In de zoektocht naar buitenaardse intelligentie worden wetenschappers vaak beschuldigd van 'koolstofchauvinisme' omdat ze verwachten dat andere levensvormen in het universum bestaan uit dezelfde biochemische bouwstenen als wij, en hun zoektocht daarop afstemmen. Maar het leven kan heel anders zijn - en mensen denken erover na - dus laten we tien mogelijke biologische en niet-biologische systemen onderzoeken die de definitie van 'leven' uitbreiden.
En na het lezen, zult u zeggen welke vorm voor u twijfelachtig is, zelfs theoretisch.
Methanogenen
In 2005 hebben Heather Smith van de International Space University in Straatsburg en Chris McKay van NASA's Ames Research Center een paper opgesteld waarin ze de mogelijkheid van leven op basis van methaan, de zogenaamde methanogenen, onderzoeken. Dergelijke levensvormen zouden waterstof, acetyleen en ethaan kunnen verbruiken en methaan uitademen in plaats van koolstofdioxide.
Dit zou mogelijk leefbare zones kunnen maken voor leven in koude werelden zoals Saturnusmaan Titan. Net als de aarde is de atmosfeer van Titan grotendeels stikstof, maar gemengd met methaan. Titan is ook de enige plaats in ons zonnestelsel, naast de aarde, waar grote vloeistofreservoirs zijn - meren en rivieren van een ethaan-methaanmengsel. (Ondergrondse watermassa's zijn ook aanwezig op Titan, zijn zustermaan Enceladus en Jupiters maan Europa.) Vloeistof wordt als essentieel beschouwd voor moleculaire interacties in organisch leven, en de focus zal natuurlijk op water liggen, maar ethaan en methaan laten ook dergelijke interacties toe.
NASA en ESA's Cassini-Huygens-missie in 2004 observeerden een vuile wereld met een temperatuur van -179 graden Celsius, waar het water zo hard was als steen en methaan door riviervalleien en bekkens in poolmeren dreef. In 2015 ontwikkelde een team van chemisch ingenieurs en astronomen aan de Cornell University een theoretisch celmembraan gemaakt van kleine organische stikstofverbindingen die zouden kunnen functioneren in het vloeibare methaan van Titan. Ze noemden hun theoretische cel "stikstofosoom", wat letterlijk "stikstofhoudend lichaam" betekent, en het had dezelfde stabiliteit en flexibiliteit als het liposoom van de aarde. De meest interessante moleculaire verbinding was het acrylonitrilazotosoom. Acrylonitril, een kleurloos en giftig organisch molecuul, wordt op aarde gebruikt voor acrylverf, rubber en thermoplasten; het werd ook gevonden in de atmosfeer van Titan.
Promotie video:
De implicaties van deze experimenten voor de zoektocht naar buitenaards leven zijn moeilijk te overschatten. Er kan niet alleen leven op Titan ontstaan, maar het kan ook worden gedetecteerd door sporen van waterstof, acetyleen en ethaan op het oppervlak. Door methaan gedomineerde planeten en manen bevinden zich mogelijk niet alleen rond zonachtige sterren, maar ook rond rode dwergen in de bredere Goudlokje-zone. Als NASA in 2016 de Titan Mare Explorer lanceert, hebben we al in 2023 gedetailleerde informatie over het mogelijke leven op stikstof.
Silicium gebaseerd leven
Op silicium gebaseerd leven is misschien wel de meest voorkomende vorm van alternatieve biochemie, geliefd bij populaire wetenschap en fictie - denk aan de Horta uit Star Trek. Dit idee is verre van nieuw, de wortels gaan terug naar de gedachten van H. G. Wells in 1894: “Wat voor fantastische fantasie zou er uit zo'n aanname kunnen worden uitgespeeld: stel je silicium-aluminium-organismen voor - of misschien silicium-aluminium-mensen tegelijk? - die door een atmosfeer van gasvormige zwavel reizen, laten we zeggen, op zeeën van vloeibaar ijzer met een temperatuur van enkele duizenden graden of zoiets, net boven de temperatuur van een hoogoven.
