OPEN PROJECT

Inter- and transdisciplinary studies and research aimed at building the conceptual-methodological basis for an integrative approach to the Living–Non-living relationship, within a science of the whole Earth (the GAIA model)

English version. Romanian version and Bibliography below. 

Document retrieved from the archives of the UNESCO Chair of Geodynamics within the Institute of Geodynamics. The original text has been preserved as such, while the bibliography has been brought up to date through the addition of recent and relevant references.

Context

Under the name Gaia – the Living Planet, a series of scientific works has taken shape since 1965, highlighting the coupling between the processes and phenomena specific to the inorganic world (framework, substrate) and those of the Living world, characterized by the capacity for negentropic evolution, far from thermodynamic equilibrium, generating order. This integrative vision of the dynamics and evolution of planet Earth — seen as a bioreactor capable of giving rise to and sustaining living systems in a durable manner — was favoured by the emergence of new models and theories, by the capacity for computational modelling and by the development of the theory of Information and Cognition, beyond Shannonian theory. We may state that two types of structures are involved in a special interaction unfolding simultaneously at levels of differing complexity:

– a material structure, which obeys the laws of thermodynamics and has the natural tendency to evolve toward entropy (a structure characterized by continuous, intensive quantities, where empirical modelling reveals causal relations, while mathematical modelling involves scalars, vectors, tensors, fluxes, gradients, divergence, etc., conservation laws, systems of differential equations);
– an informational structure, whose energy-material weight is small in comparison with the effects upon the regulated (teleonomic) system, modellable through theories such as the General Theory of Dissipative Systems, of negentropic processes induced by information flows in regulatory loops, triggering, mutations, and modellable discretely (code, message, semantic decoder), doubled by processes of awareness, free will and consciousness.

In general, the two structures are coupled, ensuring what is called Geostasis — a self-regulating process that ensures the sustainability of Life and determines specific oscillations in the assembly called the GAIA system.

If the GAIA system is indeed a “unitary organism”, then it has a life of its own that cannot be understood, or even revealed, through however elaborate a study of its parts — just as we would not grasp the meaning of a poem from the anatomical and physiological study of the organism viewed physico-chemically (the supporting structure). Thus arises the necessity of approaching the problem also from the perspective of the science of Cognition, of quantum physics and of the study of Consciousness, as special elements that define the Observer.

Objectives

– defining the terms Living and Life, in the context of the new paradigm of Complexity, of the science of Cognition and of the results provided by computational science, through intelligent Agents, network theory, artificial life;
– understanding the Living–Non-living coupling, of the cause and the manner in which negentropy is produced;
– understanding and identifying methods for modelling and measuring forms in nature (the study of the process of morphogenesis);
– understanding certain geophysical fluctuations that are not due exclusively to astro-geophysical dynamics, but to the local or global negentropic influence of the Living;
– understanding and formalizing an original GAIA model based on the determining role of the Living upon the evolution of astro-biophysical processes, the corresponding identification of sensors capable of monitoring the “health” status of the environment from the perspective of the GAIA model, and the determination of an experimental research protocol dedicated to validating the model developed.

 

PROIECT DESCHIS

Studii și cercetări privind monitorizarea continuă și resuscitarea pacienților aflați în stări comatoase prin utilizarea de metode și tehnici furnizate de știința complexității

Document preluat din arhivele Catedrei de Geodinamică UNESCO din cadrul Institutului de Geodinamică. Textul original a fost păstrat ca atare, iar bibliografia a fost adusă la zi prin adăugarea unor referințe recente și relevante.

Context

Sub denumirea de Gaia – planeta Vie s-au structurat începând cu 1965 o serie de lucrări științifice care au evidențiat cuplajul dintre procesele și fenomenele specifice lumii anorganice (cadru, substrat) și cele ale lumii Vii, caracterizate prin capacitatea de evoluție negentropică, departe de echilibrul termodinamic, generatoare de ordine. Această viziune integrativă asupra dinamicii și evoluției planetei Pământ, văzută ca un bioreactor capabil să dea naștere și să întrețină sisteme vii, într-o manieră durabilă, a fost favorizată de apariția unor modele și teorii noi, de capacitatea de modelare computațională și de dezvoltarea teoriei Informației și a Cogniției, dincolo de teoria shannoniană. Putem afirma că sunt implicate într-o interacțiune specială, desfășurată simultan pe paliere de complexitate diferită, două tipuri de structuri:

– o structură materială, ce ascultă de legile termodinamicii, și care are tendința naturală de a evolua către entropie (structură caracterizată de mărimi continue, intensive, unde modelarea empirică evidențiază relații cauzale, în timp ce modelarea matematică implică scalari, vectori, tensori, fluxuri, gradienți, divergență etc., legi de conservare, sisteme de ecuații diferențiale);
– o structură informațională, a cărei pondere energo-materială este mică în comparație cu efectele asupra sistemului reglat (teleonomic), modelabilă prin teorii precum Teoria generală a Sistemelor Disipative, a proceselor negentropice induse de fluxuri de informații în bucle de reglare, declanșare, mutații, și modelabile discret (cod, mesaj, decodor semantic), dublate de procese de conștiență, liber arbitru și conștiință.

