Als mensen zijn we maar een van de vele levensvormen op deze aardbol, levensvormen die mogelijk zijn en begrensd worden door specifieke energietransformaties. Zonder een grote diversiteit aan levensvormen is ook menselijk leven niet mogelijk en die diversiteit is ook te herkennen op het niveau van energie.

Alle door mensen stuurbare processen op de aardbol worden aangedreven door de invallende straling van de zon. Het is de transformatie van deze kosmische energie in andere energievormen op aarde die het leven mogelijk maakt. De zonnestraling is een energievorm van hoge kwaliteit: het bereik omvat het hele elektromagnetisch spectrum en dit is niet beperkt tot de lange elektromagnetische golven die we kennen als warmtestraling. Het concept “energievorm” is het eerste dat we moeten leren zien om de fundamentele ondergrens voor leven te kunnen begrijpen. De meeste mensen praten over energie maar eigenlijk bedoelen ze exergie (of “vrije energie”), namelijk de energie in een vorm die zich nog ver van evenwicht bevindt op de aardbol en die we daardoor kunnen gebruiken. Energie kunnen we niet maken noch verliezen maar exergie zullen we onvermijdelijk kwijtraken. Alle processen verlopen immers spontaan (dat is een tautologie). Processen kunnen enkel “vormen van energie” transformeren in andere “vormen van energie” en het proces zal altijd doorgaan tot er evenwicht bereikt is en dat is dan de laagste “vorm van energie”. Dit is onvermijdelijk verbonden met een concrete context. Voor de aardbol is die energetische context de kosmische ruimte. De laagste vorm van energie is daar warmte (een straling met lange golflengte). De aardbol zal dus altijd warmte verliezen aan de kosmos. Bij evenwicht stopt de transformatie en dan is de gebufferde energie (de energie die nog niet getransformeerd werd) enkel nog beschikbaar als de evenwicht situatie terug verbroken wordt. Zo kunnen we vormen van energie met elkaar vergelijken en een ordening maken van hoge naar lage kwaliteit in een bepaalde context. Het verschil tussen “hoog” en “laag” noemt men een energie gradiënt en het is dus de gradiënt die de processen aandrijft.

Een vorm van energie met een hoge kwaliteit die we veel gebruiken is chemische energie. Dit is de energie die gebufferd is in chemische verbindingen. Die energie komt vrij als we bijvoorbeeld olie verbranden en daardoor warmte genereren, warmte die een lage vorm van energie is, of als we elektrochemische batterij gebruiken om een elektrische stroom te genereren. Een andere hoge vorm van energie die we veel gebruiken is elektrische energie: de energie die gebufferd is in (bewegende) ladingen die elkaar aantrekken of afstoten en door hun beweging een magnetisch veld maken. Een andere hoge vorm van energie wordt gevonden bij massa’s die elkaar aantrekken. Die energievorm wordt enkel naar warmte getransformeerd als de massa’s botsen. Ook (fysisch-chemische) spanningen in materialen zijn een hoge vorm van energie, deze vorm van energie degenereert enkel als de materialen wrijven met elkaar of als de materialen irreversibel vervormd worden.

Het is niet omdat we hoog kwalitatieve een laag kwalitatieve vormen van energie kunnen onderscheiden dat ze niet allebei belangrijk zouden zijn voor leven. Aangezien warmte bij elk proces gegenereerd wordt (er is altijd een verlies bij een transformatie van energie) speelt warmte een belangrijke rol sinds het ontstaan van leven op aarde. Leven kan slechts bestaan dank zij die warmte en doordat het die warmte in een beperkt gebied kan houden. Er zijn dus nog andere energiebronnen voor het leven op de aardbol in de vorm van warmte. Die energie wordt echter alleen maar door archaïsche levensvormen gebruikt en is niet overal voorradig. Een voorbeeld van deze levensvormen zijn sommige bacteriën in de diepzee die hun energie niet van de zon halen maar uit vulkanische heetwater bronnen. Die heetwater bronnen komen van de centrale kern van de aardbol. De kern is immers een enorm warmtereservoir dat heel traag afkoelt. Die heetwater bronnen bevinden zich niet op willekeurige plaatsen en als we deze bronnen willen aanboren dan worden we door de geringe warmtegeleiding van rotsen beperkt (gelukkig maar dat de centraal kern daardoor maar heel traag afkoelt). Dit is een groot verschil met de zonnestraling die altijd wel ergens beschikbaar is, op land en op zee en niet door geleiding beperkt wordt. Sommige mineralen zelf produceren daarenboven nog steeds warmte (door radioactief verval) in de aardkorst en we ontginnen ze en gebruiken ze in kerncentrales. Radioactieve straling is een deel van het elektromagnetisch spectrum en wordt dus ook door de zon geproduceerd. Maar die straling bereikt het aardoppervlak niet of nauwelijks (gelukkig maar, want die straling moet voldoende afgeschermd worden om het complexere leven mogelijk te maken). Kernenergie is daardoor een zeer destructieve vorm van energie en enkel de gegeneerde warmte is nuttig te gebruiken met behulp van de klassieke thermodynamische technologie. Warmte kunnen we immers enkel gebruiken als er een voldoende groot verschil is tussen een warmte “bron” en een koude “put”. Het gevolg is dat die put door onze thermodynamische energie systemen opgewarmd wordt. Dus onze energiehonger naar warmte energie warmt ook de aardbol op en dat heeft een impact op het leven in de nabijheid van de koelsystemen.