Silicium blijft populair, juist omdat het sterk lijkt op koolstof en vier bindingen kan vormen, zoals koolstof, wat de mogelijkheid opent om een biochemisch systeem te creëren dat volledig afhankelijk is van silicium. Het is, afgezien van zuurstof, het meest voorkomende element in de aardkorst. Er zijn algen op aarde die silicium opnemen in hun groeiproces. Silicium speelt een tweede rol na koolstof, omdat het meer stabiele en diverse complexe structuren kan vormen die nodig zijn voor het leven. Koolstofmoleculen omvatten zuurstof en stikstof, die ongelooflijk sterke bindingen vormen. Op silicium gebaseerde complexe moleculen hebben helaas de neiging uiteen te vallen. Bovendien is koolstof buitengewoon overvloedig aanwezig in het universum en bestaat het al miljarden jaren.
Het is onwaarschijnlijk dat op silicium gebaseerd leven zal ontstaan in een terrestrische omgeving, aangezien het meeste vrije silicium zal worden opgesloten in vulkanische en stollingsgesteenten van silicaatmaterialen. Er wordt aangenomen dat in een omgeving met hoge temperaturen alles anders kan zijn, maar er is nog geen bewijs gevonden. Een extreme wereld als Titan zou leven op basis van silicium kunnen ondersteunen, mogelijk in combinatie met methanogenen, aangezien siliciummoleculen zoals silanen en polysilanen de organische chemie van de aarde kunnen nabootsen. Het oppervlak van Titan wordt echter gedomineerd door koolstof, terwijl het meeste silicium zich diep onder het oppervlak bevindt.
NASA-astrochemicus Max Bernstein suggereerde dat op silicium gebaseerd leven zou kunnen bestaan op een zeer hete planeet, met een atmosfeer die rijk is aan waterstof en arm aan zuurstof, waardoor complexe silaanchemie met silicium backlinks kan gebeuren met selenium of telluur, maar dit is volgens Bernstein onwaarschijnlijk. Op aarde zouden dergelijke organismen zich heel langzaam vermenigvuldigen, en onze biochemie zou elkaar op geen enkele manier hinderen. Ze konden onze steden echter langzaam opeten, maar "er zou een drilboor op kunnen worden toegepast".
Andere biochemische opties
In wezen zijn er nogal wat voorstellen gedaan voor levenssystemen die gebaseerd zijn op iets anders dan koolstof. Net als koolstof en silicium heeft boor ook de neiging om sterke covalente moleculaire bindingen te vormen, waarbij verschillende structurele varianten van het hydride worden gevormd, waarin booratomen zijn verbonden door waterstofbruggen. Net als koolstof kan boor zich binden met stikstof om verbindingen te vormen met chemische en fysische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met alkanen, de eenvoudigste organische verbindingen. Het grootste probleem met op boor gebaseerd leven is dat het een vrij zeldzaam element is. Op boor gebaseerd leven zal het meest geschikt zijn in een omgeving die koud genoeg is voor vloeibare ammoniak, dan zullen chemische reacties beter gecontroleerd worden.
Een andere mogelijke levensvorm die enige aandacht heeft gekregen, is leven op basis van arseen. Al het leven op aarde bestaat uit koolstof, waterstof, zuurstof, fosfor en zwavel, maar in 2010 kondigde NASA aan dat het de bacterie GFAJ-1 had gevonden, die arseen in plaats van fosfor in de celstructuur zou kunnen opnemen zonder enige gevolgen voor zichzelf. GFAJ-1 leeft in de arseenrijke wateren van Lake Mono in Californië. Arseen is giftig voor elk levend wezen op de planeet, behalve voor enkele micro-organismen die het normaal dragen of inademen. GFAJ-1 is de eerste keer dat het lichaam dit element als biologische bouwsteen heeft opgenomen. Onafhankelijke experts hebben deze bewering een beetje afgezwakt toen ze geen bewijs vonden van de opname van arseen in het DNA, of zelfs maar van arsenaten. Desalniettemin is de belangstelling voor mogelijke biochemie op basis van arseen toegenomen.
