Les êtres vivants améliorent-ils en leur faveur les conditions environnementales à la surface de la Terre ? L'Hypothèse Gaïa.

L'Hypothèse Gaia suggère que les être vivants de la planète collaborent d'une certaine manière pour maintenir un environnement stable et optimal pour elle-même. Cette hypothèse est proposée par Lovelock au début dans les années 1970, et dans la suite de cette idée, le modèle Daisyworld est mis au point par Watson et Lovelock (1983). Ce modèle a pour but principal de montrer que dans certaines conditions, une autorégulation est possible dans la mesure où les organismes sont couplés à l'environnement et exercent des rétroactions. Ce modèle décrit une planète fictive, avec un climat proche de celui de la Terre, peuplée uniquement de marguerites noires et blanches. Le climat influence la croissance des marguerites et la couleur des marguerites modifie l'albédo (quantité de lumière réfléchie) moyen de la planète. Il en émerge donc une régulation de la température proche de l'optimum biologique. Dutreuil propose de revenir sur ce modèle, ces variantes qui ont suivi et de débattre de leur légitimité.

Tout d’abord, Dutreuil revient sur l’origine de l’émission de l’hypothèse. En 1960, Lovelock travail sur un projet avec la NASA et constate que l’atmosphère est en déséquilibre thermodynamique (présence simultané de O₂ et CH₄) et que ce déséquilibre est maintenue par l’activité de la vie sur son environnement. Lovelock trouve étrange que la vie se soit maintenu en dépit des perturbations extérieurs, dont la plus importante est l’augmentation de l’intensité du rayonnement solaire depuis la naissance de la planète (plus de 30%), sans que cette augmentation n’ait affecté le climat. C’est à partir de ces observations que Lovelock émet l’hypothèse que la vie pourrait réguler certains facteurs de son environnement et ainsi assurer une régularité et un effet tampon face aux perturbations. Ensuite, Dutreuil expose les critiques contre l’hypothèse. Il pense que le refus de l’Hypothèse Gaia par la communauté est dû à la fermeture d’esprit de certains chercheurs dans leur propre discipline ou à la caricature et l’exagération de certaines phrases de Lovelock qui vont à l’encontre de l’Hypothèse. Sauf que, même si les critiques sont prises en compte, il reste tout de même quelque chose de l’Hypothèse Gaia. Vient ensuite la description et les résultats du modèle. Il considère une planète fictive dont la température est régulée uniquement par l’albédo et un forçage externe, la luminosité solaire. Cette planète est peuplé de deux espèces de marguerites, blanches et noires. Chacune influe sur l’albédo à l'échelle de la planète et, in fine, sur sa température. Lorsque la luminosité augmente, la température augmente brutalement (plus que si il n’y avait pas les marguerites) et se stabilise autour d’un optimum, grâce à la dynamique de population des marguerites. De nombreuses variantes de Daisyworld ont été proposées mais elles ne peuvent que clarifier le modèle initial ou poser de nouveaux problèmes, mais ne permettent pas de répondre aux critiques à l’encontre de l’Hypothèse Gaia. Par contre, l’idée d’homéostasie et donc d’une stabilité induite par la vie était compatible avec les connaissances de l’époque. Il ne savait pas encore que la température avait varié entre quelque 70°C et des phases de glaciations globales. La Terre est donc bien restée habitable mais pas stable au cours du temps. Il est aujourd’hui reconnu que la Terre a connu à la fois des périodes stables et des périodes instables (transitions, crises biologiques). Or, rien ne dit que des états de stabilité avec des transitions brutales est quelque chose d’optimal pour la vie. Enfin, Dutreuil conclut en rappelant les deux questions posées dans ce chapitre. La première consistait à se demander ce que peut accomplir un modèle. En effet un modèle a une portée restreinte et ne peut accomplir qu’un nombre fini d’objectifs compte tenu des hypothèses qu’il fait. Le fait qu’un modèle soit simple et fictif, comme Daisyworld, peut être contourné. Ils permettent d’obtenir des principes généraux conditionnels. Il semblerait même que les modèles de type Daisyworld n’aient pas moins de légitimité épistémique que les modèles quantitatifs explicatifs comme des modèles météorologiques. Les résultats obtenus de Daisyworld sont robustes (source de confiance) et pertinents pour l’Hypothèse Gaia. La deuxième question concernait les raisons qui poussent à créer et utiliser des modèles. La première idée de cette question suivait l’idée de vérifier si le modèle a bien répondu à la question de départ. Cela a mené à une clarification des questions posées initialement d’une part, et des conditions pour que le modèle puisse effectivement y répondre d’autre part. La deuxième idée est l'intérêt des modèles par rapport aux arguments théoriques verbaux. Les modèles permettent en effet de rendre plus précis ces arguments, et parfois de faire de nouvelles découvertes en chemin. Cette précision permet également de révéler de façon algorithmique et mathématique certaines incompatibilités entre arguments théoriques.

Dutreuil affirme qu’il ne faut pas prendre les modèles de type Daisyworld comme étant trop simple pour refléter la réalité. Ils permettent en effet d’expliquer certains phénomènes comme le principe de rétroactions entre les êtres vivants et leur environnement, les conséquences de ces rétroactions sur le climat, et in fine sur la vie elle même, et donc d'émettre des arguments en faveur de l'Hypothèse Gaia.

L’hypothèse gaia est une théorie qui repose principalement sur des faits empiriques et non sur des bases conceptuelles. L’absence de mécanismes pouvant expliquer le maintien de l’homéostasie est un problème majeur de cette théorie, puisqu’elle laisse place à des interprétations variées et à de nombreuses critiques.
Le but de cet articles et de répondre à 7 critiques en ré-analysant l’hypothèse gaia.

1. L’hypothèse gaia est théologique.
   On reproche souvent à cette théorie de sous-entendre qu’un système régulant les conditions de manière à favoriser la biosphère possède une intention délibérée. A cela l’auteur répond que la théorie de gaia décrit un système global qui possède un but mais pas nécessairement une conscience. De plus ce but serait une des propriété du système et non pas la décision consciente d’une entité.

2. La théorie de gaia viole le principe d’anthropique.
   Du fait de l’absence de mécanisme soutenant sa théorie, Lovelock, expliqua l’existence de gaia en utilisant les probabilités. En effet il est improbable que les équilibres chimiques actuels ne dérivent pas directement de la biosphère. Certains auteurs ont critiqué cette approche via le principe anthropique : notre planète est déjà largement improbable et on ne peut donc pas utiliser un tel argument pour démontrer une théorie. Néanmoins ces deux arguments peuvent coexister a partir du moment où on suggère qu’une planète capable de supporter la vie en abondance nécessite intrinsèquement un écart à l’équilibre chimique.

3. La théorie de gaia postule que l’évolution d’un organisme de la taille d’une planète se fait en compétition avec d’autres organismes similaires.
   Cet argument est notamment avancé par Dawkin (1982) et découle lui aussi de l’absence de mécanismes avancés avec la théorie gaia. Il base l’évolution comme directement dépendante de la sélection naturelle. Or la sélection naturelle s’applique à l’échelle d’une espèce, ce qui n’est pas le cas de gaia qui représente la biosphère dans son ensemble.

4. La théorie de gaia viole le principe de sélection naturelle puisqu’elle requière que les individus/les espèces agissent avec un comportement altruiste, en sacrifiant la valeur sélective individuelle aux profit de l’ensemble.
   Cet argument suggère que la régulation globale peut apparaitre uniquement par la sélection naturelle. Lenton au contraire, décrit un système global caractérisé par de nombreux processus de rétroaction pouvant donner une régulation globale sans impliquer un quelconque comportement altruiste. Certain de ces processus de rétroaction serait à même de favoriser la régulation, d’autre ne le serait pas. Dans cette perspective la sélection naturelle serait une source de perturbation de la régulation.

