Şimdiye kadar Dünya üzerindeki işleyişi açıklayan, bu işleyişin nasıl sağlandığına ve devam ettirildiğine dair farklı kanıtlar ve görüşler öne süren birçok çalışma yapılmıştır. Gaia Hipotezi de bu çalışmalardan bir tanesidir. Hipotez, dünyayı bir süper organizma olarak görür. Bu organizmada, atmosfer, okyanuslar, kara ve canlılar gibi farklı parçalar, organizmanın sağlığını korumak için birlikte çalışır. Bu, bedenin farklı organlarının ve sistemlerinin bir arada çalışarak sağlığı ve dengeyi korumasına benzer.
Gaia hipotezi, gezegenimizin yaşamını bir bütün olarak ele alan, yaşam formlarının ve cansız olarak düşünülen doğanın birbirleriyle etkileşim içinde olduğunu öne süren bir görüştür. Bu görüşte gezegenin kendi kendini düzenlemesi ve etkileşimli kontrol mekanizmalarına dair bilgi yer almaktadır.
Gaia hipotezini araştıran bilim insanları, biyosferin ve yaşam formlarının gelişimini incelemektedir. Bu bağlamda küresel sıcaklık, okyanus tuzluluğu ve atmosferdeki oksijen miktarı gibi faktörleri yaşam dengesine nasıl katkıda bulunduğunu gözlemlemeye odaklanırlar. Bu hipoteze göre Dünya'nın farklı katmanları olan biyosfer, atmosfer, hidrosfer ve pedosfer (toprak küre) birbirine sıkıca bağlı bir şekilde kendi kendini düzenleyen karmaşık bir sistemdir.
Gaia, yaşamın geri bildirim döngüleriyle bilinçsizce düzenlenen bir sistemdir. Bu döngüler, canlıların, özellikle de mikroorganizmaların, inorganik maddelerle etkileşimine dayanır. Bu sayede, gezegenin yüzey sıcaklığını, atmosfer bileşimini ve okyanusların tuz miktarını düzenleyen bir küresel kontrol sistemi oluşturulur.
Okyanuslardaki tuz miktarı, uzun bir süredir %3,4 seviyesinde sabit bir haldedir. Bu tuz miktarının seviyesi önemlidir. Birçok organizma %5’in üzerindeki tuzluluk seviyesine tolerans gösteremez. Aslında okyanus tuzluluğunun bu kadar uzun süre sabit kalması çözülemeyen bir gizemdir. Çünkü nehir tuzlarının okyanus tuzlarına olan katkısı, okyanustaki tuzluluğu beklenenden çok daha az etkilemektedir.
Dünya'nın atmosferi, yaşam için ideal koşulları sağlayarak sabit kalır. Atmosferde bulunan gazlar genellikle organizmalar tarafından işlenir. Gaia hipotezi, Dünya'nın atmosfer bileşiminin yaşamın varlığıyla dinamik bir şekilde dengede tutulduğunu öne sürmektedir. Bu durum, canlılık olmayan gezegenlerde ise dengelenmemiş ve canlılığa uygun olmayan şekilde devam etmiştir.
Dünya atmosferi genellikle %78,09 azot, %20,95 oksijen, %0,93 argon, %0,039 karbondioksit ve az miktarda metan gibi diğer gazları içerir. Oksijen, flordan sonra atmosferdeki en reaktif ikinci gazdır. Normalde oksijen, Dünya'nın kabuğundaki gazlar ve minerallerle reaksiyona girer. Bu etkileşim sonucunda oksijen miktarı dengelenir.
Dünya'da yaşam başladığından beri, Güneş'ten gelen enerji miktarı %25 ila %30 artmıştır. Ancak bu artışa rağmen gezegenin yüzey sıcaklığı istikrarlı bir şekilde yaşanabilir seviyelerde kalmıştır. Dünya yüzeyinin sıcaklığı ilgili bilim dalları tarafından incelenmektedir. Buna ilişkin Gaia hipotezi ile paralel ve çelişen farklı görüşler ortaya çıkmıştır.