Ammoniak is ook voorgesteld als een mogelijk alternatief voor water voor het opbouwen van levensvormen. Wetenschappers hebben het bestaan van een biochemie verondersteld die is gebaseerd op stikstof-waterstofverbindingen die ammoniak als oplosmiddel gebruiken; het zou kunnen worden gebruikt om eiwitten, nucleïnezuren en polypeptiden te maken. Elk leven op basis van ammoniak moet bestaan bij lage temperaturen waarbij ammoniak een vloeibare vorm aanneemt. Vaste ammoniak is dichter dan vloeibare ammoniak, dus er is geen manier om te voorkomen dat het bevriest als het koud wordt. Voor eencellige organismen zou dit geen probleem zijn, maar het zou chaos veroorzaken voor meercellige organismen. Niettemin is er een mogelijkheid van het bestaan van eencellige ammoniak-organismen op de koudere planeten van het zonnestelsel, evenals op gasreuzen zoals Jupiter.
Men neemt aan dat zwavel als basis heeft gediend voor het begin van het metabolisme op aarde, en bekende organismen die zwavel in plaats van zuurstof metaboliseren, bestaan onder extreme omstandigheden op aarde. Misschien zouden in een andere wereld op zwavel gebaseerde levensvormen een evolutionair voordeel kunnen opleveren. Sommige mensen denken dat stikstof en fosfor ook onder zeer specifieke omstandigheden de plaats van koolstof kunnen innemen.
Memetisch leven
Richard Dawkins gelooft dat het basisprincipe van het leven als volgt klinkt: "Al het leven ontwikkelt zich dankzij de overlevingsmechanismen van voortplantende wezens." Het leven zou zich moeten kunnen voortplanten (met enkele aannames) en in een omgeving moeten zijn waar natuurlijke selectie en evolutie mogelijk zullen zijn. In zijn boek The Selfish Gene merkte Dawkins op dat concepten en ideeën in de hersenen worden gegenereerd en via communicatie onder mensen worden verspreid. Dit lijkt in veel opzichten op het gedrag en de aanpassing van genen, en daarom noemt hij ze 'memes'. Sommige mensen vergelijken de liederen, grappen en rituelen van de menselijke samenleving met de eerste stadia van organisch leven - vrije radicalen die in de oude zeeën van de aarde drijven. De creaties van de geest reproduceren, evolueren en worstelen om te overleven op het gebied van ideeën.
Soortgelijke memes bestonden al voor de mensheid, in de sociale roep van vogels en het aangeleerde gedrag van primaten. Toen de mensheid in staat werd abstract te denken, werden memes verder ontwikkeld, die de stamrelaties beheersten en de basis vormden voor de eerste tradities, cultuur en religie. De uitvinding van het schrijven heeft de ontwikkeling van memes verder gestimuleerd, omdat ze zich in ruimte en tijd konden verspreiden en memetische informatie op een vergelijkbare manier konden verzenden als hoe genen biologische informatie doorgeven. Voor sommigen is dit een pure analogie, maar anderen geloven dat memes een unieke, zij het enigszins rudimentaire en beperkte levensvorm vertegenwoordigen.
Sommigen gingen zelfs nog verder. Georg van Driem ontwikkelde de theorie van "symbiosisme", wat inhoudt dat talen levensvormen op zich zijn. Oude taaltheorieën beschouwden taal als een soort parasiet, maar van Driem gelooft dat we samenleven met de memetische entiteiten die onze hersenen bewonen. We leven in een symbiotische relatie met taalorganismen: zonder ons kunnen ze niet bestaan, en zonder hen verschillen we niet van apen. Hij gelooft dat de illusie van bewustzijn en vrije wil voortkomt uit de interactie van dierlijke instincten, honger en lust van een menselijke drager en een taalkundige symbiont die wordt gereproduceerd met behulp van ideeën en betekenissen.
XNA gebaseerd synthetisch leven
Het leven op aarde is gebaseerd op twee informatiedragende moleculen, DNA en RNA, en wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of er andere soortgelijke moleculen zouden kunnen worden gemaakt. Hoewel elk polymeer informatie kan opslaan, vertegenwoordigen RNA en DNA erfelijkheid, de codering en overdracht van genetische informatie, en kunnen ze zich in de loop van de tijd door evolutie aanpassen. DNA en RNA zijn ketens van nucleotidemoleculen die bestaan uit drie chemische componenten: fosfaat, een suikergroep met vijf koolstofatomen (deoxyribose in DNA of ribose in RNA) en een van de vijf standaardbasen (adenine, guanine, cytosine, thymine of uracil).
