificulta la radiación de calor desde el horno nuclear en el centro de la estrella.

Entonces la temperatura central aumenta y ello conlleva un aumento de la velocidad de combustión del hidrógeno hasta que se establece un nuevo balance entre el calor producido en el centro y el calor perdido en la superficie solar. Contrariamente a los fuegos normales, los fuegos nucleares de tamaño estelar queman más vigorosamente cuanto más se acumula la ceniza y algunas veces incluso explotan.

El mundo de las margaritas está simplificado, reducido, por decirlo así, del siguiente modo. El ambiente se circunscribe a una sola variable, temperatura, y el biota a una sola especie, margaritas. Si es demasiado frío, por debajo de 5 °C, las margaritas no crecerán; su temperatura óptima se sitúa alrededor de 20 °C. Si la temperatura sobrepasa los 40 °C será demasiado caliente para las margaritas, y se marchitarán y morirán.

La temperatura media del planeta resulta del sencillo balance entre el calor recibido de la estrella y el calor perdido en las frías profundidades del espacio en forma de radiación infrarroja de onda larga. En la Tierra este balance de calor se complica por el efecto de las nubes y los gases como el dióxido de carbono. La luz solar puede ser reflejada hacia el espacio por las nubes antes de que pueda alcanzar y calentar la superficie.

Por otra parte, la cantidad de calor perdida por la superficie templada puede ser minimizada porque las nubes y las moléculas de dióxido de carbono lo reflejan de nuevo hacia ella misma. Asumimos que el mundo de las margaritas tiene una cantidad constante de dióxido de carbono, la suficiente para que las margaritas crezcan, pero no excesiva como para que interfiera en el clima. De manera semejante no hay nubes durante el día. Para no estropear la sencillez del modelo siempre llueve de noche.

Por tanto, la temperatura media del mundo de las margaritas viene determinada por el grado medio de oscurecimiento del color del planeta, o, tal como lo llaman los astrónomos, por el albedo. Si el planeta tiene una superficie oscura o albedo bajo, absorbe más calor de la luz solar y la superficie se calienta. Si el color es claro, como en la nieve recién caída, entonces el 70 o el 80 por ciento de la luz solar puede ser reflejada de nuevo hacia el espacio. Una superficie clara es fría cuando se la compara con una superficie oscura equivalente sometida a una cantidad equiparable de irradiación solar. Los albedos pueden tener valores entre 0 (totalmente negro) y 1 (totalmente blanco).

Consideramos que el suelo desnudo del mundo de las margaritas presenta habitualmente un albedo de 0,4 de manera que absorbe el 40 por ciento de la luz solar que recibe. Las margaritas comprenden un intervalo de colores desde el oscuro (con un albedo de 0,2) al claro (con un albedo de 0,7).

Imaginemos un momento en el pasado distante del mundo de las margaritas. La estrella que lo calienta era menos luminosa, de manera que sólo en la región ecuatorial la temperatura del suelo desnudo, 5 °C, era suficiente para el crecimiento. Aquí germinarían y florecerían lentamente las semillas de las margaritas.

Supongamos que en la primera cosecha se encontraban especies multicoloreadas, oscuras y claras, en proporciones semejantes. Las margaritas oscuras se verían favorecidas incluso antes de que la estación de crecimiento hubiera acabado. Su mayor absorción de la luz solar en los sitios donde crecían las hubiera calentado por encima de los 5 °C. Las margaritas con colores claros se hubieran encontrado en desventaja. Sus flores blancas hubieran palidecido y muerto porque al reflejar la luz solar se hubieran enfriado por debajo de la temperatura crítica de 5 °C.

En la estación siguiente hubiéramos apreciado un predominio de margaritas oscuras, ya que sus semillas serían más abundantes.

Pronto su presencia calentaría no sólo a las mismas plantas sino que, en la medida que crecieran y se dispersaran por la superficie desnuda, calentarían el suelo y el aire, primero localmente y luego regionalmente. Con este incremento de temperatura, la velocidad de crecimiento, el período de la estación templada, y la difusión de las margaritas oscuras, se produciría una realimentación positiva que daría lugar a una colonización de la mayor parte del planeta por margaritas oscuras. Eventualmente, la extensión de las margaritas oscuras se encontraría limitada por un incremento global de temperatura a niveles por encima del óptimo para el crecimiento.

Ahora, cualquier proliferación adicional de estas margaritas daría lugar a una caída en la producción de semillas. Además, cuando la temperatura global fuese alta, las margaritas claras crecerían y se extenderían en competencia con las oscuras. El crecimiento y extensión de las margaritas blancas estaría entonces favorecido por su capacidad natural para mantener el clima frío.