Hipotezi oluşturan Lovelock, erken atmosferde metanojenlerin yani metan gazı üreten organizmaların yüksek miktarda metan ürettiğini ve bu nedenle tıpkı bir uydu gibi bir görünüm oluşturduğunu varsaymıştır. Bu durum, ozon tabakası oluşmadan önce gezegenin ultraviyole radyasyonunu perdelemeye eğilimli olduğunu ve bir noktaya kadar iç dengeyi korumaya devam ettiğini göstermiştir.
Buz Çağı gibi dönemlerde oksijen şokları ve azalan metan seviyeleri, Kartopu Dünya teorisine göre Dünya'nın neredeyse tamamen buz tabakası ile kaplanmasına yol açmıştır. Bu teori, biyojeofizyolojik süreçler aracılığıyla Dünya yüzeyinin tamamen donduğu dönemlerin sona ermesine uygun olsa da Gaia hipotezi ile çelişmektedir.
CLAW hipotezi, okyanus ekosistemleri ile Dünya'nın iklimi arasında bir geri bildirim döngüsü olduğunu savunur. Bu hipoteze göre, belirli fitoplankton türlerinin ürettiği dimetil sülfit, iklim değişikliklerine yanıt olarak hareket eden negatif bir geri bildirim döngüsü oluşturur. Ancak, şu anda Gaia'nın homeostatik dengesi, insan faaliyetlerinin artması ve çevresel etkileri nedeniyle zorlanmaktadır. Artan sera gazı emisyonları, Gaia'nın olumsuz geri bildirimlerinin olumlu geri bildirimlere dönüşmesine neden olabilir. Lovelock'a göre bu durum, hızlanmış bir küresel ısınma ve kitlesel insan ölümlerine yol açabilir. Gaia hipotezi içerisinde oluşabilecek durumlar ise çeşitli bilim insanları tarafından matematiksel modellere dönüştürülmüştür.
James Lovelock ve Andrew Watson, organizmaların çevreleriyle etkileşime girerek sıcaklık düzenlemelerini gösteren bir matematiksel model olan Daisyworld'ü geliştirmiştir. Modelin amacı, yeryüzünde oluşan geri bildirim mekanizmalarının doğal döngülerin aksine organizmaların kendi faaliyetlerinden doğabileceğini göstermektir.
Daisyworld, enerji dengesini incelemek için siyah ve beyaz papatyalarla oluşturulmuş bir gezegenin modelidir. Siyah papatyalar ışığı emerek gezegeni ısıtırken, beyaz papatyalar ışığı yansıtarak gezegeni soğutur. Papatyalar arasındaki rekabet, büyüme oranlarını etkileyen sıcaklık değişikliklerine bağlıdır. Bu rekabet, papatya popülasyonunun, uygun bir gezegensel sıcaklığa doğru dengelenmesini sağlar.
Bir ekosistemde çok sayıda tür bulunması, Gaia hipotezi gibi biyoçeşitliliğin ekosistem düzenindeki rolünü açıklamada iki farklı görüşe yol açmıştır. Çevre bilimci Brian Walker tarafından önerilen "tür fazlalığı" hipotezi, ekosistem dengesine katkıda bulunan türlerin sayısının aslında çok az olduğunu savunmaktadır. Bu hipoteze göre, her tür, bir uçaktaki yolcular gibi, genel dengeye çok az katkıda bulunur. Sağlıklı bir ekosistemi temsil eden bir uçakta canlı türleri biri vida olarak düşünülür. Aşamalı tür kaybı, vida kaybı gibi ekosistemi zayıflatır ve sürdürülebilir olmaktan çıkarana kadar çöküşe yol açar.
Ancak, Daisyworld simülasyonları, çeşitli türlerin varlığının ekosistemlerin istikrarına önemli katkılarda bulunduğunu göstermiştir. Bu simülasyonlarda, tür çeşitliliği arttıkça, gezegen genelinde sıcaklık düzenlemesinin ve iyileşmenin arttığı bulunmuştur. Bu sonuçlar, biyolojik çeşitliliğin değerli olduğunu desteklemektedir. Bu bulgular daha sonra, Minnesota'da gerçekleştirilen bir çalışmada da doğrulanmıştır. David Tilman ve John A. Downing, çeşitli bitki topluluklarının daha fazla tür çeşitliliğine sahip olduğunu ve bu bitkilerin büyük ölçüde kuraklığa dayanıklı olduğunu bulmuşlardır. Bu sonuçlar, tür fazlalığı hipotezini desteklemekte ve türlerin fazlalık olduğu alternatif hipotezi ise desteklememektedir.