In 2012 ontwikkelde een groep wetenschappers uit Engeland, België en Denemarken als eerste ter wereld xenonucleïnezuur (XNA, XNA), synthetische nucleotiden die functioneel en structureel lijken op DNA en RNA. Ze zijn ontwikkeld door de suikergroepen deoxyribose en ribose te vervangen door verschillende vervangers. Dergelijke moleculen zijn al eerder gemaakt, maar voor het eerst in de geschiedenis konden ze zich voortplanten en evolueren. In DNA en RNA vindt replicatie plaats door polymerasemoleculen die normale nucleïnezuursequenties kunnen lezen, transcriberen en reverse transcriberen. De groep ontwikkelde synthetische polymerasen die zes nieuwe genetische systemen creëerden: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA en TNA.
Een van de nieuwe genetische systemen, HNA, of hexitonucleïnezuur, was robuust genoeg om precies de juiste hoeveelheid genetische informatie op te slaan die als basis zou kunnen dienen voor biologische systemen. Een ander, threosonucleïnezuur, of TNA, bleek een potentiële kandidaat te zijn voor de mysterieuze primaire biochemie die regeerde aan het begin van het leven.
Er zijn veel mogelijke toepassingen voor deze vooruitgang. Verder onderzoek zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van betere modellen voor het ontstaan van leven op aarde en zal gevolgen hebben voor biologische uitvindingen. XNA heeft therapeutische toepassingen omdat het mogelijk is om nucleïnezuren te maken om specifieke moleculaire doelwitten te behandelen en eraan te binden die niet zo snel achteruitgaan als DNA of RNA. Ze kunnen zelfs de basis vormen van moleculaire machines of, in het algemeen, kunstmatige levensvormen.
Maar voordat dat mogelijk is, moeten er andere enzymen worden ontwikkeld die compatibel zijn met een van de XNA's. Sommigen van hen werden eind 2014 al in het VK ontwikkeld. Er is ook de mogelijkheid dat XNA RNA / DNA-organismen kan beschadigen, dus veiligheid moet voorop staan.
Chromodynamica, zwakke kernkracht en zwaartekracht
In 1979 stelde wetenschapper en nanotechnoloog Robert Freitas Jr. een mogelijk niet-biologisch leven voor. Hij verklaarde dat het mogelijke metabolisme van levende systemen gebaseerd is op vier fundamentele krachten: elektromagnetisme, sterke kernkracht (of kwantumchromodynamica), zwakke kernkracht en zwaartekracht. Elektromagnetisch leven is het standaard biologische leven dat we op aarde hebben.
Chromodynamisch leven zou gebaseerd kunnen zijn op een sterke nucleaire kracht, die wordt beschouwd als de sterkste van de fundamentele krachten, maar alleen over extreem korte afstanden. Freitas theoretiseerde dat een dergelijk medium mogelijk zou zijn in een neutronenster, een zwaar roterend object met een diameter van 10-20 kilometer met de massa van een ster. Met een ongelooflijke dichtheid, een krachtig magnetisch veld en een zwaartekracht die 100 miljard keer sterker is dan op aarde, zou zo'n ster een kern hebben met een korst van 3 km kristallijn ijzer. Daaronder zou een zee zijn met ongelooflijk hete neutronen, verschillende nucleaire deeltjes, protonen en atoomkernen, en mogelijk neutronenrijke "macro-kernen". Deze macronuclei zouden in theorie grote supernuclei kunnen vormen, analoog aan organische moleculen, neutronen zouden in een bizar pseudobiologisch systeem werken als het equivalent van water.