5. La théorie de gaia ne requière pas nécessairement de régulation.
   Cette critique a été faite par de plusieurs auteurs, mais aucun n’a pu démontrer avec un raisonnement scientifique que le principe de régulation n’était pas lié à l’homéostasie atmosphérique. Ainsi pour l’auteur cet argument n’est basé sur rien et la théorie reste intrinsèquement liée à la notion de régulation.

6. Régulation sous-entend contrôle parfait.
   Cette critique se base sur les crises écologiques. Plusieurs fois dans les temps géologiques le terre a subit des conditions défavorables pour la vie. La théorie gaia représente une tendance globale de protéger la vie, pas un contrôle parfait des condition environnementales. Même si cette régulation a parfois eu des failles, les conditions favorables à la vie ont globalement été maintenues sur de large échelle temporelle malgré la présence d’un univers autour excessivement hostile à la vie.

7. La théorie gaia ne décrit pas quelle forme de vie elle tend à favoriser.
   Pour l’auteur la régulation mis en jeux dans la théorie ne concerne pas nécessairement une forme de vie particulière mais plutôt l’ensemble de la biosphère, en favorisant le maintien du système géophysiologique dans son ensemble.

Toute les réponse avancé par l'auteur son subjectif et représente SA vision de la théorie.

L'article tente de clarifier plusieurs points qui seraient mal interprétés par certains scientifiques. En centralisant les critiques de la théorie en 7 point il réalise un travail intéressant et éclaircie les principaux point faible de la théorie. Il fait notamment ressortir l'absence de mécanismes explicant la théorie Gaia, qui est un problème central a l'origine des principales critiques de la théorie .

La vie, elle-même module l’environnement, on parle alors d’auto-régulation. L’hypothèse Gaïa est donc modélisée par le modèle Daisyworld. Cependant, ce modèle présente quelque faiblesse, notamment que l'homéostasie est plus faible que celle-ci retrouvé sur une planète morte ce qui est contradictoire avec l'hypothèse. Néanmoins, la stabilité entre les deux conditions (planète inhabitée et habitée) résidentes dans la présence de la vie.

Le modèle Daisyworld est très simple et utilise les marguerites noires et blanches pour représenter la biosphère. La croissance des marguerites est dictée par la luminosité solaire, l’albédo des marguerites blanches est plus élevé que les marguerites noires. Le climat est représenté par la surface moyenne de la planète, ainsi la température correspond à la luminosité du soleil. Ainsi, la température dépendra de la zone couverte par les marguerites et par conséquent de l’absorption de la lumière par les fleurs. Donc, le modèle Daysiworld établit une simple boucle de rétroaction climat-biosphère. Ainsi, deux Daisyworld sont comparaît WL83 et Daisyworld décrit par Lovelock.

L’implication de l’homéostasie en réponse à l’augmentation de la luminosité solaire montre que la température diminue en réponse à la luminosité solaire croissante. De plus, la planète aux marguerites noires est plus sensible aux variations de lumière que la planète sans marguerites, il en est de même pour les marguerites blanches. Cette réponse est en contradiction avec l’homéostasie des marguerites sur le climat de Daisyworld. Le modèle WL83 est différent par la formation de nuages sur les marguerites noires soutient le paramètre homéostatique de la biosphère, ainsi, la pente biotique et plus grande que la pente abiotique en fonction de la luminosité solaire. Comme tout système, le bruit de fond est présent, pourrait être traduit par des perturbations de croissances, des variations de nutriments montrant un effet non homéostatique de la vie par rapport au climat sur Daisyworld.

Cet article montre que le système de Daisyworld présente de nombreux défauts malgré son utilité dans la compréhension de l’hypothèse Gaïa et les boucles de rétroaction.

La question centrale posé par l’hypothèse gaia est savoir si une interaction vie-environnement généralisée tend à stabiliser ou à déstabiliser la biosphère. Cette stabilité dépend de deux notions centrales en l’écologie : la résistance et la résilience au changement. L’hypothèse gaia soutient que la vie maintient la stabilité de l’environnement et que cet environnement se maintient dans des conditions favorable à la vie. Elle se joue sur de longues échelles de temps et d’espace (comparé aux études classiques d’évolution). Il n’est pas requis que les espèces ou les écosystèmes persistent sur ces échelles de temps. Néanmoins il est attendus que l’écosystème aient une robustesse face aux changement environnementaux et mutationnels.

Conditions d’existence de l’hypothèse gaia

1. Existence de deux types de rétrocontrôles entre vie et environnement. Le rétrocontrôle sur la croissance : le trait sélectionné a un effet sur l’environnement ce qui a un effet sur la croissance des autres individus. Le rétrocontrôle de sélection : un trait affecte des variables environnementale qui a leurs tour affectent directement la sélection sur ce trait.
2. Existence d’un recyclage des nutriments entre les différents compartiments.
3. La vie est inévitable sous les conditions définie, par contre l’arrivé au stade multicellulaire est pas obligatoire.

Mécanismes pouvant mener à l’homéostasie :

1. Les altérations de l’environnement réalisé par plusieurs espèces se font dans des directions opposées, ce qui entraîne la stabilisation de l’environnement. Mécanisme peu crédible à l’échelle globale.
2. Le recyclage interspécifique. Ce mécanisme est efficace mais il ne régule que les paramètres biochimiques, pas le reste (température…).
3. L’assemblage de systèmes stables localement conduit à un système stable globalement. Ce mécanisme a été remis en question à la fois par des expériences et des modèles, et il est donc peu probable.
4. La propriété du réseau d’interaction vie –environnement suffit à le rendre robuste face aux perturbations.

Prédictions :

1. Une système vie-environnement montre une meilleure stabilité que le ferait un équivalent abiotique, et se remet plus vite des perturbations.
2. Les systèmes biotiques à petite échelle et ceux qui n’ont pas de système de de recyclage de nutriment et de photosynthèse efficace sont moins stable que ceux possédant ces attributs.
3. Les rétrocontrôles vie-environnement tendent à stabiliser le système à des échelles géologiques.
4. Comme la vie et l’environnement co-évolue, la biosphère va tendre vers une plus grande stabilité et à rester dans des conditions environnementales plus limitées.
5. La stabilité de la biosphère ne dépend pas d’espèces ou d’écosystème et doit être possible dans un écosystème occupé uniquement par des micro-organismes.

Tester l’hypothèse gaia :
Des modèles intégrant des réponses de la biosphère sur l’évolution du système pourraient tester les hypothèses 1. 3. , néanmoins les modèles actuels ne sont pas capables de modéliser l’évolution à des échelles géologiques.
Des modèles représentant l’évolution des micro-organismes intégrants des facteurs abiotiques non nutritifs permettrait de tester les hypothèses 2. 4. 5..
Étudier la stabilité d’écosystèmes influencés majoritairement par la photosynthèse servirait à tester les hypothèses 2. 4. 5..

Cet article n'est basé sur aucun fait réel ni aucune expérience. Il n'apporte aucun support aux hypothèses qui sont développées. Cet article est donc la pour présenter un point de vue subjectif sur la théorie de Gaïa. Cela ne l’empêche pas d'être pertinent.

L’intérêt de cet article est qu'il présente clairement les hypothèses et les prédictions associées avec la théorie gaia. De plus il apporte certaines pistes sur quelles hypothèses sont testables et sur comment les tester.