Gaia hipotezini destekleyen bilim insanları, canlı organizmaların karbon döngüsüne katılımını, yaşam için uygun koşulları sağlayan süreçlerden biri olarak görmektedir.
Atmosferdeki karbondioksitin doğal kaynağı volkanik aktivite iken, önemli bir uzaklaştırma yöntemi karbonat kayaçlarının çökelmesidir. Karbon çökmesi, suyun içerisinde ve topraklarda gaz dolaşımını sağlayan bitki kökleri ve bakteriler gibi organizmaların etkisiyle deniz tabanında gerçekleşir. Canlı organizmalar, kalsiyum karbonatı üretmek için kabuklar oluşturur. Bu yapılar, ölü organizmaların deniz tabanına düşmesiyle kireçtaşı birikintilerine dönüşür.
Döngüde yer alan organizmalardan biri Emiliania huxleyi adlı bir kokolitofor yosun türüdür. Kokolitoforlar, denizlerde yaşayan ve fotosentez yoluyla karbondioksiti alarak organik karbonu bünyelerinde toplayan mikroskobik alglerdir. Ayrıca, kalsiyum karbonat kabukları oluşturarak da karbondioksiti depolarlar. Bu kabuklar deniz tabanına çöker ve uzun vadeli karbon depolaması sağlar, böylece atmosferdeki karbondioksit seviyelerini düzenlemeye yardımcı olurlar.
Likenler ve diğer organizmalar, yüzeydeki kayaların ayrışmasını hızlandırırlar. Aynı zamanda toprakta daha hızlı ayrışan kayaların ayrışmasını sağlayan kökler, mantarlar, bakteriler ve yeraltı hayvanlarıyla birlikte çalışırlar. Bu şekilde, atmosferden toprağa doğru karbondioksit akışı canlılar aracılığıyla sağlanır. Atmosferdeki CO2 seviyeleri arttıkça sıcaklık yükselir ve bitkiler büyür. Bu büyüme, bitkilerin CO2 tüketimini artırarak atmosferden daha fazla CO2'nin alınmasını sağlar. Böylece, Gaia hipotezinin savunduğu gibi canlı ve cansız olan Dünya sistemleri kendini kontrol eder ve düzenler.
Gaia hipotezi, İngiliz bilim insanı James Lovelock tarafından ortaya atılmıştır. Ancak hipotezin gelişmesinde ve yayılmasında Amerikalı mikrobiyolog Lynn Margulis'in katkıları da bulunmaktadır. James Lovelock, Gaia hipotezini ilk olarak 1970'lerin başlarında ortaya atmıştır ve bu hipotezi 1972'de "Geophysiology" adlı bir bilimsel makalede tanıtmıştır.
Gaia hipotezi, adını Antik Yunan mitolojisindeki "Gaia" adlı toprak tanrıçasından almıştır. Lovelock, ilk olarak gezegenimizi bir bütün olarak ele almıştır ve yaşamın çevresiyle etkileşim halinde olduğunu ve gezegenin kendi kendini düzenlediğini öne sürmüştür.
Lovelock, gezegenin biyosferinin, atmosfer, okyanuslar ve kayaçlarla birlikte bir bütün olarak düşünülmesi gerektiğini savunmuştur. Ona göre, yaşam formları, gezegenin kimyasal ve fiziksel koşullarını düzenler ve uyumlu bir denge sağlarlar. Bu hipoteze göre gezegen, bir organizma gibi davranır ve gezegenin yaşam koşullarını en uygun hale getirmek için birbiriyle etkileşim halindedir.
Lynn Margulis, Gaia hipotezine artı olarak mikrobiyal bir bakış açısı getirmiş ve özellikle bakterilerin ve diğer mikroorganizmaların gezegenin yaşam ve çevre üzerindeki etkilerini vurgulamıştır. Margulis'in endosimbiyoz teorisi, bu hipotezin gelişiminde önemli bir rol oynamıştır. Bu teori, birçok önemli sürecin, farklı organizmalar arasındaki işbirliği ve birliktelikleri sonucunda ortaya çıktığını öne sürmektedir.