Freitas zag levensvormen gebaseerd op zwakke nucleaire interacties als onwaarschijnlijk, aangezien zwakke krachten alleen in het subnucleaire bereik opereren en niet bijzonder sterk zijn. Zoals vaak blijkt uit bèta-radioactief verval en vrij verval van neutronen, kunnen levensvormen van zwakke interacties bestaan met zorgvuldige controle van zwakke interacties in hun omgeving. Freitas stelde zich wezens voor die bestonden uit atomen met overtollige neutronen die radioactief worden als ze sterven. Hij suggereerde ook dat er gebieden in het heelal zijn waar een zwakke kernkracht sterker is, wat betekent dat de kans dat zulk leven tevoorschijn komt groter is.
Zwaartekrachtwezens kunnen ook bestaan, aangezien zwaartekracht de meest voorkomende en effectieve fundamentele kracht in het universum is. Zulke wezens zouden energie kunnen ontvangen van de zwaartekracht zelf, en onbeperkte kracht kunnen ontvangen van botsingen van zwarte gaten, melkwegstelsels en andere hemellichamen; kleinere wezens door de rotatie van de planeten; de kleinste - van de energie van watervallen, wind, getijden en oceaanstromingen, mogelijk aardbevingen.
Vormen van stof en plasma
Organisch leven op aarde is gebaseerd op moleculen met koolstofverbindingen, en we hebben al mogelijke verbindingen voor alternatieve vormen ontdekt. Maar in 2007 documenteerde een internationale groep wetenschappers onder leiding van V. N. Tsytovich van het Instituut voor Algemene Fysica van de Russische Academie van Wetenschappen dat, onder de juiste omstandigheden, deeltjes van anorganisch stof zich kunnen verzamelen tot spiraalvormige structuren, die dan met elkaar in wisselwerking zullen treden op een manier die inherent is aan organische chemie. Dit gedrag wordt ook geboren in de plasmatoestand, de vierde toestand van materie na vast, vloeibaar en gasvormig, wanneer elektronen worden losgemaakt van atomen, waardoor een massa geladen deeltjes achterblijft.
De groep van Tsytovich ontdekte dat wanneer elektronenladingen worden gescheiden en het plasma wordt gepolariseerd, de deeltjes in het plasma zichzelf organiseren in spiraalvormige structuren zoals een kurkentrekker, elektrisch geladen zijn en elkaar aantrekken. Ze kunnen ook delen door kopieën te maken van originele structuren, zoals DNA, en ladingen veroorzaken bij hun buren. Volgens Tsytovich “voldoen deze complexe, zelforganiserende plasmastructuren aan alle noodzakelijke vereisten om als kandidaten voor anorganisch levend materiaal te worden beschouwd. Ze zijn autonoom, ze planten zich voort en ze evolueren."
Sommige sceptici zijn van mening dat dergelijke beweringen meer de aandacht trekken dan serieuze wetenschappelijke beweringen. Hoewel helixstructuren in plasma op DNA kunnen lijken, impliceert gelijkenis in vorm niet noodzakelijk gelijkenis in functie. Bovendien betekent het feit dat de spiralen zich voortplanten niet het potentieel voor leven; wolken doen het ook. Nog ontmoedigender is dat veel van het onderzoek is gedaan naar computermodellen.
Een van de deelnemers aan het experiment meldde ook dat, hoewel de resultaten wel op het leven leken, ze uiteindelijk 'slechts een speciale vorm van plasmakristal' waren. Maar als anorganische deeltjes in plasma kunnen evolueren tot zelfreplicerende, evoluerende levensvormen, zouden ze de meest voorkomende vorm van leven in het universum kunnen zijn, dankzij het alomtegenwoordige plasma en de interstellaire stofwolken in de ruimte.
Anorganische chemische cellen
Professor Lee Cronin, een chemicus aan het College of Science and Engineering aan de Universiteit van Glasgow, droomt ervan levende cellen van metaal te maken. Hij gebruikt polyoxometallaten, een reeks metaalatomen die zijn gebonden aan zuurstof en fosfor, om celachtige bellen te creëren, die hij "anorganische chemische cellen" of iCHELLs noemt (een acroniem dat kan worden vertaald als "neocheleta").
