กายา...แม่ธรณีที่มีชีวิต

ทฤษฎีกายา โลกมีชีวิตในตัวเอง

การค้นพบทางวิทยาศาสตร์อีกชิ้นหนึ่งที่นำมาซึ่งความมหัศจรรย์ใจในความสามารถในการดูแลควบคุมตัวเองได้ของโลก คือทฤษฎีกายา (Gaia Theory)

ในช่วงปีพ.ศ. 2503-12 (1960s)มีการส่งยานอวกาศขึ้นไปสู่นอกโลก เป็นครั้งแรกของมนุษยชาติที่ได้มีโอกาสเห็นภาพอันสวยงามของโลกที่ตัวเองอาศัยอยู่ โลกที่ให้กำเนิดชีวิตทั้งมวล นักบินอวกาศหลายคนยอมรับว่าการที่ได้ขึ้นไปเห็นภาพของดาวเคราะห์ที่มีสีสันในโทนน้ำเงินขาว ล่องลอยอยู่ในอวกาศอันมืดมิดและกว้างใหญ่ไพศาลนั้น เปรียบได้กับประสบการณ์ทางจิตวิญญาณเลยทีเดียว เพราะมีผลให้เปลี่ยนทัศนคติและความสัมพันธ์ของตนที่มีต่อโลกไม่มากก็น้อย ในช่วงเดียวกันนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการศึกษาองค์ประกอบทางกายภาพของโลกในด้านต่างๆ เพื่อทำความเข้าใจกลไกการทำงานของดาวโลก และดาวอื่นๆในระยะข้างเคียง ได้แก่ ดวงจันทร์ ดาวศุกร์และดาวอังคาร

ในช่วงเวลานั้นเอง องค์การนาซ่าได้เชิญนักวิทยาศาสตร์คนหนึ่ง ผู้มีความเชี่ยวชาญเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศโลก คือ เจมส์ เลิฟลอค (James Lovelock)ในการออกแบบอุปกรณ์ตรวจค้นชีวิตบนดาวอังคาร ตามแผนการส่งยานอวกาศไปเก็บตัวอย่างดินจากดาวอังคารมาวิเคราะห์และศึกษาต่อไป

จากการศึกษาธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เลิฟลอคค้นพบว่า คุณสมบัติที่ชีวิตทั้งหลายมีร่วมกันคือ การรับพลังงานและสสาร และถ่ายเทของเสียออก เขาตั้งสมมติฐานว่าในดาวเคราะห์ที่มีสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตในดาวเคราะห์นั้นจะต้องมีการนำเอาสสารและพลังงานจากชั้นบรรกาศและมหาสมุทรไปใช้ในเพื่อการดำรงอยู่และผลิตของเสีย ดังนั้น หากดาวอังคารมีสิ่งมีชิวิตอยู่จริง ก็ต้องสามารถตรวจจับองค์ประกอบก๊าซที่สามารถเป็นตัวบ่งชี้ได้ วิธีการนี้สามารถกระทำได้บนโลกและไม่ต้องลงทุนส่งยานอวกาศเดินทางไปสำรวจถึงดาวอังคาร

หลังจากทำการทดลอง และเปรียบเทียบข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศ ระหว่างโลกกับดาวอังคารดูแล้ว เห็นว่ามีความต่างกันโดยสิ้นเชิง ดาวอังคารนั้นมีปริมาณก๊าซออกซิเจนน้อยมาก มีปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูง และไม่มีก๊าซมีเทนเลย ส่วนในชั้นบรรยากาศโลกนั้นประกอบด้วยก๊าซออกซิเจนจำนวนมาก แทบจะไม่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เลย และมีก๊าซมีเทนอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้เลิฟลอคสรุปว่า ในดาวอังคารนั้น เนื่องจาก ไม่มีสิ่งมีชีวิตมีส่วนร่วมอยู่เลย ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างสารเคมีต่างๆได้ดำเนินมาจนสิ้นสุด และกลายเป็นสภาพเสถียรและสมดุลมานานแล้ว ซึ่งตรงข้ามกับโลกโดยสิ้นเชิง เพราะในชั้นบรรยากาศของโลกนั้นเต็มไปด้วยก๊าซออกซิเจนและมีเทนที่มีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยาทางเคมีอย่างต่อเนื่อง เป็นสภาวะที่ไกลจากสมดุลทางเคมีมาก นอกจากนั้น สิ่งมีชีวิตบนโลกได้ดูดซับเอาก๊าซเหล่านี้ไปใช้ตลอดเวลา พืชและต้นไม้ผลิตก๊าซออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง สิ่งมีชีวิตอื่นๆก็ผลิตก๊าซชนิดอื่น ชั้นบรรยากาศโลกจึงเป็นระบบเปิดที่มีการถ่ายเทแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานกับระบบอื่นตลอดเวลา ทำให้มีสภาวะของความเคลื่อนไหวและห่างไกลจากจุดสมดุลทางเคมี แต่มีองค์ประกอบทางเคมีค่อนข้างคงที่แน่นอน