L’atmosphère est composée de méthane et d’oxygène qui suit un cycle biogéochimique en étant consommé et remplacé. La présence de ces gaz révèle une faible entropie caractéristique de la présence de la vie sur Terre. En 1965, les équipes de la NASA, ont analysé la composition de l’atmosphère de la planète Mars pour mesurer le coefficient d’entropie et suggérer la présence d’une vie passée. En effet, comment une atmosphère en déséquilibre et une augmentation de l’intensité solaire (30%) peut coexister avec la vie sur Terre ? Ainsi, l’hypothèse Gaïa est née : les organismes et leurs environnements évoluent en un seul système d’autorégulation. Plusieurs scientifiques ont déjà évoqué ce phénomène, tel que Newton qui fut le premier chercheur à comparer la Terre à un animal ou à un végétal, mais ces hypothèses ne s'appuient pas assez sur des preuves tangibles, la théorie fut longtemps anecdotique. Cependant, en 1925, Alfred Lotka soutient qu’il est plus réalisable de modéliser l’évolution des organismes et leur environnement comme une seule entité plutôt que séparément. D'autres quant à eux, soutient une absence d’autorégulation car l’organisme seul est soumis à la sélection et non l’environnement. Par ailleurs, en 1981, un modèle : Daisyworld composé de marguerites blanches et noires se développe en fonction de la lumière du Soleil, mais ce modèle a été souvent très critiqué. La principale objective de ce modèle est de montrer que cette théorie est compatible avec la sélection naturelle (Darwinien). Ainsi, l’évolution des organismes et l’évolution de la température s’effectuent comme un seul processus couplé. Autrement dit, les organismes changent leur environnement en même temps qu’ils s’adaptent à lui, ce qui favorise les gagnants qui peuvent gagner à court terme mais seuls les organismes adaptés à long terme persisteront et seront en accord avec la théorie et engendre aussi des perdants.
Néanmoins plusieurs preuves ont permis d'alimenter et de confirmer la théorie gaienne, telle que :

• le déséquilibre du processus biologique du soufre et de l’iode présent en forte concentration dans les océans, mais en faible concentration sur la surface terrestre ;
• L’iodure de méthyle et sulfure de diméthyle présent essentiellement dans les océans aussi est les principaux vecteurs des cycles biogéochimiques du soufre et de l’iode ;
• L’altération des roches de silicate de calcium influent sur le cycle du carbone, la chaleur favorise les précipitations qui libère le CO₂ fournissant une rétroaction négative sur la température (mécanisme trop faible pour être responsable des changements actuels)
• Le gaz diméthylsulfuré produit par les algues océaniques forme des nuages lors de son oxydation qui influe le climat. Par conséquent, l’homéostasie est régulée par le système vivant suivant des rétroactions positives et négatives, créant des gradients stables de vie. Par exemple, le corps humain présente un gradient de température entre 35 à 40 °C alors que les extrémités varient entre 5 °C et 40 °C. Ainsi, les échecs de la Terre à réguler positivement la température de surface lors des périodes glaciaire seraient assimilables à des excès de fièvre dans le corps humain. De plus, les microorganismes ont révélé être au centre de la biologie de la Terre par leur présence depuis sa création et leurs rôle vitale dans la régulation des cycles biogéochimiques. Avec la conjoncture actuelle, les changements globaux que subit la Terre, les climatologues présentent maintenant des modèles incluant l'hypothèse Gaïa avec une interface environnement/biota. Enfin, la Terre vieillit, et le Soleil devient plus chaud prédisant une Terre retournant aux origines inorganiques sans l’environnement luxuriant et la biodiversité de nos jours.

Cette revue est très rigoureuse, avec de bonne référence bibliographique.

Cette revue reprend les différentes preuves de l'existence de cette hypothèse et fait un bref historique sur son évolution. De plus, l'hypothèse justifie sa liaison avec la théorie de darwinienne, expliquant une coexistence entre les deux.

Cet article a pour but de clarifier la Théorie Gaia et d’ouvrir une voie à son développement. Lenton et Wilkinson répondent aux critiques de Volk et Kirchner, bien qu’ils disent être d’accord avec eux sur de nombreux points. Pour les auteurs, « Gaïa » constitue un système thermodynamique ouvert à l’échelle de la planète caractérisé par un couplage étroit des êtres vivants (EV) avec leur environnement. Les rétroactions régulatrices (RR) sont vues comme le résultat probable d’une planète avec une vie abondante. « Gaïa » tient compte de la sélection naturelle mais n’en découle pas.
En réponse à Volk, les auteurs expliquent que la TG ne propose pas de grands principes mais doit être pensée en termes de probabilités vu la complexité du système. Un effort a été fait pour tenir compte d’exemples contredisant la TG. Les auteurs retournent la critique à Volk qui ne semble pas appliquer à son travail ou à celui de Kirchner la rigueur scientifique qu’il décrit.
La TG propose 3 scénarios pour expliquer la persistance de la vie sur Terre : i) la pure chance, ii) par chance des RR favorisant la vie se sont mises en place (Lucky Gaia), iii) les RR sont prédominantes et permettent le maintien de la vie (Probable Gaia), ce dernier scénario étant vu comme le plus probable. Une rétroaction est régulatrice si elle augmente la résistance ou la résilience du système ou introduit une forme de bi stabilité. L’existence de RR dépend de 3 conditions : les EV modifient leur environnement, ils se reproduisent et croissent, ils sont contraints par l’environnement. Et non pas de la sélection naturelle.
Contre Kirchner, dans la TG on ne dit pas que les RR sont seulement négatives et que les positives sont déstabilisantes. Ni même que le signe total des rétroactions est négatif. Dans le modèle Daisyworld, la RR est positive et stabilisante. L’homéostasie implique des rétroactions positives et négatives mais qui peuvent s’exprimer sur des échelles de temps différentes. Les cycles glaciaires pourraient s’expliquer par la combinaison de rétroactions positives rapides lors des phases de transition et négatives plus lentes lors des périodes stables. Dans le premier cas le signe prédominant du système est positif et dans le second négatif (comme aujourd’hui). La TG s’applique sur les derniers 3.5 milliards d’années, depuis l’apparition de la vie, et donc il serait inadapté de la tester seulement à partir de phénomène actuels.
Pour Kirchner et Volk, la TG est difficilement compatible avec la sélection naturelle. Les auteurs distinguent les RR impliquant la sélection et celles qui en dérive en tant que « sous-produits » e.g. l’altération de silicates (puits de Co2) et la production de DiMétyl Sulphide. Dans certains cas, la sélection naturelle est impliquée dans la mise en place de RR si les EV porteurs du trait « améliorateur » de l’environnement en bénéficient plus que les non-porteurs. Par exemple, dans un milieu pauvre en azote (N) les plantes fixatrices sont avantagées jusqu’à ce que le N qu’elles introduisent dans le système et dont bénéficient les autres plantes devienne assez abondant. La fixation ne constitue plus un avantage, mais est de nouveau sélectionné en cas d’appauvrissement : le système se stabilise.
Les auteurs disent qu’il existe des cas où la vie est abondante à cause de l’amélioration globale de l’environnement (les RR dominent) et des cas où les organismes se sont adaptés à l’environnement. Le cas de la forêt tropicale humide s’éclaircira en cas de basculement du système (graduel si adaptation domine ou brutal si RR dominent). Les auteurs notent qu’ils existent des limites à l’adaptation des EV et qu’elle ne peut expliquer à elle seule certains « ajustements » des EV à leur environnement (e.g. rapport de Redfield).
En conclusion les auteurs soutiennent que la TG suit le schéma classique d’acceptation progressive des théories scientifiques en passant par une phase de critique avant sa validation finale.

Lenton et Wilkinson semblent attachés à la Théorie Gaia comme héritage de Lovelock. Ce qui est compréhensible (paternité de la théorie) mais pourrait altérer leur capacité à l’autocritique. Ils ne semblent pas vraiment tenir compte des critiques mais cherchent à prouver que la TG reste valide, quasiment de façon parallèle aux critiques. Pour eux, Kirchner et Volk manquent en quelque sorte leur cible : soit il s’agit d’interprétations erronées de la théorie, soit la TG assume ces critiques « parallèlement » à ce qu’avance Lenton, Wilkinson et Kleidon.
In fine, les critiques de Kirchner et Volk visaient peut-être une évolution de la TG (quitte à s’éloigner des idées de Lovelock) et non sa dissolution. Dans ce sens, les auteurs auraient pu mieux en tenir compte. Reste que la TG semble avoir souffert d’importantes incompréhensions de la part de ses détracteurs et de méfiance à cause de l’ambiguïté du mot « Gaïa ».

