Livets kollektiva aktivitet – alla mikrober, växter och djur – har förändrat planeten jorden.

Ta till exempel växter:Växter "uppfann" ett sätt att genomgå fotosyntes för att förbättra sin egen överlevnad, men släppte på så sätt ut syre som förändrade hela vår planets funktion. Detta är bara ett exempel på individuella livsformer som utför sina egna uppgifter, men som kollektivt har en inverkan på en planetarisk skala.

Om livets kollektiva aktivitet – känd som biosfären – kan förändra världen, kan den kollektiva aktiviteten av kognition, och handling baserad på denna kognition, också förändra en planet? När biosfären väl utvecklats fick jorden ett eget liv. Om en planet med liv har ett eget liv, kan den också ha ett eget sinne?

Det här är frågor som ställts av Adam Frank, professorn Helen F. och Fred H. Gowen i fysik och astronomi vid University of Rochester, och hans kollegor David Grinspoon vid Planetary Science Institute och Sara Walker vid Arizona State University, i en publikation som publicerades i International Journal of Astrobiology . Deras självbeskrivna "tankeexperiment" kombinerar aktuell vetenskaplig förståelse om jorden med bredare frågor om hur livet förändrar en planet. I uppsatsen diskuterar forskarna vad de kallar "planetarisk intelligens" - idén om kognitiv aktivitet som verkar på planetarisk skala - för att ta fram nya idéer om hur människor kan hantera globala frågor som klimatförändringar.

Som Frank säger:"Om vi ​​någonsin hoppas på att överleva som art måste vi använda vår intelligens för planetens bästa."

En "omogen teknosfär"

Frank, Grinspoon och Walker bygger på idéer som Gaia-hypotesen – som föreslår att biosfären interagerar starkt med de icke-levande geologiska systemen luft, vatten och land för att upprätthålla jordens beboeliga tillstånd – för att förklara att även en icke-teknologiskt kapabla arter kan visa planetarisk intelligens. Nyckeln är att den kollektiva livsaktiviteten skapar ett system som är självuppehållande.

Till exempel, säger Frank, har många nyare studier visat hur rötterna till träden i en skog ansluter via underjordiska nätverk av svampar som kallas mykorrhizanätverk. Om en del av skogen behöver näring skickar de andra delarna de stressade delarna den näring de behöver för att överleva, via mykorrhizanätverket. På så sätt behåller skogen sin egen livskraft.

Just nu är vår civilisation vad forskarna kallar en "omogen teknosfär", ett konglomerat av mänskligt genererade system och teknologi som direkt påverkar planeten men som inte är självförsörjande. Till exempel handlar merparten av vår energianvändning om att konsumera fossila bränslen som bryter ner jordens hav och atmosfär. Tekniken och energin vi förbrukar för att överleva förstör vår hemplanet, vilket i sin tur kommer att förstöra vår art.

För att överleva som art måste vi alltså tillsammans arbeta för planetens bästa.

Men, säger Frank, "vi har ännu inte förmågan att reagera gemensamt i planetens bästa. Det finns intelligens på jorden, men det finns ingen planetarisk intelligens."

Mot en mogen teknosfär

Forskarna lägger fram fyra stadier av jordens förflutna och möjliga framtid för att illustrera hur planetarisk intelligens kan spela en roll i mänsklighetens långsiktiga framtid. De visar också hur dessa evolutionsstadier som drivs av planetarisk intelligens kan vara ett kännetecken för vilken planet som helst i galaxen som utvecklar liv och en hållbar teknisk civilisation.