การค้นพบในครั้งนี้นำมาซึ่งความมหัศจรรย์ใจคล้ายประสบการณ์ของการรู้แจ้งเลยทีเดียว และทำให้เขาตั้งข้อสังเกตว่า สิ่งมีชีวิตบนโลกไม่เพียงแต่ทำหน้าที่ผลิตก๊าซต่างๆอย่างเดียว แต่ยังทำหน้าที่กำหนดควบคุมปริมาณก๊าซต่างๆให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม ที่เอื้อต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเองด้วย เพราะข้อมูลทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ยืนยันว่า อุณหภูมิของโลกสูงขึ้น 25 นับตั้งแต่สิ่งมีชีวิตได้อุบัติขึ้นในโลก และอยู่ในระดับที่คงที่มาตลอดระยะเวลาสี่พันล้านปีมาแล้ว ซึ่งทำให้เขาตั้งคำถามว่า โลกสามารถควบคุมลักษณะทางกายภาพต่างๆของตัวเอง เช่น อุณหภูมิ ระดับความเข้มข้นของเกลือในมหาสมุทร เพื่อให้เหมาะกับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตต่างๆได้หรือไม่ เพราะนั่นจะหมายความว่า โลกจะมีระบบการควบคุมตัวเองเหมือนกับระบบชีวิตอื่นๆ เลิฟลอครู้ว่าสมมติฐานนี้กำลังจะพลิกผันความเข้าใจเดิมของวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลกเลยทีเดียว

ทัศนะเดิมมองโลกว่า ประกอบไปด้วยลักษณะทางกายภาพที่ไร้ชีวิต เช่น หิน ทราย ก๊าซต่างๆ น้ำ ซึ่งมีฐานะเป็นเพียงแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ต่างกับทฤษฎีกายาที่มองโลกแบบองค์รวมและเห็นว่า สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกันและกัน และเป็นส่วนที่ก่อให้เกิดระบบกลไกการควบคุมตัวเอง (Self-regulating system)

ตอนนั้นนักวิทยาศาสตร์ขององค์การนาซ่าไม่ยอมรับและไม่ชอบการค้นพบของเลิฟลอคเลยทีเดียว ยังดึงดันที่จะส่งกระสวยอวกาศไปสำรวจดาวอังคาร ถึงแม้เลิฟลอคจะบอกว่าไม่มีความจำเป็น เพราะสามารถกระทำได้โดยการใช้กล้องส่องทางไกลคุณภาพสูง เพื่อวิเคราะห์เสป๊คตรัมของชั้นบรรยากาศบนดาวอังคาร เป็นสิ่งที่ทำได้จากพื้นดิน และในที่สุดนาซ่าก็ส่งยานอวกาศไปถึงดาวอังคารและค้นพบเพียงร่องรอยของความว่างเปล่า ปราศจากสิ่งมีชีวิตตามที่เลิฟลอคคาดการณ์ไว้

ในปี พ.ศ. 2512 เลิฟลอคได้นำเสนอการค้นพบดังกล่าวในการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่ปริ้นซตั้น หลังจากนั้นก็มีนักเขียนวรรณกรรมคนหนึ่งที่เห็นว่าสิ่งที่เลิฟลอคนำเสนอนั้น ตรงกับความเชื่อโบราณของกรีก เกี่ยวกับพระนางกายา(เทียบได้กับพระแม่ธรณี) และเสนอให้เลิฟลอคใช้ชื่อ กายา เพื่อเป็นเกียรติแก่เธอ เลิฟลอครับเอาชื่อนี้มาด้วยความยินดี และในปี พ.ศ. 2515 เขาได้เขียนและตีพิมพ์หนังสือชื่อ “มองกายาผ่านชั้นบรรยากาศ”