De groep van Cronin begon met het maken van zouten uit negatief geladen ionen van grote metaaloxiden die waren gebonden aan een klein positief geladen ion zoals waterstof of natrium. Een oplossing van deze zouten wordt vervolgens geïnjecteerd in een andere zoutoplossing vol grote positief geladen organische ionen gebonden aan kleine negatief geladen ionen. De twee zouten ontmoeten elkaar en wisselen delen uit, zodat de grote metaaloxiden partners worden met de grote organische ionen en een soort bubbel vormen die ondoordringbaar is voor water. Door de ruggengraat van het metaaloxide te wijzigen, kunnen de bellen de eigenschappen krijgen van biologische celmembranen die selectief chemicaliën uit de cel passeren en vrijgeven, wat mogelijk hetzelfde type gecontroleerde chemische reacties mogelijk zou kunnen maken als in levende cellen.
Het team heeft ook bellen gemaakt in bellen door de interne structuren van biologische cellen na te bootsen en heeft vooruitgang geboekt bij het creëren van een kunstmatige vorm van fotosynthese die mogelijk kan worden gebruikt om kunstmatige plantencellen te maken. Andere synthetische biologen wijzen erop dat dergelijke cellen misschien nooit tot leven komen voordat ze een systeem van replicatie en evolutie hebben zoals DNA. Cronin verliest niet de hoop dat verdere ontwikkeling vruchten zal afwerpen. Mogelijke toepassingen van deze technologie zijn onder meer de ontwikkeling van materialen voor zonnebrandstofapparatuur en natuurlijk medicijnen.
Volgens Cronin "is het belangrijkste doel om complexe chemische cellen te creëren met levende eigenschappen die ons kunnen helpen de ontwikkeling van het leven te begrijpen en hetzelfde pad te volgen om nieuwe technologieën gebaseerd op evolutie in de materiële wereld te brengen - een soort anorganische levende technologieën."
Von Neumann-sondes
Machinaal kunstmatig leven is een vrij algemeen idee, bijna triviaal, dus laten we eens kijken naar von Neumann-sondes om het niet te omzeilen. Ze werden voor het eerst uitgevonden in het midden van de 20e eeuw door de Hongaarse wiskundige en futurist John von Neumann, die geloofde dat een machine mechanismen van zelfbeheersing en zelfgenezing moet hebben om de functies van het menselijk brein te reproduceren. Dus kwam hij op het idee om zelf-reproducerende machines te maken, die gebaseerd zijn op observaties van de toenemende complexiteit van het leven tijdens het reproductieproces. Hij geloofde dat dergelijke machines een soort universele constructeur zouden kunnen worden die het niet alleen mogelijk zou maken om volledige replica's van zichzelf te maken, maar ook om versies te verbeteren of te wijzigen, waardoor evolutie en toenemende complexiteit in de loop van de tijd kunnen worden uitgevoerd.
Andere futuristen zoals Freeman Dyson en Eric Drexler pasten deze ideeën snel toe op verkenning van de ruimte en creëerden de von Neumann-sonde. Het sturen van een zelfreplicerende robot de ruimte in is misschien wel de meest efficiënte manier om een melkwegstelsel te koloniseren, aangezien hij de hele Melkweg in minder dan een miljoen jaar kan vastleggen, zelfs met de snelheid van het licht.
Zoals Michio Kaku uitlegde:
“De von Neumann-sonde is een robot die is ontworpen om verre stellaire systemen te bereiken en fabrieken te creëren die duizenden exemplaren van zichzelf zullen bouwen. Een dode maan, zelfs geen planeet, zou een ideale bestemming kunnen zijn voor von Neumann-sondes, omdat het het gemakkelijker zal maken om vanaf die manen te landen en op te stijgen, en ook omdat de manen geen erosie hebben. De sondes zouden van het land kunnen leven en ijzer, nikkel en andere grondstoffen ontginnen om robotfabrieken te bouwen. Ze zouden duizenden kopieën van zichzelf maken, die zich vervolgens zouden verspreiden op zoek naar andere sterrenstelsels."
