1960年代初頭、自己組織化システムの概念が浸透し始めた。その頃、大気化学者ジェームズ・ラブロックは、生命システムの組織に関する啓示的な洞察を得て、自己組織化のもっとも驚くべきで美しい表現を形成するモデルを提唱した — 地球全体が生命体であり、自己組織化システムであるという考えである。
ラブロックの大胆な仮説の起源は、NASAの宇宙計画の初期にある。地球が生命体であるという考えは非常に古く、惑星が生命システムであるという推測的理論は何度か形成されていたが、1960年代初頭の宇宙飛行により、人類は初めて外宇宙から地球を実際に見ることができ、それを一体として認識することができた。この地球の認識、すなわち宇宙の深い暗闇の中で浮かぶ青と白の地球儀は、宇宙飛行士たちを深く感動させ、いくつかの宇宙飛行士が以来宣言しているように、地球との関係を永遠に変える深い霊的体験だった。彼らが持ち帰った全地球の壮大な写真は、地球生態学運動の最も強力なシンボルを提供した。
宇宙飛行士が惑星を見てその美しさを垣間見た一方で、地球の環境は外宇宙から科学的機器によっても調査されたし、月や近くの惑星の環境も同様であった。1960年代には、ソビエトとアメリカの宇宙計画が50以上の宇宙探査機を打ち上げたが、そのほとんどは月の探査のためであり、いくつかは金星や火星へと向かった。
当時、NASAは火星での生命の検出用の機器の設計を手伝うために、カリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所にジェームズ・ラブロックを招待した。NASAの計画は、火星に宇宙船を送り、火星の土壌で一連の実験を行いながら着陸地点で生命を探すことだった。ラブロックが機器設計の技術的問題に取り組んでいる間、彼はもっと一般的な質問を自問した：火星の生命形態があったとして、それが地球の生活様式に基づいたテストで自らを明らかにするとどうやって確信できるのか？続く数ヶ月と年月を通じて、この質問は彼に生命の本質とそれがどのように認識されうるかについて深く考えさせた。
この問題を考えるうちに、ラブロックは、すべての生命体がエネルギーと物質を取り込み、廃棄物を排出するという事実が、彼が特定できる生命の最も一般的な特徴であることを発見した。彼は最初、この重要な特徴をエントロピーの観点から数学的に表現できると考えたが、その後、彼の推論は異なる方向に進んだ。ラブロックは、任意の惑星上の生命は、大気と海を原材料と廃棄物の流動媒体として使用するだろうと仮定した。したがって、彼は推測した、惑星の大気の化学組成を分析することによって、何とかして生命の存在を検出できるかもしれない。つまり、火星に生命がある場合、火星の大気は、地球からでも検出可能な特別なガスの組み合わせ、特徴的な「署名」を示すはずである。
これらの推測は、ラブロックと同僚のディアン・ヒッチコックが地球からの観測を使用して火星の大気の体系的な分析を開始し、それを地球の大気の類似の分析と比較したときに劇的に確認された。彼らは、2つの大気の化学組成が著しく異なることを発見した。火星の大気には酸素が非常に少なく、二酸化炭素（CO2）が多くメタンがないのに対し、地球の大気には大量の酸素、ほとんどCO2がなく、多量のメタンが含まれている。
ラブロックは、火星に生命がない惑星では、大気中のガス間のすべての可能な化学反応が長い時間前に完了したために、その特定の大気プロファイルが存在する理由を悟った。今日、火星ではもはや化学反応は可能ではない。火星の大気は完全な化学平衡状態にある。
地球の状況はまったく逆である。地球の大気には、互いに反応する可能性が非常に高い酸素やメタンなどのガスが含まれているが、高い割合で共存しており、化学平衡からはるかに離れたガスの混合物を形成している。ラブロックは、この特殊な状態は地球上の生命の存在によるものであると悟った。植物は絶えず酸素を生産し、他の生物は他のガスを生産するため、大気中のガスは化学反応を受けながら絶えず補充されている。言い換えれば、ラブロックは地球の大気を、エネルギーと物質の絶え間ない流れによって特徴づけられる、平衡から遠い開放系として認識した。彼の化学分析は生命の真の特徴を特定したのである。
この洞察はラブロックにとって非常に重要であったため、彼はその瞬間を正確に覚えている：私にとって、ガイアの個人的な啓示は、まるで啓蒙の閃光のように突然訪れた。それは1965年の秋、カリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所の建物の最上階の小さな部屋でのことだった…そして私は同僚のディアン・ヒッチコックと、私たちが準備している論文について話していた…。その瞬間、私はガイアを垣間見た。畏怖すべき思考が私に訪れた。地球の大気は非常に異常で不安定なガスの混合物だったが、長い期間にわたってその組成が一定であることを私は知っていた。生命が地球の大気を作り出し、それを調節しているのではないか — 生物にとって有利なレベルで、一定の組成を保っているのではないか？
自己調節のプロセスは、ラブロックの考えの鍵である。彼は地球上の生命が始まって以来、太陽の熱が25パーセント増加したことを知っていたが、その増加にもかかわらず、地球の表面温度は生命にとって快適なレベルで一定のままであった。地球が自分の温度を調節できるのではないか、そして他の惑星の条件 — 大気の組成、海の塩分濃度など — も同様に調節できるのではないかと彼は尋ねた。これは、地球を無生物の岩石、海、大気から成る死んだ惑星とみなし、単に生命によって居住されていると見る従来の科学とは根本的に異なる仮説である。ガイア理論を、すべての生命とその環境が密接に結びついて自己調節する実体を形成するという実際のシステムとして考えてみよ。
ちなみに、NASAの宇宙科学者たちは、ラブロックの発見を全く気に入らなかった。彼らはマーズ・バイキングミッションのために印象的な生命探査実験の配列を開発していたが、ラブロックは火星に宇宙船を送って生命を探す必要は本当にないと彼らに伝えた。地球上の望遠鏡を通じて火星の大気のスペクトル分析を行うだけでよいと。予想通り、NASAはラブロックのアドバイスを無視し、バイキングプログラムの開発を続けた。数年後にその宇宙船は火星に着陸し、ラブロックが予言した通り、生命の痕跡は発見されなかった。
1969年、プリンストンでの科学会議で、ラブロックは初めて地球を自己調節システムとしての仮説を発表した。その直後に、ラブロックのアイデアが強力な古代の神話の復興を表していると認識した小説家の友人が、「ガイア仮説」という名前を提案した。これは地球のギリシャの女神に敬意を表している。ラブロックは喜んでこの提案を受け入れ、1972年に「大気を通して見たガイア」というタイトルの論文で彼のアイデアの最初の詳細なバージョンを公開した。
その時点でラブロックは、地球が自分の温度や大気の組成をどのように調節するかについて、それが生物圏の生物を巻き込む自己調節プロセスであることを除いて、ほとんど知らなかった。また、どの生物がどのガスを生産するかも知らなかった。しかし同時に、アメリカの微生物学者リン・マーギュリスは、ラブロックが理解する必要があったまさにそのプロセス — 地球の土壌にいる無数の細菌を含む様々な生物によるガスの生産と除去 — を研究していた。マーギュリスは、「大気中の酸素が…生命から来ることはみんなが同意しているのに、なぜ他の大気ガスが生命から来るとは誰も言わないのか」と繰り返し尋ねた。まもなく彼女の同僚数人が彼女にジェームズ・ラブロックに話をすることを勧め、それは完全な科学的ガイア仮説をもたらす長く実り多い協力関係につながった。
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