แม้กระนั้น เลิฟลอคก็ยังไม่สามารถไขปริศนาของกระบวนการควบคุมองค์ประกอบและระดับปริมาณของสารเคมีในชั้นบรรยากาศโดยสิ่งมีชีวิต รู้แต่เพียงว่าต้องมีความเกี่ยวพันเชื่อมโยงกันไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และก็ไม่รู้ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายผลิตก๊าซอะไรออกมากันบ้าง ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกันนั้น ลินน์ มาร์กุลิส (Lynn Margulis) นักจุลชีววิทยากำลังศึกษาสิ่งที่เลิฟลอคต้องการรู้อยู่พอดี นั่นคือ การผลิตและดูดซับก๊าซต่างๆโดยสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย รวมทั้งแบคทีเรียในดินที่มีจำนวนมากมายมหาศาล นับเป็นการพบกันที่ลงตัวของความรู้ ทั้งสองแลกเปลี่ยนสิ่งที่ตัวเองค้นพบ เลิฟลอคอธิบายเกี่ยวกับหลักการทางเคมี หลักการเทอร์โมไดนามิกส์ และไซเบอร์เนติกส์ (ระบบควบคุมตัวเองอัตโนมัติ) ส่วนมาร์กุลิสก็อธิบายถึงก๊าซของชั้นบรรยากาศที่เกิดจากระบบสิ่งมีชีวิต ในที่สุดทั้งสองก็ได้ประมวลความรู้ทั้งหมด และอธิบายระบบควบคุมตัวเองของโลก ดังนี้

กระบวนการควบคุมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นตัวอย่างที่เห็นได้ชัด นับตั้งแต่การกระทุขึ้นของภูเขาไฟต่างๆบนโลก มีผลให้บรรยากาศโลกมีปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นและอยู่ในระดับสูงอยู่เป็นเวลาหลายล้านปี เนื่องจากก๊าซนี้ทำให้เกิดสภาวะเรือนกระจก และจะทำให้โลกร้อนขึ้น กายาจึงต้องสร้างกลไกในการลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้อยู่ในสภาวะที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิต พืชและสัตว์ดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิเจนผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง หายใจและกระบวนการผุพังเน่าเปื่อย อย่างไรก็ตาม การแลกเปลี่ยนดังกล่าวมักมีปริมาณเท่าๆกันและสมดุล ไม่ส่งผลต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินที่อยู่ในบรรยากาศได้ ตามทฤษฎีกายา กระบวนการที่เป็นปัจจัยทำให้เกิดวงจรป้อนกลับ (feedback loop) ในระดับใหญ่เพื่อลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินคือ กระบวนการผุกร่อนของหิน

ในกระบวนการผุกร่อนของหินนั้น หินและน้ำฝนจะทำปฏิกิริยากับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เกิดเป็นสารเคมีองค์ประกอบต่างๆที่เรียกว่า คาร์บอเนท นั่นหมายความว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถูกดูดออกจากชั้นบรรยากาศมาอยู่ในรูปของเหลว กระบวนการนี้ยังไม่มีสิ่งมีชีวิตเกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตาม เลิฟลอคและคณะได้ค้นพบแบคทีเรียในดินทำหน้าที่เป็นตัวเร่งให้กระบวนผุกร่อนของหินทางเคมีนั้นมีอัตราเร็วขึ้น

หลังจากนั้นคาร์บอเนตก็ถูกชะไหลลงสู่ทะเล ที่มีอัลจี(algae) หรือพืชทะเลจำพวกเห็ดราซึ่งมีขนาดเล็กจนมองไม่เห็นอยู่เป็นจำนวนมาก พืชทะเลเหล่านี้จะทำการดูดสารคาร์บอเนตไปใช้ในการสร้างเปลือกชอล์ค(สีขาว)ในรูปเบบอันวิจิตร ตอนนี้คาร์บอนไดออกไซด์ในถูกแปรสภาพไปอยู่ในเปลือกหุ้มของพืชทะเลจิ๋วเหล่านี้ นอกจากนั้นพืชทะเลเหล่านี้ยังดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศเหนือทะเลโดยตรงอีกด้วย
พออัลจีตาย ก็จะจมดิ่งและสะสมอยู่ใต้ท้องทะเลและมหาสมุทร ทับถมเป็นตะกอนหินปูน จนกระทั่งมีน้ำหนักมากพอที่จะจมลงไปถึงขั้วโลก และถูกหลอมละลายอีกครั้งหนึ่ง และบางทีก็ส่งผลให้เกิดการไหวตัวของแผ่นดิน และปะทุให้มีการระเบิดของภูเขาไฟอีกครั้ง