În general, cele două structuri sunt cuplate, asigurând ceea ce se numește Geostazie, proces de auto-reglare care asigură sustenabilitatea Vieții și determină oscilații specifice în ansamblul numit sistemul GAIA.

Dacă sistemul GAIA este într-adevăr un „organism unitar”, atunci el are o viață proprie ce nu poate fi înțeleasă sau măcar evidențiată prin studiul oricât de elaborat al părților sale, așa cum nu am înțelege sensul unei poezii din studiul de anatomie și fiziologie al organismului văzut fizico-chimic (structura suport). Apare astfel necesitatea abordării problematicii și din perspectiva științei Cogniției, a fizicii cuantice și a studiului Conștiinței, ca elemente speciale ce definesc Observatorul.

Obiective

– definirea termenului de Viu și Viață, în contextul noii paradigme a Complexității, a științei Cogniției și a rezultatelor furnizate de știința computațională, prin Agenți inteligenți, teoria rețelelor, viața artificială;
– înțelegerea cuplajului Viu-Neviu, a cauzei și modului în care se produce negentropia;
– înțelegerea și identificarea unor metode de modelare și măsurare a formelor în natură (studiul procesului de morfogeneză);
– înțelegerea unor fluctuații geofizice ce nu se datorează exclusiv dinamicii astro-geofizice, ci influenței negentropice locale sau globale a Viului;
– înțelegerea și formalizarea unui model original GAIA bazat pe rolul determinant al Viului asupra evoluției proceselor astro-biofizice, identificarea corespunzătoare a senzorilor capabili să monitorizeze starea „de sănătate” a mediului din perspectiva modelului GAIA și determinarea unui protocol de cercetare experimentală dedicat validării modelului elaborat.