Cette review a montré que :
1) les promoteurs de la TG ont une volonté de maintenir leurs positions (comme certains détracteurs) et d’affirmer la crédibilité scientifique de la théorie (voire la leur).

2) la TG est très complexe et doit être pensée « en termes de probabilités » mais n’indique aucun mécanisme d’ordre universel.

3) la TG a pu souffrir d’une forme de méconnaissance de la part des détracteurs et aussi d’une méfiance due au nom « Gaia ».

4) la TG contient une part de subjectivité dans ce qui lui est propre (ou non).

5) la TG a besoin d’être développée, testée. Peut-être en amont d’une évolution vers une forme consensus, quitte à s’éloigner de certaines idées de Lovelock.

Les auteurs n’emploient pas les termes « Hypothèse Gaïa » mais « Théorie Gaïa ».

Pour Volk, les rétroactions régulatrices (RR) reposent sur des "sous-produits" (SP) de la sélection naturelle mais ne l'impliquent pas directement. Contrairement à ce que dit Lenton, c'est aussi le cas avec son exemple des fixateurs d'azote (N).
Volk affirme être d'accord avec Lenton & Wilkinson (LW) sur de nombreux points développés dans la Théorie Gaïa (TG). L'auteur ajoute que la communauté scientifique reconnaît la complexité du système-Terre dont une partie est due à la présence de vie. Pour Volk, à l'instar de LW, la TG concerne la spécificité des RR dérivant de la vie, comparativement à une planète abiotique. Il soutient qu'il s'agit bien d'un champ de recherche important à développer. Volk redéfinit ce qu'est un SP de la sélection naturelle : soit des déchets métaboliques des organismes (e.g. dioxygène, dioxyde de carbone) soit d'autres composés dont la fonction initiale n'est pas l'amélioration globale de l'environnement (e.g. acides produits par les bactéries du sol pour acquérir du phosphate mais qui libèrent des ions calcium permettant la précipitation des ions carbonates en carbonate de calcium dans l'océan). Le désaccord de Volk réside sur le fait que (1) en théorie, l'existence de RR produites par la sélection naturelle est compromise par l'existence d'individus "tricheurs" (ne payent pas le coût métabolique de l'amélioration de l'environnement et finissent par faire disparaître les non-tricheurs) (2) en pratique on ne connaît pas d'exemples de RR issue de la sélection et le cas des fixateurs de N est bien celui de RR dérivant de la sélection naturelle comme SP. Les effets qui améliorent l’environnement des organismes "dans son ensemble" ne sont pas spécifiquement créés par des métabolismes sélectionnés pour cette fonction. Les "fuites" du N dans l'écosystème introduit par les plantes fixatrices constituent bien un SP de la sélection naturelle. Volk ne comprend pas la position de Lenton à ce sujet. Pour Volk, à l'échelle de la TG, il ne peut y avoir qu'un effet des SP. Il est crucial de pouvoir faire la distinction entre produits de la sélection et SP. Pour Volk, "Gaïa" est un système complexe de RR impliquant les sous-produits de la sélection naturelle.

L’article apparaît rigoureux d’un point de vue scientifique.

Cette réponse de Volk montre encore une fois la difficulté de formuler la TG de manière consensuelle et le besoin de mettre en place un cadre clair pour la théorie, avec ses limites. Mais il ne rejette pas la TG.
Volk précise que le point central de désaccord concerne l’effet de la sélection naturelle. Pour lui, le lien entre les RR et la sélection naturelle est indirect et repose sur des SP de la sélection.

Cet article a pour but de définir ce qu'est-ce qu’est un bénéfice pour la vie et quelles sont les hypothèses nulles de la théorie gaia.
Afin de tester la théorie il propose une mesure, la Productivité Primaire brut Mondiale (PPM), qui représente à quelles point les conditions environnementales sont favorable à la vie. En effet le carbone étant l’unité de base de la vie, tout gain de stockage par la biosphère indique que les condition environnementales sont bénéfique.

On définit 4 hypothèses basées sur la conséquence des effets biotiques sur les conditions environnementales :

1. Anti Gaia : la vie tend à dégrader les conditions environnementales, ce qui mène à un PPM plus faible.
2. Gaia absente : les effets biotiques n’ont pas de conséquences sur les conditions environnementales et donc pas d’effets sur la PPM.
3. Gaia amélioratrice : les effets biotiques améliorent les conditions environnementales, conduisant à une plus forte PPM, mais sans tendre vers la PPM maximale.
4. Gaia optimisée : les effets biotiques améliorent les conditions environnementales jusqu’à ce qu’elles soient optimum pour la vie, conduisant à une PPM maximale.

En modélisant le monde sans la vie, des recherches ont montrées que le climat serait plus sec, avec un recyclage de l’eau continentale plus faible (Betts, 1999 ; Fraedrich et al., 1999 ; Kleidon et al., 2000 ). L’effet geocontinental de la végétation est donc de réduire le stress hydrique et d’augmenter les zones où la végétation peut s’installer. De plus la vie améliore le recyclage des nutriment et ainsi réduit la limitation à la productivité due aux nutriments (Volk, 1998).
Fraedrich et al. (1999) et Kleidon et al. (2000) ont aussi réalisés des modèles de “planète verte” où ils ont mesuré l’effet maximal que peut avoir la végétation sur le climat. Dans ces modèles la PPM n’est que 5% au-dessus de la PPM actuelles. De plus la végétation augmente l’eau disponible mais elle ne semble pas tendre vers un effet l’effet maximal trouvé dans les modèles.

En comparant les modèles du monde biotique/ abiotique on peut réfuter les théories (1) et (2). Gaia est présente et favorise la vie.
D'après le modèle "planète verte" la théorie (4) peut être rejetée.
La réalité est donc que la vie tend à améliorer les conditions environnementales en faveur de la vie, mais pas à les optimiser.

Les modèles présenté sont beaucoup trop simplifiés pour réellement répondre aux hypothèses de la théorie. Le plus ils ne s’intéressent qu'a un seul exemple précis, l'effet de la végétation continentales sur les précipitation. Il est donc difficile d'extrapoler ces résultats à l'échelle globale.

En résumant les résultats de différents modèles cet articles propose une réponse à plusieurs hypothèses de la théorie gaia.

Watson et Lovelock (1983) ont proposé un modèle appelé Daisyworld pour démontrer comment la vie sur une planète peut réguler l'environnement global (l'Hypothèse Gaia). LaterSaunders (1994) et Robertson et Robinson (1998) ont étudié Daisyworld et en ont conclu que l'adaptation aux températures locales pourrait diminuer la capacité des marguerites de réguler la température globale. Lenton et Lovelock (2000) réfutent ces dernières en introduisant les contraintes d'adaptation dans l'ancien modèle de Daisyworld. Ils ont montré que les espèces avec l'adaptation contrainte régulent l'environnement global, tandis que les espèces librement adaptables ne peuvent pas le faire. Le but de cette étude est de montrer qu'il existe les formules pour l'équilibre dans les Daisyworlds darwiniens. Ces formules révèlent la vraie nature des Daisyworlds Darwinien qui contredit les anciennes études.

Tout d’abord, Sugimoto revient sur les formules décrites par Watson et Lovelock (1983), Robertson et Robinson (1998) et Lenton et Lovelock (2000). Il serait trop compliqué de toutes les réécrire. Grâce à cela, il met en évidences les conditions initiales du modèle, un état intermédiaire avec la présence des deux espèces de marguerites, et un dernier état avec uniquement les marguerites blanches. Entre changements d'états, il indique les dates pour les modèles de Watson et Lovelock (1983), Robertson et Robinson (1998) et Lenton et Lovelock (2000).