จะเห็นว่าวงจรป้อนกลับทั้งหมด นับตั้งแต่ภูเขาไฟ การผุกร่อนทางเคมีของหิน แบคทีเรียในดิน อีลจีหรือพืชทะเล ตะกอนหินปูน กลับไปยังภูเขาไฟนี้เป็นวงจรป้อนกลับที่ใหญ่พอที่สามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิของโลกได้ ในกรณีที่ดวงอาทิตย์แผ่รังสีร้อนขึ้นและมีผลทำให้โลกร้อนขึ้น แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินจะถูกกระตุ้น และส่งผลให้เกิดกระบวนการผุกร่อนทางเคมีของหินและดึงเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ จนทำให้โลกมีอุณหภูมิเย็นลง เมื่อเป็นเช่นนี้สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม(ที่ไร้ชีวิต)จึงเป็นส่วนเดียวกันในการดำรงอยู่ อากาศและหินจึงไม่ได้อยู่ในฐานะที่เป็นเพียง “สิ่งแวดล้อม” ที่แวดล้อมชีวิตอีกต่อไป แต่เป็นส่วนหนึ่งของชีวิตทั้งหมด เช่นเดียวกับที่หลอดเลือดในร่างกายเราเป็นส่วนหนึ่งของชีวิต มิได้เป็นเพียงสิ่งแวดล้อมของหัวใจ สิ่งมีชีวิตทั้งหลายในโลกก็ไม่ได้มีฐานะเป็นเพียงผู้มาเยือน หรือผู้มาอยู่อาศัยชั่วคราว ด้วยความบังเอิญที่โลกมีสภาวะที่เอื้อต่อชีวิตตามทัศคติเดิมเท่านั้น หากมีส่วนในการควบคุมและกำหนดสภาวะเงื่อนไขทางกายภาพให้เหมาะสมการดำรงอยู่ของชีวิตเองด้วย

ถึงแม้ว่าความคิดในเรื่องของกายาจะเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในหมู่นักสิ่งแวดล้อม และเหล่าศาสนิกที่ยังเชื่อในความมีตัวตนของจิตวิญญาณใหญ่ที่ปกครองและบำรุงเลี้ยงโลกอยู่ ลินน์ มาร์กูลิสเตือนว่าการใช้บุคลาธิฐานที่ยังมองเห็นโลกเป็นตัวเป็นตนนั้นไม่สอดคล้องกับสิ่งที่เธอและเลิฟลอคพยายามนำเสนอ เนื่องจาก กายา ไม่ใช่”สิ่ง”มีชีวิต เพราะไม่ได้กิน หรือสังเคราะห์แสง หรือถ่ายของเสีย แต่เป็น “ระบบ” ที่มีชีวิต ที่รับเอาสสารและพลังงานทั้งหลายมาใช้ใหม่ หากนิยามของการมีชีวิตคือความสามารถในการผลิตใหม่ซึ่งหน่วยชีวิต (reproducibility) และการเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการคัดสรรตามธรรมชาติ (natural selection)[1] ความเป็นกายาเป็นลักษณะที่โผล่ปรากฏตามเหตุปัจจัยทางนิเวศวิทยาของชั้นบรรยากาศโลก ชีวภูมิศาสตร์ กายวิภาค และกระบวนลูกโซ่แห่งปฏิสัมพันธ์อันหลากหลายและซับซ้อนในหมู่สิ่งมีชีวิต ๑๐ ล้านสปีชี่ เธอกล่าวว่ามนุษย์ไม่มีอำนาจพอที่จะทำลายกระบวนการนี้ได้แม้จะใช้ระเบิดนิวเคลียร์สักกี่ลูก แต่มนุษย์สังหารเผ่าพันธุ์ตนเองให้สูญสิ้นได้ด้วยความไม่รู้และความอหังการ์ของตัวเอง และหากมนุษย์สูญพันธุ์ไปจริงๆ หรือหากมนุษย์ตัดป่าเขตร้อน และทำลายระบบนิเวศน์ลงเสียหมดจริงๆ กายา ในฐานะกระบวนการจัดการตัวเองก็จะยังคงดำเนินต่อไป

[1] Lynn Margulis, The Symbiotic Planet: A New Look at Evolution. Great Britain: The Guernsey Press, 1998.