Cuando la estrella que brilla en el mundo de las margaritas envejece y se hace más caliente, la proporción de margaritas oscuras y claras cambia hasta que finalmente el flujo de calor es tan grande que incluso la cosecha de margaritas más blancas no puede mantener el planeta por debajo del límite superior de 40° para el crecimiento. En este momento el poder de las llores ya no es suficiente. El planeta vuelve a ser yermo de nuevo y tan caliente que ya no hay manera de que puedan florecer nuevas margaritas.

Es fácil construir un modelo numérico del mundo de las margaritas que sea suficientemente sencillo como para trabajar con él en un ordenador personal. Las poblaciones de margaritas son evaluadas mediante ecuaciones diferenciales tomadas de la ecología teórica (Carter y Prince, 1981). La temperatura media del planeta se calcula directamente a partir del balance de calor que recibe desde la estrella y el calor que pierde por radiación a las frías profundidades del espacio.

La figura 2.1 muestra, de acuerdo con los conocimientos convencionales de la física y la biología, además de la geofisiología, la evolución de la temperatura y el crecimiento de las margaritas durante el progresivo incremento del flujo de calor procedente de su estrella.

2.1.

Modelos de evolución del mundo de las margaritas de acuerdo con los conocimientos convencionales (A) y con la geofisiología (B).

Los cuadros superiores ilustran las poblaciones de margaritas en unidades arbitrarias y los inferiores muestran las temperaturas en grados Celsius. De izquierda a derecha, a lo largo del eje horizontal, la luminosidad de la estrella crece desde un 60 a un 140 por ciento respecto a la luminosidad de nuestro Sol. (A) ilustra cómo los físicos y los biólogos en completo aislamiento calculan la evolución de nuestro planeta desde su perspectiva.

De acuerdo con estos conocimientos tradicionales, las margaritas sólo pueden responder adaptándose a los cambios de temperatura. Cuando el planeta esté demasiado caliente para un desarrollo idóneo, morirán. Pero en el universo gaiano (B), el ecosistema puede responder mediante el crecimiento competitivo de margaritas oscuras y claras, y regular la temperatura en un amplio margen de luminosidad. El trazo discontinuo en el cuadro inferior de B muestra cómo aumentaría la temperatura en ausencia de vida en el mundo de las margaritas.

Cuando probé por primera vez el modelo del mundo de las margaritas, quedé sorprendido y encantado de la fuerte regulación de temperatura planetaria que surgía del simple crecimiento competitivo de plantas de colores claros y oscuros. No inventé estos modelos porque pensase que las margaritas, o cualquier otro tipo de plantas coloreadas en tonos claros u oscuros pudieran regular la temperatura de la Tierra cambiando el balance entre el calor recibido por el Sol y el perdido en el espacio. Los diseñé para contestar a las críticas de Ford Doolittle y Richard Dawkins acerca de que Gaia era teleológica.

En el mundo de las margaritas se muestra que a propiedad del medio ambiente global, la temperatura, es regulada de manera efectiva en un intervalo amplio de luminosidad por un biota planetario imaginario, sin necesidad de suponer ninguna capacidad de predicción o planificación. Ello representa una refutación definitiva de la acusación de que 1a hipótesis de Gaia es teleológica, y dicha refutación es, hasta el momento presente, incontrovertible.

Entonces, ¿que es Gaia? Si el mundo real en el que vivimos se autorregula de manera semejante al mundo de las margaritas, y el clima y el ambiente de que disfrutamos y explotamos libremente es la consecuencia de un sistema automático, aunque no intencionado, de statu quo, entonces Gaia es la manifestación mayor de vida.

La estrecha interrelación entre la vida y su medio ambiente, Gaia, incluye:

1. Organismos vivos que crecen vigorosamente, explotando cualquier oportunidad ambiental posible.
    
2. Organismos que están sujetos a las reglas darwinianas de la selección natural: las especies de organismos que dejan más descendientes supervivientes.
    
3. Organismos que afectan a su ambiente físico y químico. Así los animales modifican la atmósfera mientras respiran tomando oxígeno y exhalando dióxido de carbono: Plantas y algas realizan el proceso inverso. Hay muchos otros procesos mediante los cuales los organismos modifican incesantemente el ambiente físico y químico.
    