Les marguerites darwiniennes ne perdent pas la capacité de régulation de la température. Ce sont les contraintes d'adaptation qui diminuent l'adaptabilité des marguerites. La présence des deux marguerites participe à la régulation de la température globale, et l'adaptation prolonge la durée de la régulation de température lorsque les deux espèces sont présentes. Après l'extinction des marguerites noires, la suite de la modélisation de Daisyworld dépend du taux d'adaptation et des contraintes : la faible adaptation conduit les marguerites blanches à une impasse évolutive qui entraîne une extinction précoce. La forte adaptation permet aux marguerites blanches de survivre plus longtemps que les marguerites à faible adaptation. Tous ces aspects concordent avec notre connaissance de l'évolution darwinienne et de l'Hypothèse Gaia.
L'évolution darwinienne n'exclut donc pas l'Hypothèse Gaia.

L’auteur aurait dû prendre en compte un nombre plus important que les 4 modèles présentés pour que la comparaison des résultats soit plus fiables.

Les résultats obtenus montre que l’Hypothèse Gaia est tout à fait compatible avec l’évolution Darwinienne. Auparavant, le fait que l’évolution Darwinienne fut en désaccord avec l’Hypothèse Gaia était justement un argument contre la théorie. Mais Sugimoto montre que cet argument n’est plus valable.

L’atmosphère, les océans, et la biodiversité sont en étroite relation pour maintenir des conditions environnementales favorables à la vie, on parle de l’hypothèse Gaïa. Au contraire, la théorie de l’évolution darwinienne présente que seuls les organismes les mieux adaptés à leurs environnements sont favorisés. Cependant, deux problèmes se posent avec ce modèle ; le premier est que la théorie darwinienne agit contre les effets d’autorégulation. Le second est que le modèle ne récompense pas les individus qui rétrocontrôle l’environnement. En effet, l’altération des roches par les plantes et les bactéries permet l’élimination du CO2 atmosphériques équilibrant les entrées de CO2 dans l’atmosphère (volcan) et la fixation du CO2 atmosphérique (fixation par les océans, le sol). Par conséquent, un mécanisme de rétroaction à grande échelle existe et régule la température, mais comment la température peut atteindre un équilibre favorable aux plantes et aux bactéries ?

Le modèle Daisyworld représente deux espèces de marguerites, l'un blanche et l'autre noire, se développent en fonction de la luminosité du Soleil. Il existe deux types de rétrocontrôle, le premier sur la sélection présente l’environnement comme une extantion de l’organisme tel qu’il est utilisé dans le modèle Daisyworld original. Le second rétrocontrôle agit que la croissance et la dynamique des populations, les ressources régulent les populations et inversement les populations régules les ressources. Ainsi, les caractéristiques environnementales fluctuent en fonction des populations prédominantes telles que les plantes et les bactéries régules les flux de CO2 dans l’atmosphère (rétroactions négatives à court terme) ; les nutriments présents dans les océans sont régulés par les réseaux trophiques pélagiques. Pour cela, un nouveau modèle Daisyworld a été crée avec une seulement les marguerites blanches répondants aux conditions optimales (Darwin) et aux conditions d’équilibre (Gaia).

Le nouveau modèle Daisyworld présente les mêmes paramètres, seulement l’ajout d’un nouveau paramètre : la sélection darwinienne va moduler l’évolution des températures optimale et d’équilibre. L’augmentation de la luminosité permet une augmentation de la croissance et de l’albédo se traduisant en une augmentation de la couverture qui permet de compenser l’énergie ajoutée. Ainsi, lorsque le système peut atteindre un état d’équilibre, la sélection naturelle permettra une convergence des températures optimales et d’équilibre. Par ailleurs, la présence de plusieurs espèces dans une même niche écologique tant à ce que les espèces les plus reproductrices entraîne l’extinction des autres espèces, observation retrouvée chez les espèces de planctons lors du refroidissement de la Terre par l’apparition des nuages. En conclusion, l’auto-régulation est le résultat de la dynamique des populations qui est une caractéristique de la sélection naturel dicté par Darwin.

Cet article est très rigoureux, il présente des références bibliographiques intéressantes et reprend bien les caractéristiques du modèle connu de Daisyworld en incluant la sélection naturelle.

Cet article apporte au débat, une nouvelle perspective d’étude incluant la théorie de Darwin. Ainsi, ce ne sont pas deux sciences qui s’opposent mais des théories qui se complètent pour comprendre le système des rétroactions qui favorise la vie sur Terre.

Par conséquent, le darwinisme favorise la croissance des organismes “fort” en fonction de l’environnement, mais l’environnement lui-même est forte influencé par la présence de la vie. Donc, il existe une coévolution entre la dynamique des populations et l’environnement pour arriver à des conditions d’équilibre propices à la vie.

J. W. Kirchner commence par reprendre les différentes formes de l’Hypothèse Gaïa (HG) et remet en cause la pertinence scientifique de certaines d’entre elles pour préciser le cadre de la controverse. Il critique également le concept d’homéostasie tel que décrit dans l’HG, l’idée d’amélioration des conditions de l’environnement par et « pour » les êtres vivants (EV) et les tentatives d’intégration de la sélection naturelle (notamment à l’aide du modèle Daisyworld). L’auteur affirme vouloir ouvrir un dialogue sur cette théorie controversée (les détracteurs ne prenant généralement pas la peine de répondre à l’HG) qu’il estime néanmoins intéressante (idée que la « bienfaisance » de la Nature est le résultat inévitable des interactions des organismes avec l’environnement). En amont de sa critique, Kirchner rappelle que les EV doivent s’adapter à leur environnement pour survivre. Sous cette contrainte, on peut s’attendre à ce que l’environnement nous apparaisse favorable à la vie, indépendamment de la validité de l’HG. Pour lui, à travers ses différentes formes, l’HG va de théories scientifiques admises jusqu’à des notions métaphoriques voire téléologiques. Les formes « faibles » de l’HG ne font que reprendre des mécanismes précédemment connus (influence des E.V. sur l’environnement, forme de « co-évolution » entre les deux) notamment via la biogéochimie et les « fortes » (superorganisme, optimisation du milieu par et pour les EV) correspondent à des métaphores hors du champ du scientifique, non réfutables. Kirchner cadre la controverse autour d’une forme intermédiaire qu’il appelle « Gaïa Homéostatique » : les interactions biosphère – atmosphère sont dominées par des rétroactions négatives stabilisant l’environnement global. Cette hypothèse est testable bien que des exemples montrent que les EV peuvent déstabiliser l’environnement e.g. boucles de rétroactions positives favorisant le réchauffement climatique, données paléoclimatiques suggérant des amplifications vers un état plus chaud ou plus froid via des rétroactions positives impliquant les EV. Concernant l’ « amélioration » des conditions environnementales, Kirchner souligne une confusion des promoteurs de l’HG : le fait que les écosystèmes fournissent des services environnementaux aux EV ne veut pas dire que l’environnement soit adapté à leurs besoins. En effet, les EV peuvent être sélectionnés dans des conditions qu’ils ont eux-mêmes créés. Ex. les arbres en forêt tropicale humide via leur transpiration créaient un microclimat chaud et humide favorables aux organismes adaptés à ce type de climat particulier. La forêt n’a donc pas créé des conditions qui lui sont favorables mais elle s’est simplement adaptée aux conditions qu’elle a elle-même généré. Enfin, Kirchner reconnaît que l’HG soulève une question importante : comment expliquer la persistance des conditions favorables aux formes de vie complexes au cours des temps géologiques ? Le modèle Daisyworld initialement proposé par J. Lovelock montre que la sélection naturelle peut conduire au maintien de conditions stables et favorables aux EV à l’échelle globale via des mécanismes de rétroaction. Dans ce modèle la température peut être stabilisée via la sélection de fleurs noires ou blanches faisant varier l’albédo. Pour Kirchner, Daisyworld ne fait que mettre en évidence une possibilité théorique (la sélection naturelle mène à un système auto-régulé près de l’optimum biologique des espèces) loin des conditions de la réalité. De plus, la couleur des fleurs n’est pas sélectionnée en fonction du bénéfice global (température stable) mais parce que ce bénéfice coïncide avec un avantage reproductif des individus. Des traits qui améliorent ou dégradent l’environnement sont sélectionnés dans la mesure où ils confèrent avantage reproductif. Kirchner conclue en disant que l’HG montre l’importance décisive d’appréhender la complexité du système Terre face au changement climatique.