In de loop der jaren zijn er verschillende versies van het basisidee van de von Neumann-sonde bedacht, waaronder verkennings- en verkenningssondes voor het stilletjes verkennen en observeren van buitenaardse beschavingen; communicatiesondes verspreid over de ruimte om buitenaardse radiosignalen beter op te vangen; werksondes voor de constructie van superzware ruimtestructuren; koloniserende sondes die andere werelden zullen veroveren. Er kunnen zelfs leidende sondes zijn die jonge beschavingen de ruimte in zullen nemen. Helaas kunnen er woeste sondes zijn, wiens taak het is om sporen van organisch materiaal in de ruimte te vernietigen, gevolgd door de constructie van politie-sondes die deze aanvallen zullen weerspiegelen. Aangezien von Neumann-sondes een soort ruimtevirus kunnen worden, moeten we voorzichtig zijn bij het ontwikkelen ervan.
Gaia's hypothese
In 1975 schreven James Lovelock en Sidney Upton samen een artikel voor de New Scientist getiteld "Finding Gaia". Lovelock en Upton hielden vast aan de traditionele opvatting dat het leven op aarde is ontstaan en bloeide door de juiste materiële omstandigheden, en suggereerden dat het leven dus een actieve rol speelde bij het handhaven en bepalen van de voorwaarden voor zijn overleving. Ze suggereerden dat alle levende materie op aarde, in de lucht, oceanen en op het oppervlak deel uitmaakt van een enkel systeem dat zich gedraagt als een superorganisme dat in staat is om de temperatuur aan het oppervlak en de samenstelling van de atmosfeer op een manier aan te passen die nodig is om te overleven. Ze noemden dit systeem Gaia, naar de Griekse godin van de aarde. Het bestaat om de homeostase te behouden, waardoor de biosfeer op aarde kan bestaan.
Lovelock werkt sinds het midden van de jaren zestig aan de Gaia-hypothese. Het basisidee is dat de biosfeer van de aarde een aantal natuurlijke cycli kent, en als er een misgaat, compenseren anderen dit op een manier die de vitale capaciteit in stand houdt. Dit zou kunnen verklaren waarom de atmosfeer niet volledig uit kooldioxide bestaat of waarom de zeeën niet te zout zijn. Hoewel vulkaanuitbarstingen ervoor zorgden dat de vroege atmosfeer voornamelijk kooldioxide was, kwamen er stikstofproducerende bacteriën en planten tevoorschijn die zuurstof produceren door middel van fotosynthese. Miljoenen jaren later is de sfeer in ons voordeel veranderd. Terwijl rivieren zout via rotsen naar de oceanen transporteren, blijft het zoutgehalte van de oceanen stabiel op 3,4% doordat zout door scheuren in de oceaanbodem sijpelt. Dit zijn geen bewuste processen, maar het resultaat van feedback,waardoor de planeten in bewoonbaar evenwicht blijven.
Ander bewijs is dat als er geen biotische activiteit was, methaan en waterstof in slechts enkele decennia uit de atmosfeer zouden verdwijnen. Bovendien is de gemiddelde temperatuur op aarde, ondanks een stijging van de temperatuur van de zon met 30% in de afgelopen 3,5 miljard jaar, slechts 5 graden Celsius gestegen, dankzij een reguleringsmechanisme dat kooldioxide uit de atmosfeer verwijdert en vasthoudt in gefossiliseerd organisch materiaal.
Aanvankelijk werden Lovelocks ideeën belachelijk gemaakt en beschuldigd. In de loop van de tijd heeft de hypothese van Gaia echter de ideeën over de biosfeer van de aarde beïnvloed en geholpen om hun integrale perceptie in de wetenschappelijke wereld te vormen. Tegenwoordig wordt Gaia's hypothese eerder gerespecteerd dan geaccepteerd door wetenschappers. Het is eerder een positief cultureel kader waarbinnen wetenschappelijk onderzoek naar de aarde als mondiaal ecosysteem moet worden uitgevoerd.
Paleontoloog Peter Ward ontwikkelde in de Griekse mythologie de competitieve Medea-hypothese, genoemd naar de moeder die haar kinderen vermoordde, waarvan het belangrijkste idee is dat het leven inherent zelfvernietigend en suïcidaal is. Hij wijst erop dat historisch gezien de meeste massa-uitstervingen zijn veroorzaakt door levensvormen zoals micro-organismen of mensachtigen in broeken, die de atmosfeer van de aarde ernstig verwonden.