Als er leven is op Mars zullen de organismen de atmosfeer wel moeten gebruiken als bron van grondstoffen en als plek om afval kwijt te raken – de atmosfeer is immers het enige mobiele medium op Mars. De planeet blijkt dichtbij het chemisch evenwicht te zitten. Dus kan er geen uitbundig leven kan zijn. De Aarde is de planeet om dit aan te toetsen. Want we weten zeker dat er leven is en dat de atmosfeer ver uit het evenwicht is. Vanuit deze invalshoek begon James Lovelock na te denken over het leven op Aarde. We lezen erover in het artikel ‘De Aarde als levend systeem – Gaia in hittestand’ in de rubriek Ontwrichting.

De natuurlijke kans op zo’n gebrek aan evenwicht is astronomisch klein, en dus is er hier iets bijzonders aan de hand. Hij kwam eind jaren ’60 van de vorige eeuw met de Gaia-hypothese, die stelde dat de samenstelling van de atmosfeer op aarde in een dynamische stationaire toestand wordt gehouden door de aanwezigheid van leven. Sterker nog, als organismen de samenstelling van de atmosfeer kunnen beïnvloeden, dan kunnen ze misschien ook het klimaat op aarde reguleren om dat gunstig te laten blijven voor het leven op aarde.

Begin jaren ’70 maakte Lovelock kennis met Lynn Margulis, die het belang liet zien van de micro-organismen in de evolutie van onze planeet. Dat was meteen haar grote bijdrage aan het Gaia-concept. De aardwetenschappen, onder andere in de persoon van James Walker (Yale), verwierp de Gaia-hypothese omdat de geochemie voldoende verklaring zou bieden. Zo kwam Walker met een mechanisme op de proppen waarbij verwering, vulkanen en tektoniek de temperatuur op aarde en een rijk voorkomen van kooldioxide stabiliseerde, en die geochemische verklaring voldeed volgens hem en zijn vakgenoten heel goed. Maar organismen (zoals mossen) reageren ook op een temperatuurstijging, namelijk door sneller te groeien, stelde Lovelock. De planten nemen kooldioxide uit de lucht op en versterken de verwering.

Kooldioxide uit de lucht halen verlaagt dan weer de temperatuur en zo stelt het systeem zich in op een dynamisch evenwicht dat zich beweegt rond de optimale omstandigheden voor plantengroei. In de oceaan gebeurt iets dergelijks. Het hele proces kun je biogeochemische verwering noemen; het is een Gaia-mechanisme. Zie aflevering 4.

Later kwam Lovelock, vanwege de kritiek van Dawkins, erop uit dat alle organismen samen met de lucht, de oceaan, het gesteente aan het aardoppervlak, alles bij elkaar de regulatie voor hun rekening nemen. En nu we het systeem verstoren met onze CO₂-uitstoot doen we juist het experiment waaruit kan blijken dat deze hypothese klopt. Maar dat valt ook al eenvoudig te modelleren met ‘de Madeliefjeswereld’.

Zie madeliefjeswereld en dan verder bij Gaia van hypothese naar theorie en klimaatstanden van Gaia. Zie ook nog computermodellen en Gaia, Gaia en de energie, bossen en het klimaat en onder- en een boven-temperatuur bij organismen.

Zie ook het eerste artikel van ‘Planten en boeren, met hun drang’ in de rubriek Ecologie. Dit behandelt het begrip successie in aflevering 15-29. Successie wordt meestal verhelderd aan de hand van wat er gebeurt met een kaal veld: eerst komen er ‘pionierplanten’ en dan volgen er opeenvolgend allerlei andere categorieën planten. Successie kan overigens ook de andere kant op gaan bij verslechterende omstandigheden.

Arjen Mulder geeft zo’n beschrijving voor ons duinlandschap vanaf de allereerste begroeiing aan de vloedlijn: biestarwegras, helm, enzovoort. (aflevering 15-17). Hij is van de groep ecologen die denkt dat dit een vrij strikte volgorde heeft, een idee dat de meesten losgelaten hebben. (Zie hierover voor Nederland ook bij Ecologische stromingen.) In onze duinen wordt de successie overigens bewust onderbroken om bijzondere soorten te behouden. Bij Mulder creëren soorten milieucondities.

Dit idee wordt weersproken door William Drury, die de nadruk legt op de verscheidenheid die er al is in milieucondities en de wisselingen door klimaat en toeval. Drury haalt eerst de invloed van Aristoteles aan op de ecologische begrippen van de vorige eeuw (aflevering 18), beschrijft de beperktheid van ons waarnemingsvermogen (aflevering 19) en geeft dan het voorbeeld van kwelders om zijn punt te maken (aflevering 20-21). Dan komt de begroeiing van het kale veld nog aan de orde, en daar zie je in de waarnemingen wat je volgens de theorie niet verwacht, zoals meerjarige planten die eenjarige voorafgaan (aflevering 22).

Duncan Brown komt hierover als derde ecoloog aan het woord. Hij heeft veel meer oog voor de systemische en energetische aspecten van successie (aflevering 23-25) en van de rol van de bodem met de ontbinding van dood weefsel tegenover de vorming van levend weefsel door planten. Hij introduceert daarbij de begrippen anabolische en catabolische reacties, waarbij de verhouding tussen de bruto fotosynthese en de bruto ademhaling het stadium van successie weerspiegelt (aflevering 25). Zie ook aflevering 1 van het tweede artikel over landbouw als bifurcatie. In aflevering 26 en 27 komen de biogeochemische cycli aan bod, zoals de stikstof-, de fosfor- en de koolstof/zuurstof/water(stof)kringloop, elk in diverse snelheden. In aflevering 28 en 29 gaat het over de rol van dierlijke uitwerpselen, waarbij wat het dier eet en uitscheidt (in de natuur) aan elkaar gelijk zijn. Het verteringskanaal van een dier werkt wel veel sneller dan welk ander natuurlijk proces ook en het werkt niet op stralingsenergie maar op chemische energie. De (moderne) veehouderij doorbreekt deze cyclus.