Daisyworld es un modelo informático deliberadamente muy simplificado, que simula cómo unos pocos bucles de retroalimentación pueden tener el efecto de una tendencia a estabilizar un sistema climático, simplemente modificando el albedo que a su vez modifica este Vivir.
Este modelo fue diseñado por James Lovelock para ilustrar las teorías de Gaia y responder a las virulentas críticas de la teleología , de las cuales su " hipótesis de Gaia " fue el objeto .
Lovelock quiso hacer comprensible gracias a una metáfora muy simplificada la importancia de los fenómenos de retroalimentación entre los vivos y el clima; un poco como "una caricatura que delinearía los rasgos esenciales del sujeto" , según su explicación. Daisyworld es una simulación por computadora, un planeta hipotético, que orbita un sol cuya temperatura aumenta gradualmente durante la simulación (que es el caso de nuestro sol).
Lovelock llamó a su modelo " Daisyworld " porque utiliza un planeta imaginario poblado por margaritas claras y oscuras que compiten por conquistar el espacio y que ayudan a regular la temperatura de este planeta imaginario. Las margaritas negras absorben las calorías solares. Por tanto, son más tolerantes al frío y cubren el espacio cuando hace frío. Luego, al cabo de un tiempo, su albedo calienta el ambiente hasta el punto que las margaritas blancas se vuelven más competitivas, pero al cubrir el suelo aumentan el albedo y por tanto enfrían el planeta, lo que volverá a favorecer a las margaritas negras, etc.
La teoría de Gaia se adaptó bien a este estudio de simulación por computadora . Esto podría lograrse para la Tierra reduciendo el número de variables ambientales a una, la temperatura, y el biotopo de una sola especie, ¡las margaritas ! Lovelock afirmó que este modelo sería la prueba matemática que refutaría todas las críticas.
Este modelo es una representación digital simplificada de un planeta como la Tierra pero sin océano, cuyo clima se estabiliza por efecto de la competencia independientemente de la radiación incidente, y que orbita como la Tierra alrededor de una estrella similar al Sol. Este planeta gira sobre sí mismo y contiene relativamente pocas nubes y gases de efecto invernadero en su atmósfera , lo que complicaría su clima. En este planeta, la temperatura promedio solo está determinada por su poder reflectante (albedo) y, por lo tanto, puede calcularse mediante la ley de Stefan-Boltzmann .
La biología de Daisyworld también es muy simple. Gaia está cubierta de margaritas que comienzan a germinar en cuanto la temperatura alcanza los 5 ° C y dejan de crecer por encima de los 40 ° C ; que exhiben un crecimiento óptimo a una temperatura de 20 ° C .
La biosfera de Daisyworld contiene solo margaritas claras (blancas) y oscuras (negras o de colores). Estas flores solo influyen en la temperatura de la superficie a través de su poder reflectante.
Como en la naturaleza, las margaritas oscuras absorben la mayor parte del calor; las margaritas claras reflejan la mayor parte del resplandor del espacio. Pero, ¿cómo puede afectar la temperatura general la radiación reflejada por las margaritas individuales?
A medida que la estrella se vuelve más brillante, la temperatura superficial promedio de Gaia aumenta. Por lo tanto, podemos predecir la evolución de la población de margaritas a medida que el planeta se calienta.
Este modelo aplica las leyes clásicas de la biología y la física, en el entorno terrestre "normal" las margaritas pueden responder o adaptarse al entorno físico pero no pueden modificarlo. Por otro lado, en Daisyworld, las margaritas pueden alterar el clima.
¿Cómo funciona la retroalimentación , un proceso clave en este estudio? La variable de sistema está regulada por dos efectos que actúan en direcciones opuestas sobre esta variable inhibiéndose mutuamente. En Daisyworld, la variable es la temperatura . El calentamiento o enfriamiento es provocado por las margaritas oscuras o claras eliminándose mutuamente para conquistar el espacio.
Concretamente, cuando la temperatura alcanza los 5 ° C , todas las semillas germinan. Durante la primera temporada, las margaritas oscuras crecen a un ritmo más rápido que sus primas claras porque absorben más luz. Invadiendo todo el espacio de Daisyworld, su superficie y la atmósfera en contacto con él se calienta - como cualquier superficie expuesta al sol -. El componente oscuro será, por tanto, la especie mejor adaptada y crea localmente zonas calientes que favorecen el crecimiento de otras margaritas.
Al final de la primera temporada, hay muchas más margaritas oscuras en Daisyworld que claras. Los primeros dominan, por tanto, el paisaje cuando llega la nueva temporada. Crecen, se calientan al igual que su biotopo. Esta explosión de margaritas oscuras crea una retroalimentación positiva que aumenta rápidamente la temperatura de Gaia. Pronto el planeta contiene solo margaritas oscuras, su efecto acumulativo eleva la temperatura global por encima del valor medido en ausencia de toda la vida .
A medida que continúa el calentamiento global , las margaritas blancas eventualmente también crecen, aprovechando estas mejores condiciones climáticas, hasta que el planeta alcanza una temperatura de equilibrio.