Bibliografie / References

1. Ballard, J. G. (1962/1999). *The Drowned World*. Millennium Books, London.
2. Lovelock, J. (2006). *The Revenge of Gaia*. Penguin Books, New York/London.
3. Lovelock, J. (1979). *Gaia: A New Look at Life on Earth*. Oxford University Press, Oxford.
4. Lovelock, J. (1988). *The Ages of Gaia*. W. W. Norton & Co., New York.
5. Jones, C. (2002). Planet eaters or star makers? În Dator, J. (Ed.), *Advancing Futures: Futures Studies in Higher Education*. Praeger, Westport, CT, 265–282.
6. Tainter, J. (citat în Wright, R.) (2004). *A Brief History of Progress*. House of Anansi Press, Toronto.
7. Markley, O. (după Bateson și Stapledon). *The Fourth Wave: A Normative Forecast for the Future of SpaceShip Earth*. http://owmarkley.org/inward/Docs/SpaceShipEarth.htm
8. Barlow, C., Volk, T. (1992). Gaia and evolutionary biology. *BioScience*, 42(9), 686–693.
9. Betts, R., Lenton, T. M. (2007). Second chances for Lucky Gaia: a hypothesis of sequential selection. *Gaia Circular*, 4–6.
10. Boyd, R., Richerson, P. J. (2002). Group beneficial norms can spread rapidly in a structured population. *Journal of Theoretical Biology*, 215, 287–296.
11. Burt, R. S. (1992). *Structural Holes: The Structure of Competition*. Harvard University Press, Cambridge, MA.
12. Dawkins, R. (1976). *The Selfish Gene*. Oxford University Press.
13. Dawkins, R. (1982). *The Extended Phenotype*. Oxford University Press.
14. Doolittle, W. F. (1981). Is nature really motherly? *CoEvolution Quarterly*, 58–63.
15. Downing, K., Zvirinsky, P. (1999). The simulated evolution of biochemical guilds: reconciling Gaia theory and natural selection. *Artificial Life*, 5(4), 291–318.
16. Hardin, G. (1968). The tragedy of the commons. *Science*, 162, 1243–1248.
17. Kerr, R. A. (1988). No longer willful, Gaia becomes respectable. *Science*, 240, 393–395.
18. Lenton, T. M. (2004). Clarifying Gaia: regulation with or without natural selection. În Schneider, S. H., Miller, J. R., Crist, E., Boston, P. J. (Eds.), *Scientists Debate Gaia: The Next Century*. MIT Press, 15–25.
19. Lenton, T. M., Caldeira, K. G., Szathmáry, E. (2004). What does history teach us about the major transitions and role of disturbances in the evolution of life and of the earth system? În Schellnhuber, H. J., Crutzen, P. J., Clark, W. C., Claussen, M., Held, H. (Eds.), *Earth System Analysis for Sustainability*. Vol. 91 of Dahlem Workshop Reports. MIT Press, 29–52.
20. Lovelock, J. E. (1979). *Gaia: A New Look at Life on Earth*. Oxford University Press.
21. Lovelock, J. E., Margulis, L. (1974). Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: The Gaia hypothesis. *Tellus*, 26, 2–10.
22. Metz, J. A. J., Geritz, S. A. H., Meszéna, G., Jacobs, F. J. A., van Heerwaarden, J. S. (1996). Adaptive dynamics: a geometrical study of the consequences of nearly faithful reproduction. În van Strien, S. J., Verduyn Lunel, S. M. (Eds.), *Stochastic and Spatial Structures of Dynamical Systems*. North Holland, Amsterdam, 183–231.
23. Olson, M., Jr. (1965). *The Logic of Collective Action*. Harvard University Press, Cambridge, MA.
24. Postgate, J. (1988). Gaia gets too big for her boots. *New Scientist*, 60.
25. Rapoport, A., Chammah, A. M. (1965). *Prisoner’s Dilemma*. University of Michigan Press, Ann Arbor.
26. Swenson, W., Arendt, J., Wilson, D. S. (2000). Artificial selection of microbial ecosystems for 3-chloroaniline biodegradation. *Environmental Microbiology*, 2(5), 564–571.
27. Swenson, W., Wilson, D. S., Elias, R. (2000). Artificial ecosystem selection. *Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America*, 97(16), 9110–9114.
28. Taylor, P. (1998). How does the commons become tragic? Simple models as complex socio-political constructions. *Science as Culture*, 7(4), 449–464.
29. Taylor, P. J. (2005). *Unruly Complexity: Ecology, Interpretation, Engagement*. University of Chicago Press.
30. Tilman, D. (1982). *Resource Competition and Community Structure*. Monographs in Population Biology No. 17. Princeton University Press.
31. Turner, F. (2006). *From Counterculture to Cyberculture: Stewart Brand, the Whole Earth Network, and the Rise of Digital Utopianism*. University of Chicago Press.
32. Watson, A. J., Lovelock, J. E. (1983). Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld. *Tellus*, 35B, 284–289.
33. Williams, H. T. P., Lenton, T. M. (2007). Artificial selection of simulated microbial ecosystems. *Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America*, 104(21), 8918–8923.
34. Wilson, D. S., Wilson, E. O. (2007). Rethinking the theoretical foundation of sociobiology. *The Quarterly Review of Biology*, 82(4), 327–348.
35. Wood, A. J., Ackland, G. J., Dyke, J., Williams, H. T. P., Lenton, T. M. (2008). Daisyworld: a review. *Reviews of Geophysics*, 46(RG1001).
36. Lenton, T. M., & Latour, B. (2018). Gaia 2.0. *Science*, 361(6407), 1066–1068. https://doi.org/10.1126/science.aau0427
37. Lenton, T. M., Daines, S. J., Dyke, J. G., Nicholson, A. E., Wilkinson, D. M., & Williams, H. T. P. (2018). Selection for Gaia across Multiple Scales. *Trends in Ecology & Evolution*, 33(8), 633–645. https://doi.org/10.1016/j.tree.2018.05.006
38. Richardson, K., Steffen, W., Lucht, W., Bendtsen, J., Cornell, S. E., Donges, J. F., et al. (2023). Earth beyond six of nine planetary boundaries. *Science Advances*, 9(37), eadh2458. https://doi.org/10.1126/sciadv.adh2458
39. England, J. L. (2013). Statistical physics of self-replication. *The Journal of Chemical Physics*, 139(12), 121923. https://doi.org/10.1063/1.4818538
40. Kondepudi, D. K., De Bari, B., & Dixon, J. A. (2020). Dissipative structures, organisms and evolution. *Entropy*, 22(11), 1305. https://doi.org/10.3390/e22111305
41. Kleidon, A. (2010). Life, hierarchy, and the thermodynamic machinery of planet Earth. *Physics of Life Reviews*, 7(4), 424–460. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2010.10.002
42. Sharma, A., Czégel, D., Lachmann, M., Kempes, C. P., Walker, S. I., & Cronin, L. (2023). Assembly theory explains and quantifies selection and evolution. *Nature*, 622(7982), 321–328. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06600-9
43. Wong, M. L., Cleland, C. E., Arend, D., Bartlett, S., Cleaves, H. J., Demarest, H., Prabhu, A., Lunine, J. I., & Hazen, R. M. (2023). On the roles of function and selection in evolving systems. *Proceedings of the National Academy of Sciences*, 120(43), e2310223120. https://doi.org/10.1073/pnas.2310223120
44. Kolchinsky, A., & Wolpert, D. H. (2018). Semantic information, autonomous agency and non-equilibrium statistical physics. *Interface Focus*, 8(6), 20180041. https://doi.org/10.1098/rsfs.2018.0041
45. Kuchling, F., Friston, K., Georgiev, G., & Levin, M. (2020). Morphogenesis as Bayesian inference: A variational approach to pattern formation and control in complex biological systems. *Physics of Life Reviews*, 33, 88–108. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2019.06.001