Bien que la review ait été bien construite (arguments et références pertinents) l'auteur se pose d’emblée en opposition à l'Hypothèse Gaïa. Son objectivité (comme celles des promoteurs de Gaïa) peut être remise en cause. Kirchner par de là la discussion scientifique pourrait être tenté de critiquer les croyances de J. Lovelock qui lui paraissent sous-jacentes et passer outre un réel apport scientifique de l'HG.

Cette review apporte d'abord un cadre précis à la controverse et incite les promoteurs de l'HG à repréciser leurs théories pouvant apparaître confuses.
Kirchner détaille les différents points de l'HG qui pour lui posent problème en expliquant pourquoi :
1) Les EV peuvent être à l'origine d'une déstabilisation globale de l'environnement via des rétroactions positives et pas seulement d'une stabilisation. 2) Le fait que les écosystèmes fournissent des services environnementaux aux EV ne veut pas dire que l’environnement soit adapté à leurs besoins. 3) Le modèle Daisyworld utilisé pour justifier l'HG au regard de la sélection naturelle ne fait que montrer une possibilité théorique éloignée de la réalité. Des traits qui améliorent ou dégradent l’environnement sont sélectionnés seulement dans la mesure où ils confèrent avantage reproductif à l'individu et non parce qu'ils provoquent un bénéfice général pour les EV.

Kirchner a lui-même participé à l'élaboration de l'HG avant de s'en détacher.

Cet article fait le bilan de la théorie gaia en se concentrant sur trois articles sortis simultanément la même année. Deux de ces articles, Kleidon (2002) et Lenton (2002), sont en accord avec la théorie. Kleidon tente de prouver que la vie à l’échelle globale à tendance à améliorer les conditions environnementales et propose d’utiliser la productivité primaire comme mesure de la théorie gaia. Lenton s’intéresse à la résistance et la résilience au changement en comparant un système abiotique et un système biotique. Enfin l’article de Kirchner en 2002 contredis la théorie an arguant que d’un point de vu évolutif il n’y a aucune raison qu’un rétrocontrôle stabilisant apparaisse.

La productivité primaire comme mesure de la théorie
L’article de Kleidon est basé sur deux exemples : les précipitations sur les zones terrestres avec ou sans vie et la vitesse des cycles chimiques avec ou sans vie. Ces deux exemples ont, pour l’auteur, un échantillon beaucoup trop restreint. Il propose un contre-exemple avec la productivité marine, qui serait beaucoup plus importante dans des conditions abiotiques que dans les conditions actuelles. Ainsi il y aurait autant d’exemples favorables que défavorables à la théorie Gaia et il serait impossible d’obtenir une conclusion généralisé.
Finalement l’auteur s'accorde avec Kleidon sur l’idée d’une mesure pour tester la théorie, et propose d’utiliser la vitesse des cycles. En effet cette mesure permet de d’évaluer l’influence de la vie sur les transferts des éléments.

La question de l’autorégulation
Il est difficile de définir en quoi l’autorégulation de la terre est spéciale dans la théorie de gaia, sachant que l’on sait déjà qu’il existe des rétrocontrôles biotiques et abiotiques. Pour l’auteur il faut s’intéresser à deux notions développé par l’article de Lenton : la résilience et la résistance. Il semble que dans le système gaia, la vie induit une accélération des cycles des éléments dans les océans, l’air et le sol. Il est donc probable que la vie augment effectivement la résilience et la résistance du système et que l’argument de Lenton soit généralisable au niveau global.
L’auteur souligne aussi la nécessité d’améliorer les modèles actuels afin de les rendre plus réalistes. Ainsi le modèle phare de la théorie gaia, le modèle Daisyworld, ne s’intéresse pas aux cycles chimiques qui sont pourtant la base de la théorie. Il serait donc profitable de les modéliser avec et sans la vie pour examiner plus précisément son influence sur la résistance et la résilience.

Cout bénéfice et évolution
Kirchner a montré que les effets biologiques n’étaient pas nécessairement stabilisant pour l’environnement. De plus il a souligné un problème : les organismes modifient leur environnement mais simultanément s’adaptent à celui-ci. Grâce à l’exemple des forêts tropicales humides l’auteur montre que certes la vie altère l’environnement, mais ce phénomène ne serait qu’une conséquence du rejet de déchets métaboliques. La modification ne viendrait donc pas d’une adaptation sélectionnée afin d’optimiser l’environnement. De plus dans ces conditions il est probable que les tricheurs n’ayant pas développé les traits d’amélioration profitent des conditions améliorées et envahissent le milieu.

Conclusion : il est nécessaire de bien prendre en compte les couts associés à l'amélioration des conditions environnementales. Il faut arrêter de trouver les processus évolutivement plausible parce qu'ils rendent les conditions favorables a la vie. Enfin pour l'auteur le futur de la théorie gaia se ferra par l'étude du recyclage des déchet métaboliques, qui seraient la clés de l'augmentation des cycles biochimiques.

Cet article présente le point de vue de son auteur sur la théorie gaia. Il est très subjectif et n'apporte pas d'information nouvelles sur la théorie.
Néanmoins, en se concentrant sur 3 articles publiés peu avant, il permet de clarifier certaine points, de souligner certaine erreur/faiblesses et indique plusieurs directions de recherches qu'il serait pertinent de creuser. Le point de vue évolutionniste que porte l'auteur sur ces articles révèle la difficulté de la théorie de gaia à trouver un processus plausible pour expliquer l'apparition d'un mécanisme améliorant les conditions environnementales.

Cet article présente l'avis de l'auteur sur 3 autres articles parus simultanément la même année (2002).

Pendant, longtemps l’hypothèse Gaïa n’était pas prise au sérieux. Suite à un examen minutieux de la théorie de la régulation biotique de la Terre, la communauté biogéochimique s’intéresse au sujet. Rappelons que l’hypothèse Gaïa repose sur les rétroactions du climat par le biote permet de stabiliser l’environnement. Ainsi, le mécanisme est présenté par les algues marines qui produisent du diméthyle de sulfure qui est un composé volatile qui permet la formation de nuages. Les nuages ont un albédo puissant qui tend à refroidir la Terre par la réflexion des rayonnements solaires vers l’espace. Certaines estimations indique que ce refroidissement pourrait atteindre 4 °C. On retrouve ce rétrocontrôle dans le passé, au niveau de la Terre primitive (3 000 millions d’années). En effet, la puissance du Soleil était 30% plus qu’actuellement et engendre par conséquent une température plus froide sur la Terre. Cependant, les micro-organismes présents pendant cette période sont des producteurs de méthane permettant le réchauffement de l’atmosphère. De plus, a de forte concentration le méthane se polymérise créant des nuages réfléchissants permettant la stabilisation de la température terrestre. Les biologistes de l’évolution (Darwinien) sont très réfractaires à cette théorie, en effet, la sélection naturelle n’influe pas l’environnement, “comment les organismes “égoïstes” peuvent-ils évoluer pour changer l’environnement global pour le bien commun ?”. La parade viendrait de la biologie des populations, où l’auto-régulation n’est pas choisie mais prédominante pour maximiser le potentiel individuel. De plus, la Terre a subi nombreuse période d’extinction presque total, ce qui est contradictoire avec l’hypothèse de l’auto-régulation. Par exemple, lors des périodes glaciaire, ou lors de l’apparition de la photosynthèse menaçant l'existence des organismes anaérobies, l'expansion de la végétation créant des crises de famine par l’utilisation du CO₂ contenue dans le sol. Malgré tout, un accord général sur la théorie montre quand même l'existence de rétroactions et notamment de rétroactions négatives qui stabilisent l’environnement traduisant de longues périodes de stabilité. Cependant, les nouveaux processus de rétroaction sont possibles, en effet, l’apparition de l’oxygène est positive. En outre le fait qu’elle soit défavorable pour les organismes anaérobies, ce changement permet d’avoir de l’énergie sous une forme plus abondante et facilement utilisable pour les organismes anaérobies et aérobies.

