La Teoria di Gaia poggia le sue basi sulle idee della cibernetica, termine introdotto dal matematico Norbert Wiener nel 1947 e che deriva dal greco kybernetes: timoniere.
L'origine della cibernetica risale al progetto di un meccanismo di puntamento per artiglieria antiaerea condotto nella seconda guerra mondiale. Il problema principale derivava dalla necessità di lanciare il proiettile non direttamente sul bersaglio, dal momento che questo era dotato di elevata velocità, ma in un punto antecedente la traiettoria, in modo tale che l'aereo e il proiettile giungessero infine ad incontrarsi. Ma nel frattempo l'aereo poteva cambiare direzione in maniera casuale anche se non del tutto arbitraria. Era quindi necessario un strumento di previsione della posizione dell'aereo che agisse in maniera rapida e che dirigesse il puntamento del pezzo antiaereo. Inoltre il puntamento del pezzo doveva continuamente essere corretto mediante un meccanismo di retroazione (dall'inglese feedback), che riceveva informazioni sul reale comportamento dell'aereo nemico.
Il concetto di retroazione è centrale nella Teoria di Gaia: solo grazie alla retroazione si possono avere sistemi di controllo automatico come meccanismi di puntamento per artiglieria antiaerea o, più banalmente, ferri da stiro e scaldabagni elettrici. In un ferro da stiro, un sensore chiude un interruttore elettrico o lo apre a seconda che la temperatura attuale sia minore o maggiore della temperatura desiderata, chiudendo un anello (retroazione negativa), tra causa ed effetto.
La Teoria di Gaia prevede che la vita e quella che si potrebbe normalmente definire la parte inanimata del pianeta, siano strettamente accoppiati a formare un unico sistema nel quale molti anelli di retroazione stabilizzano le condizioni chimico-fisiche della terra in modo tale da renderlo un luogo ospitale per la vita stessa.
Per dimostrare che questo tipo di controllo da parte della vita è almeno teoricamente possibile e non implica nessuna pianificazione ne intenzionalità nei comportamenti degli organismi terrestri, Lovelock ideò un modello teorico semplificato di Gaia in cui semplici anelli di retroazione permettono l’effettiva autoregolazione del sistema: il pianeta delle margherite (Daisy world). L’evoluzione di questo modello teorico può essere simulata al computer.
Ecco le caratteristiche del modello teorico di questo pianeta mitico:
Considerando il fatto che la temperatura superficiale di un pianeta dipende dal suo effetto albedo, ovvero dalla quantità di luce riflessa nello spazio, è possibile che l’ecosistema di questo pianeta porti all’autoregolazione del clima?
Quella che segue è una descrizione della simulazione al computer di questo sistema.
Quando il calore emanato dalla stella è aumentato in modo sufficiente da innalzare fino a 5° la temperatura della regione equatoriale del pianeta, alcuni semi cominciano a germogliare e a crescere e le margherite scure sono quelle più avvantaggiate perché assorbono più luce e sono quindi più calde della terra brulla (si pensi a quando si indossa un abito nero sotto il sole estivo).
Dopo qualche tempo le margherite nere fioriscono in abbondanza e le margherite chiare scarseggiano.
La vasta estensione di terreno ricoperta dalle margherite scure altera l’albedo del pianeta: il pianeta si scalda.
Ben presto, grazie a questa forte retroazione positiva, la crescita delle margherite scure causa l’aumentare della temperatura fino ad oltrepassare quella ideale per la crescita, almeno nella regione equatoriale, dove a questo punto risultano avvantaggiate le margherite bianche che riflettono la luce e sono quindi più fresche.
Dal momento che le margherite chiare sono le più adatte ad un clima caldo, cominciano a diffondersi e a diventare più numerose di quelle scure, almeno finché il loro effetto di raffreddamento non abbassa la temperatura dell’ambiente.
Alla fine, si raggiunge uno stato stazionario, cioè un equilibrio dinamico di margherite scure e chiare, con un albedo media vicina a quella richiesta per mantenere la temperatura superficiale ad un valore ottimale per la crescita delle margherite.
Man mano che aumenta il calore emanato dalla stella, le margherite scure diminuiscono e si diffonde la popolazione delle margherite chiare mentre la temperatura rimane vicina a quella preferita della dalle margherite.
Alla fine dell’evoluzione della stella, il calore emesso è talmente elevato che nemmeno un pianeta interamente ricoperto di margherite bianche è sufficiente per mantenere un clima tollerabile e il sistema smette di funzionare.
Le margherite cominciano a non crescere più nella regione equatoriale, continuando a prosperare solo ai poli e ben presto, in modo catastrofico, il pianeta muore.
Per tutto il periodo in cui la vita ha prosperato, però, il pianeta ha conservato (regolato!) una temperatura quasi costante attorno a quella preferita dalla vita a fronte di una continua crescita di calore emesso dalla propria stella, la vita si è cioè comportata come un perfetto sistema di controllo del clima grazie agli anelli di retroazione esistenti, senza bisogno di previsione ne pianificazione ma solamente seguendo le leggi della selezione naturale.
Il sistema è stato messo alla prova in molti modi e si è sempre dimostrato in grado di superare tutte le prove a cui è stato sottoposto.
Un buon sistema di regolazione deve infatti saper fronteggiare e correggere eventuali disastri.
A questo scopo, nel modello sono state introdotti dei virus che periodicamente e in modo catastrofico provocano la morte del 30% di tutte le margherite esistenti.
Il modello si è dimostrato in grado di superare questa calamità e dopo un periodo di perdita di controllo del clima, l’andamento si è sempre riallineato a quello “originale”.
Per tentare di sabotarlo, il modello è anche stato arricchito di altre specie: di margherite di colore neutro con un tasso di crescita superiore alle altre del 5% (perché non devono fare la fatica di sintetizzare il pigmento), con l’introduzione di animali erbivori (conigli) e predatori (volpi).
Le margherite di colore neutro, in un certo senso, barano, perché con il loro colore neutro non contribuiscono attivamente alla regolazione del clima e in più sono avvantaggiate nella crescita.
Tutte le simulazione hanno però dimostrato che le margherite grigie possono prosperare solamente quando il calore emesso dalla stella è ottimale, ovvero, quando non c’è nessun bisogno di regolazione del clima. Nei periodi che precedono e che seguono questo momento felice, le specie che prosperano sono quelle che attivamente riescono a regolare il clima rendendolo più adatto alle proprie esigenze.
Sorprendentemente, ne le catastrofi ne le nuove specie introdotte hanno avuto seri effetti sulla capacità delle margherite di regolare il clima.
E’ stato dimostrato quindi che la regolazione delle caratteristiche chimico-fisiche di un pianeta da parte della vita è possibile, almeno in linea teorica.
Forti di questa dimostrazione, è possibile avventurarsi nella ricerca degli anelli di retroazione che realmente possono agire nella terra, anelli che risiedono in quelli che si possono chiamare i cicli fisiologici (o meglio, geofisiologici), di elementi quali il carbonio, lo zolfo, l’azoto, l’ossigeno e così via.
Cicli che, paragonando la terra ad un organismo, costituiscono il metabolismo di Gaia.