4. La existencia de limitaciones o ataduras que establecen los límites de la vida. Puede hacer demasiado calor o demasiado frío; entre los dos extremos existe una temperatura adecuadamente templada, el estado óptimo. Puede haber demasiada acidez o demasiada alcalinidad; es preferible la neutralidad. Casi todos los productos químicos tienen un margen de concentración tolerable o necesario para la vida. Para muchos elementos, tales como el iodo, selenio y hierro, demasiado es un veneno, demasiado poco produce inanición. El agua pura no contaminada permitirá el desarrollo de pocas formas de vida, al igual que las salmueras saturadas del Mar Muerto.

Pocos científicos pondrían objeciones a alguna de estas cuatro condiciones, contempladas tanto individualmente como en grupo.

Sin embargo, cuando se toman en conjunto como un grupo de características estrechamente interrelacionadas, parecen proporcionar una receta de un sistema gaiano. El conjunto consiste en una fructífera descripción de modelos de sistemas autorregulados como el mundo de las margaritas. La cuarta condición, que establece los límites físicos y químicos de la vida, es la que encuentro más interesante, inesperada y llena de significado. Basta pensar en la analogía social de la familia o la comunidad que existe con limitaciones firmes, pero razonables, frente a la que tiene límites de comportamiento mal definidos.

Estabilidad y fronteras bien definidas parecen estar asociadas. Los médicos están de acuerdo con que la vida es un sistema abierto.

Sin embargo, como una de aquellas muñecas rusas que contiene una serie de muñecas más y más pequeñas, la vida existe dentro de una serie de límites. El límite exterior es el borde de la atmósfera terrestre con el espacio. Dentro de la frontera planetaria las entidades disminuyen, pero crecen incluso más intensamente cuando la progresión va desde Gaia a los ecosistemas, a las plantas y a los animales, a las células y al ADN.

Entonces la frontera planetaria circunscribe un organismo vivo, Gaia, un sistema constituido por todos los organismos vivos y el medio ambiente. No hay en ningún sitio de la Tierra una distinción clara entre materia viva y no viva. Sólo hay una jerarquía de intensidad desde el medio ambiente «material» de las rocas y de la atmósfera a las células vivas.

Sin embargo, a grandes profundidades debajo de la superficie, los efectos de la presencia de vida se desvanecen. Es posible que el centro de nuestro planeta no haya sido modificado como consecuencia de la vida, pero no sería juicioso darlo por sentado.

Investigando la pregunta «¿Qué es la vida?» hemos hecho algún progreso. Mirando la vida a través del telescopio gaiano la vemos como un fenómeno a escala planetaria durante un lapso de tiempo cosmológico: Gaia, como la manifestación mayor de vida, difiere de otros organismos de la Tierra como tú y yo diferimos de nuestra población de células vivas.

 En algún tiempo de la historia de la Tierra, antes de que existiera la vida, la Tierra sólida, la atmósfera y los océanos todavía estaban evolucionando únicamente con las leyes de la física y la química. Estaban corriendo pendiente abajo hacia el estado estacionario e inerte de un planeta casi en equilibrio. Por un tiempo breve, en su vuelo precipitado entre los intervalos de los estados químicos y físicos, entró en un estado favorable para la vida. En un momento determinado, las células vivas recientemente aparecidas crecieron y su presencia afectó al medio ambiente de la Tierra hasta el punto Se detener la inmersión precipitada hacia el equilibrio.

En este instante, las cosas vivas, las rocas, el aire y los océanos emergieron para formar una entidad nueva, Gaia. Del mismo modo que cuando el espermatozoide se funde con el óvulo se concibe una nueva vida.

La investigación para definir lo que es la vida se puede comparar con el ensamblado de un rompecabezas, un rompecabezas en el que una escena de un paisaje se corta en miles de pequeñas piezas interconectadas y las piezas se revuelven. Se necesita una clasificación para poner las cosas de nuevo juntas. El cielo azul es fácil de separar de la tierra marrón y los árboles verdes.

Las personas expertas en la resolución de rompecabezas saben que una etapa fundamental consiste en encontrar y conectar las piezas que tienen un lado recto correspondiente a los bordes, los límites de la escena. El descubrimiento de que los límites exteriores de la atmósfera son una parte de la vida planetaria ha definido de un modo parecido los bordes del rompecabezas de nuestro dibujo de la vida en la Tierra.

Una vez que el borde está totalmente ensamblado, por lo menos se conoce el tamaño del dibujo y es más fácil la colocación de los grupos interiores. Gaia no es un dibujo estático. Cambia permanentemente, así como la vida y la Tierra evolucionan conjuntamente.

Sin embargo en nuestro breve lapso de vida se mantiene estable el tiempo necesario para que empecemos a entenderla y ver lo hermosa que es.