¿Qué sucede con una temperatura más alta? Las margaritas blancas no podrán mantener la temperatura lo suficientemente alta como para sobrevivir. La temperatura no puede aumentar indefinidamente, a riesgo de sobrecalentar la atmósfera al limitar el crecimiento de flores. Incluso la radiación del sol no puede superar la tolerancia máxima que admiten las margaritas. A medida que el planeta envejece, el calor del sol se vuelve tan alto que las margaritas oscuras eventualmente mueren. En esta etapa, sólo sobrevivir margaritas blancas que todavía logran estabilizar la temperatura alrededor de 20 ° C .
En estas condiciones de luz solar extrema, solo los competidores claros se beneficiarán, pero debido a su capacidad para reflejar la luz solar, se enfriarán tan rápidamente como las capas inferiores de la atmósfera. A medida que las margaritas blancas colonizan Daisyworld, su efecto acumulativo hará que la temperatura global caiga muy por debajo del valor medido en ausencia de toda la vida.
A partir de esta experiencia, podemos concluir que la competencia que se establece entre las diferentes especies de margaritas acercará la temperatura media de la superficie de Gaia a los valores de máxima comodidad. De esta manera, los individuos, sin ser conscientes o preocupados por el futuro de Daisyworld en su conjunto, habrán logrado controlar el entorno global de su planeta.
Si tenemos en cuenta las mutaciones en nuestro modelo, por ejemplo, cambiando el albedo durante el crecimiento de las flores, vemos que podemos aumentar la radiación solar en al menos un 20% antes de que las poblaciones colapsen. Eventualmente, el calor emitido por el Sol será tan intenso que ninguna especie de margarita podrá regular más la temperatura y todas las especies desaparecerán.
Finalmente, cuando se lanza la simulación en ausencia de una margarita, la evolución de la temperatura planetaria es función de la radiación solar . En presencia de margaritas, se observa un calentamiento al inicio de la simulación y un enfriamiento al final de la simulación, lo que resulta en un equilibrio térmico durante la mayor parte de la simulación. Así, las margaritas modifican el clima para hacerlo más hospitalario para ellas.
Cuando Lovelock creó su modelo unidimensional de Daisyworld, ignoró la biología de poblaciones y el hecho de que si este tipo de modelo contenía más de dos especies compitiendo simultáneamente, el sistema era casi invariablemente inestable.
Este problema se resolverá introduciendo una dependencia espacial en el modelo. Las temperaturas locales T1, T2 y los albedos A1, A2 pueden reemplazarse por campos bidimensionales T (x, y) y A (x, y).
De esta forma la evolución temporal y espacial de la temperatura se determina mediante ecuaciones diferenciales parciales basadas en un modelo de equilibrio energético, estando la evolución del albedo directamente relacionada con la vegetación y modelada por el enfoque del autómata celular. Por tanto, este modelo bidimensional o tridimensional se puede aplicar a una serie de problemas, desde la formación de calcita en marismas microbianas hasta la fragmentación de hábitats .
Luego, Lovelock desarrolló un nuevo modelo que contiene entre 3 y 20 especies de margaritas de diferentes colores que viven en competencia para conquistar el espacio de su planeta, regulando inconscientemente su mundo como lo habían hecho hasta ahora. Estos modelos de computadora incluyen margaritas grises que son del mismo color que la superficie desnuda del planeta anfitrión. El modelo de 10 flores, por ejemplo, es tan estable como el modelo que contiene dos especies de flores, pero ofrece la ventaja de poder controlar la temperatura con mayor precisión.
Al incorporar el entorno físico en este modelo, una variable que los teóricos ecológicos nunca han utilizado hasta ahora, la inestabilidad inherente que surge de los modelos ecológicos multiespecíficos se desvanece. A partir de ahí podríamos agregar conejos u otros herbívoros para cortar margaritas e incluso zorros para matar conejos, sin probar la estabilidad del sistema.
Mucho más independientemente que en la primera versión, Lovelock encuentra por primera vez una justificación teórica de la biodiversidad a través de la influencia del número de especies en la calidad de los efectos estabilizadores obtenidos en todo el planeta . La diversidad es mayor cuando la regulación de la temperatura es más efectiva y menor cuando el sistema está sometido a estrés: cuando comienza el crecimiento o cuando las margaritas sufren de calor y se marchitan. Este descubrimiento apoya la idea de la naturaleza esencial del mantenimiento de la biodiversidad y ha reavivado el debate sobre la biodiversidad sobre este tema.
Estos modelos multidimensionales muestran algunos efectos notables:
Daisyworld o sus variaciones es un modelo y no una receta para climatizar un planeta, pero es un modelo general que no se limita a las margaritas y el clima. Desde su primera experiencia en 1982, Lovelock ha creado modelos centrados en las épocas tempranas de la Tierra, el Arcaico y el Proterozoico y el Precámbrico , programando microorganismos capaces de controlar simultáneamente la composición de la atmósfera y el clima.
Daisyworld proporciona una herramienta poderosa que ofrece una explicación plausible de cómo funciona Gaia y por qué cualquier predestinación o planificación es innecesaria para equilibrar la biosfera. Pero en algún lugar la explicación permanece virtual, adhiriéndose a un mundo simplista, simplemente conectado y no sujeto a la influencia antropogénica (la colonización humana y sus inevitables infraestructuras) que siempre acaba fragmentando el paisaje en diferentes concentraciones de especies o áreas infértiles.