Bonne rigueur, bien référencé.

La review fait un très bon état de l'art concernant l'hypothèse Gaïa, et reprend les arguments pour et contre cette controverse avec des arguments à l'appui.

Ces dernière années, les défenseurs de la théorie gaia se sont concentrés sur comment des mécanismes évolutifs ont pu donner lieu à des boucles de rétrocontrôles à même de stabiliser le climat. 2 types de critiques ont été dénombrés : (1) Il n’y a pas d’autorégulation dans le climat terrestre, et la situation actuelle n’est que le fruit du hasard. (2) Il y a effectivement des mécanismes de régulation, mais il n’y a aucune tendance évolutive vers une autorégulation planétaire.
Les éruptions volcaniques et autre phénomène géologiques ont modifiés le climat terrestre, mais celui-ci est toujours revenu à des conditions favorables, la critique (1) est probablement fausse. Les auteurs responsables de la critique (2) suggère que la régulation pourrait avoir lieu sans la vie, avec pour unique origine les rétrocontrôles géochimiques et géophysiques. Certains phénomènes comme l’érosion des silicates par les pluies acides pourraient maintenir des conditions favorables, mais ces rétrocontrôles sont trop lents pour répondre efficacement aux perturbations.

Les modèles prenant en compte la vie sont de deux types. Ils peuvent considérer que les organismes altèrent leur environnement pour favoriser leur croissance, mais sans influencer la sélections pesant sur le trait. Ils ont prouvé que la vie amplifiait les rétrocontrôles geochimiques et géophysiques, et qu’elles les rendaient davantage sensible et répondant aux perturbations. D’autres modèles prennent en compte l’effet de l’altération de l’environnement sur la sélection des traits. C’est le cas du modèle Daisyworld, qui montre que la sélection naturelle peut contribuer à l’apparition d’une autorégulation environnementale. Néanmoins les évolutionnistes prédisent qu’il y a un conflit inhérent entre l’optimisation locale, immédiate du à la sélection naturelle, et l’optimisation sur le long terme due aux processus de régulation environnementale. Pour étudier ce point Lovelock introduisit dans le modèle Daisyworld un phénotype « tricheur », mais cette modification n’a pas conduit à la destruction de la régulation.

Les organismes, en altérant et contraignant leur environnement, sont responsables de rétrocontrôles. Ces rétrocontrôles se font à l’échelle individuelle mais peuvent potentiellement se propager à l’échelle globe. Ainsi, pour l’auteur, si certaines activités altèrent leur environnement de manière avantageuse elles peuvent se fixer dans l’espèce et devient une propriété fondamentale de l’organisme (e.g. photosynthèse). Les écosystèmes possédant des rétrocontrôles stabilisants, comme la forêt amazonienne ou les forêts boréales, auront davantage tendance à subsister que ceux ayant des rétrocontrôles déstabilisant. Si des changements internes dans les rétrocontrôles surviennent, cela pourra influencer le climat tout entier. Ce climat peut aussi être directement influencé par des groupes d’organismes, comme c’est le cas du phytoplancton marin. Celui-ci, en produisant du dimethyl sulphide, favorise l’apparition de nuage, ce qui entraine une augmentation de l’énergie solaire renvoyé dans l’espace et donc un refroidissement de la planète.

Enfin si plusieurs expériences on montrés l’influence des organismes et des écosystèmes sur le climat, très peu on directement testé l’hypothèse gaia. Du fait des échelles spatiales et temporelles qu’elle implique ceci ne peut se faire qu’avec des modèles. Il est donc nécessaire aujourd’hui de perfectionner ces modèles afin de les rendre plus réalistes.

Cet articles ne présente que quelques exemple pour appuyer ses propos. De plus il ne décris pas en détail les mécanisme évolutif permettant aux "rétrocontrôles stabilisants" de passer de l'échelle locale à l'échelle globale.

L’intérêt de cette review est qu'elle fait l'inventaire de plusieurs modèles testant la théorie gaia.
Elle traite d'un large panel de mécanismes et d'exemples. Ainsi elle s'attaque à des processus à large échelle comme les cycles géochimiques, mais aussi à des échelle beaucoup plus fines comme les différents types de sélection s’exerçant sur les traits fonctionnels. Cela permet d'avoir une approche élargie de la théorie gaia et d'assimiler les différentes dimensions qu'elle met en jeux (approche multi-scalaire).
Elle répond aussi à plusieurs critiques et donne quelques exemples appuyant la théorie. Au final elle permet de voir les avancées qui ont été faites depuis la publication initiale.

Dans les années 1960, James Lovelock a pour mission de développer des techniques pour détecter la vie notamment sur Mars. Des suites de ces travaux, il suggère que l'activité des organismes vivants risque de répandre des composés spécifiques dans l'atmosphère et/ou dans les océans et de modifier leurs compositions. Lovelock et Dian Hitchcock ont testé cette hypothèse sur la Terre. Ils ont remarqué que l’atmosphère terrestre était très éloignée des équilibres chimiques. Elle contient du méthane et de l'oxygène alors que ces composés sont censés se décomposer à la lumière, et leur origine reste inconnue. En 1966, Lovelock est amené à travailler sur les conséquences de la pollution atmosphérique. Ses études ont finalement convaincu Lovelock que l'atmosphère de la Terre est activement maintenue et régulée par la vie à la surface. Il a conclu que cela est dû à l'activité d'une seule entité, Gaia, contenant toute la vie sur Terre. Cette entité est capable d’influer sur l’atmosphère grâce à un système de rétroaction qui cherche un environnement physique et chimique optimal pour la vie. L’existence d’organismes sur Terre depuis plus de 3 milliards d’années est un argument en faveur de Gaia, et suppose que les conditions sont restées stables. Sauf que, entre temps, l’énergie solaire a augmenté de plus de 30%. Cela implique, d’après Lovelock, un contrôle biologique sur les conditions environnementales. L’activité de bactéries anaérobies libère du méthane dans l'atmosphère, où il sera oxydé et donc absorbera l'oxygène atmosphérique. Sans cela, la teneur en oxygène augmenterait de façon catastrophique et aurait des conséquences désastreuses pour la biosphère. Cette hypothèse Gaia est dans l’ensemble mal accueillie dans la communauté scientifique. Certains ne supportent qu’en partie cette théorie, parlant en réalité de coévolution de la vie et du climat, mais n’accordant pas le rôle principal à la vie. Pour répondre à cela, Lovelock a collaboré avec Watson sur un modèle informatique. Ce modèle, Daisyworld, représente une planète colonisée par deux espèces de marguerites, noires et blanches. Chacune a donc un albédo différent. Elles sont donc favorisées par des conditions de températures différentes et ont une influence différente sur la température de la planète. Cette planète connaît une phase de température constante malgré l’augmentation de luminosité à cause des rétroactions des marguerites sur la température. Les organismes pourraient donc entrer en relation de rétroaction avec des facteurs environnementaux que ce soit pour la stabiliser ou la perturber. Daisyworld est un modèle extrêmement plus simple que notre planète et des facteurs en plus signifient des rétroactions en plus, ce qui complexifie bien davantage la compréhension de notre planète L’hypothèse Gaia est également dans l'intérêt des industries. Si la vie est capable de contrôler certains facteurs environnementaux pour maintenir une stabilité, alors la pollution générée par les activités humaines ne sont pas un problème. Un autre problème est notre entêtement à essayer de résoudre des problèmes “humains” comme limiter les risques de cancers des suites de déversement de pesticides alors que, parallèlement, ces même pesticides causent des ravages massifs dans les sols et les cours d’eau. Selon Garrett Hardin, le seul problème est la surpopulation. C’est en effet le responsable de la dégradation des sols, de la déforestation, de la production de CFC (qui détruit la couche d’ozone)... Pour Lovelock, les trois principaux danger sont les voitures pour les gaz à effet de serre, les tronçonneuses pour la destruction des forêts tropicales et le bétail, en élevages intensifs. En fin de compte, l'hypothèse de Lovelock nous oblige à considérer l'ensemble du système, qu'on l'appelle ou non Gaia.