• Steg 1 – Omogen biosfär:Karakteristisk för mycket tidig jord, för miljarder år sedan och före en teknisk art, då mikrober fanns men vegetation ännu inte hade kommit till. Det fanns få globala återkopplingar eftersom livet inte kunde utöva krafter på jordens atmosfär, hydrosfär och andra planetsystem.
• Steg 2 – Mogen biosfär:Karakteristisk för jorden, även före en teknisk art, från cirka 2,5 miljarder till 540 miljoner år sedan. Stabila kontinenter bildades, vegetation och fotosyntes utvecklades, syre byggdes upp i atmosfären och ozonskiktet växte fram. Biosfären utövade ett starkt inflytande på jorden, vilket kanske bidrog till att upprätthålla jordens beboelighet.
• Steg 3 – Omogen teknosfär:Karakteristisk för jorden nu, med sammanlänkade system för kommunikation, transport, teknik, elektricitet och datorer. Teknosfären är dock fortfarande omogen eftersom den inte är integrerad i andra jordsystem, såsom atmosfären. Istället drar den materia och energi från jordens system på sätt som kommer att driva helheten in i ett nytt tillstånd som sannolikt inte inkluderar själva teknosfären. Vår nuvarande teknosfär arbetar i det långa loppet mot sig själv.
• Steg 4 – Mogen teknosfär:Var jorden borde sikta på att vara i framtiden, säger Frank, med tekniska system på plats som gynnar hela planeten, inklusive globalt skörd av energi i former som solenergi som inte skadar biosfären. Den mogna teknosfären är en som har utvecklats tillsammans med biosfären till en form som gör att både teknosfären och biosfären kan frodas.

"Planeter utvecklas genom omogna och mogna stadier, och planetarisk intelligens är en indikation på när du kommer till en mogen planet," säger Frank. "Milliondollarfrågan är att ta reda på hur planetarisk intelligens ser ut och betyder för oss i praktiken eftersom vi inte vet hur vi ska flytta till en mogen teknosfär ännu."

Det komplexa systemet för planetarisk intelligens

Även om vi ännu inte exakt vet hur planetarisk intelligens kan manifestera sig, noterar forskarna att en mogen teknosfär innebär att tekniska system integreras med jorden genom ett nätverk av återkopplingsslingor som utgör ett komplext system.

Enkelt uttryckt är ett komplext system allt byggt av mindre delar som samverkar på ett sådant sätt att systemets övergripande beteende är helt beroende av interaktionen. Det vill säga summan är mer än hela dess delar. Exempel på komplexa system inkluderar skogar, Internet, finansmarknader och den mänskliga hjärnan.

Till sin natur har ett komplext system helt nya egenskaper som uppstår när enskilda delar interagerar. Det är svårt att urskilja en människas personlighet, till exempel enbart genom att undersöka nervcellerna i hennes hjärna.

Det betyder att det är svårt att förutsäga exakt vilka egenskaper som kan uppstå när individer bildar en planetarisk intelligens. Ett komplext system som planetarisk intelligens kommer emellertid, enligt forskarna, att ha två definierande egenskaper:Det kommer att ha ett framväxande beteende och kommer att behöva vara självförsörjande.

"Biosfären kom på hur den skulle kunna ta emot liv själv för miljarder år sedan genom att skapa system för att flytta runt kväve och transportera kol," säger Frank. "Nu måste vi ta reda på hur vi ska ha samma typ av självupprätthållande egenskaper som teknosfären."

Sökandet efter utomjordiskt liv

Trots vissa ansträngningar, inklusive globala förbud mot vissa kemikalier som skadar miljön och ett steg mot att använda mer solenergi, "har vi inte planetarisk intelligens eller en mogen teknosfär ännu", säger han. "Men hela syftet med denna forskning är att peka ut vart vi bör vara på väg."

Att ställa dessa frågor, säger Frank, kommer inte bara att ge information om det förflutna, nuvarande och framtida överlevnaden av liv på jorden utan kommer också att hjälpa till i sökandet efter liv och civilisationer utanför vårt solsystem. Frank är till exempel huvudutredaren för ett NASA-anslag för att söka efter teknosignaturer för civilisationer på planeter som kretsar kring avlägsna stjärnor.

"Vi säger att de enda tekniska civilisationer vi någonsin kan se - de vi borde förvänta oss att se - är de som inte tog livet av sig, vilket betyder att de måste ha nått stadiet av en sann planetarisk intelligens", säger han. "Det är kraften i denna undersökning:Den förenar det vi behöver veta för att överleva klimatkrisen med vad som kan hända på vilken planet som helst där liv och intelligens utvecklas."