Dans cet article, Baerlocher invite a prendre du recul quand à ce qu'implique l'hypothèse Gaia. De plus, il essaie de faire prendre conscience de l'importance de tous les détails qui peuvent influer, même de façon minime, sur le système.

Je trouve que l'idée principale de l'article se perd un peu dans la dernière partie de la review.

Il est attesté aujourd’hui que les processus biologiques ont un impact sur la géochimie de l’atmosphère et de l’océan, et ce démontré par de nombreux scientifiques depuis 1877. L’hypothèse Gaïa propose donc un état climatique et chimique stable optimal pour la vie et maintenu par la vie elle-même. La Terre, selon cette hypothèse, serait considéré comme un organisme unique "Gaia" et l’atmosphère comme "une coquille d’escargot, non vivante mais fabriquée par le vivant pour se protéger d’un environnement défavorable" (Lovelock; 1979b; p. 716). 2 groupes ont immédiatement accepté l’hypothèse Gaia : les environnementalistes et paradoxalement les industrialistes qui suggèrent que la capacité d’homéostasie de cet "organisme planétaire" peut contrôler la pollution. Si elle était vérifiée, l’hypothèse Gaia représenterait un bouleversement dans la vision du rôle de la vie sur Terre. L'auteur se propose donc de faire une synthèse des différentes visions de l'hypothèse et de vérifier si elles sont testables en principe.

Tout d’abord, cela dépend de la manière dont est exprimée une hypothèse; mal définie ou si elle est tautologique (logiquement vrai et donc jamais fausse), elle n'est pas testable par nature. Ainsi, dans certains cas, la Loi de Parcimonie s'applique : si deux solutions différentes donnent le même résultat, cette loi implique de choisir la solution qui impose le moins de contraintes. De plus, l'Hypothèse Gaia, considérer la planète comme un organisme unique, est une métaphore, et les métaphores sont par nature mal définies et peuvent être réinterprétées de plusieurs manières pour toujours pouvoir confirmer un résultat dans le sens voulu.

Ensuite, l'auteur propose d'évaluer un modèle qui affirme que, mathématiquement, l'homéostasie (le maintien de conditions favorables par les organismes) est possible. Le modèle Daisyworld montre que la température sur une planète peut être régulée par la répartition géographique de marguerites noires et blanches. La couleur des marguerites influe sur l'albédo à l'échelle globale et la température est ainsi stabilisée dans un intervalle optimal pour les marguerites. Cependant, ce type de modèle ne fait que comparer une théorie avec des données mathématiques issues du modèle et ne permet pas de valider les données réelles. Ils ne permettent donc pas de valider l'Hypothèse Gaia.

L’auteur critique également le concept d’optimisation. Les arguments avancés par d’autres auteurs (Margulis & Lovelock, 1974 et Lovelock ,1986b) ne sont pas fondamentalement faux mais ne sont pas parcimonieux. De plus, le fait que des organismes affectent suffisamment le système atmosphère/biosphère pour influer leur propre succès reproductif est hautement improbable.
Finalement, les adeptes de l’Hypothèses Gaia se basent sur le fait que les organismes créent en grande partie les conditions physique et chimique de la Terre et que les organismes peuvent influencer le climat. Sauf que, d’après l’auteur, tout ceci est une métaphore originale qui devrait préciser ses arguments. Tester cette métaphore comme une proposition scientifique est, pour l’auteur, complètement futile. L’Hypothèse Gaia peut être une grande vision mais ne peut pas être validée scientifiquement.

Tout d’abord, utiliser un nombre limité de références peut diminuer le crédit de cette review. Cependant, il faut prendre en compte sa date de publication. En 1989, il n’y avait peut-être pas beaucoup d’articles sur l’Hypothèse Gaia, étant donné que cette hypothèse est née relativement peu de temps (15 ans) avant la rédaction de cette review. De plus, les idées sur l’Hypothèse Gaia étaient peut-être valables car encore récentes, mais il faut se demander si ces concepts de l’époque sont toujours valables aujourd’hui, en 2016. Cependant, même si l’auteur fait comprendre que certains paramètres de l’Hypothèse ne sont pas testables, il ne prend pas pour autant parti et garde une certaine ouverture d’esprit. “Gaia may be a grand vision, but it is not the kind of vision that can be scientifically validated”.

Cette review fait la synthèse d'articles qui supportent certains aspects de l'Hypothèse Gaia et propose de montrer si ces aspects sont potentiellement validables ou réfutables par l’utilisation de tests et expériences. L'auteur montre ainsi que des notions qui ne sont tout simplement pas testables ou qui ne permettent pas la comparaison avec des données réelles ne peuvent pas être pris en compte dans le débat. Cela ne peut donc pas prouver la validité scientifique de l'Hypothèse Gaia.

Les organismes influent fortement la Terre mais la relation inverse est présente aussi, l’environnement module à la vie à la surface de la Terre. Ainsi, on peut considérer que l’environnement et la vie sont deux composants d’un seul et même système. Pour comprendre le rôle que chacun de ces composants, l’utilisation d’un modèle de planète simplifié est nécessaire. Pour cela, le modèle Daisyworld considère deux espèces de marguerites, les marguerites blanches et noires en fonction de la température.

Plusieurs équations mathématiques ont été utilisé pour créer ce modèle. Les marguerites utilisées sont les marguerites noires qui reflètent moins la lumière du soleil que le sol alors que les marguerites blanches reflète fortement le rayonnement solaire. Les paramètres quantifiés sont les zones de développements des fleurs, le temps de croissance, la luminosité du soleil de Daisyworld, la température est comprise entre 5 °C et 40 °C, la planète Daisyworld est plate ou cylindrique, l’albédo des deux espèces, l’énergie solaire de Daisyworld. Ces paramètres sont modélisés par une parabole.

Le contrôle montre la réponse pour une espèce de marguerite, avec un albédo identique à celle du sol, ainsi la présence ou l’absence de fleurs ne fait pas de différence de températures. Seule les marguerites noires se développent et montrent que l’homéostasie de la température est importante. Les marguerites blanches uniquement montre une croissance en fonction de la luminosité. Le modèle complet montrent une diminution de la température en réponse d’une augmentation de la luminosité. Néanmoins, la constance solaire diminue avec la latitude. Cependant, les marguerites noires sont plus chaudes que les blanches et ont tendance à réchauffer la planète, le système présente un point stable qui n’est pas représentatif de la coexistence entre le biote et l’environnement actuels. Donc, le changement de température des marguerites noires crée des nuages qui entraînent l’augmentation des marguerites noires et diminue le développement des marguerites blanches car, celles-ci sont moins robustes.

Cependant, ce système ne tient pas compte d’un grand nombre de paramètre qui joue un rôle dans la régulation de l’homéostasie de la Terre. En effet, le modèle Daisyworld ne tiens pas rigueur de l’atmosphère et de sa composition qui d’après Lovelock aurait une influence sur l’apparition de la vie. La température de croissance modélisée ne présent pas une fourchette assez large. Les auteurs, ne tiens pas compte de la géométrie de la Terre, et des autres paramètres géophysiques.

Cet article permet d’apporter un modèle d’étude pour la compréhension de l’hypothèse Gaïa en contrôlant un grand nombre de paramètres. Cependant, ce modèle n’est pas assez représentatif de la Terre, et par conséquences donne des résultats extrapolés.