Alhoewel de aardbol op zijn reis door de ruimte dus voortdurend straling verliest aan de koude achtergrond, zorgt de straling van de zon er voor dat er op de aardbol geen globaal energetisch evenwicht mogelijk is. Het leven is daarbij een zeer belangrijke factor die te vergelijken is met een thermostaat die gekoppeld is aan een verwarmingsbron. Een thermostaat op een bepaalde plaats houdt de spontaan afnemende temperatuur (eerste proces) op die plaats in een bepaald temperatuur interval door elke afwijking uit dat gebied dynamisch teniet te doen (tweede proces, sturing door de thermostaat) door de verwarmingsbron (derde proces) aan en uit te zetten. Zolang er een energieflow is, wordt er geen evenwicht bereikt en blijft de temperatuur op de plaats van de thermostaat in het gewenste temperatuur interval.

De grootste thermostaat op de aardbol is de aardbol zelf omdat zij om haar as draait en dan ook nog eens om de zon en dus daardoor de “verwarming” op sommige plaatsen aanzet (dan is het dag) of uitzet (dan is het nacht), of een klein beetje hoger (dan is het zomer) of een klein beetje lager (dan is het winter). We gebruiken hier het begrip “verwarming”, maar de zon is een bron van een veel groter stralingspalet dan enkel warmtestraling. Of we dat nu willen of niet, de aardbol zal dit blijven doen en dit genereert grote energie gradiënten in het buitenste volume van de aardbol (in bodem, water en lucht). Die verschillen in energie hebben een enorme impact op het leven, en de invloed van de mens op het leven is het gevolg van zijn enorme energiehonger wanneer hij die voornamelijk invult met thermodynamische technieken.

Binnen de fysische grenzen van die reizende aardbol zorgt een levende aardbol er dus voor dat er geen globaal evenwicht mogelijk is. Dat doet de levende aardbol door zowel oververhitting als onderkoeling tegen te werken. Data die door satellieten verzameld werden vanaf de jaren 70 van de voorbije eeuw tonen aan dat het op de plaatsen met vegetatief leven kouder is dan waar geen vegetatief leven is. Er is daar dus minder warmtestraling die verloren gaat naar de kosmos. Het leven zet zonnelicht om in materie (en buffert daardoor dus stralingsenergie in chemische energie) en voegt daardoor extra processen toe die allemaal op een of andere manier geëxploiteerd worden door sommige levensvormen (zij creëren waarde voor die levensvormen) vooraleer de energie onvermijdelijk als warmtestraling verloren gaat.

Een even noodzakelijke voorwaarde voor leven is water, en ook dat is het gevolg van de energetische eigenschappen ervan. Water kan zeer veel energie opnemen zonder veel van temperatuur te veranderen. Water is zowel mobiel in sommige contexten (water als vloeistof, water als damp) als immobiel in andere contexten op de aardbol (water als ijs). Waterdamp is hierin een belangrijk aspect omdat waterdamp een belangrijk broeikasgas is. Waterdamp is helaas niet zichtbaar (minder dan 0,5% van het water in de atmosfeer is als wolk zichtbaar). Water kan dus de gebufferde energie over de hele aardbol zowel verdelen als bufferen zodanig dat energiepieken afgevlakt worden. Die pieken karakteriseren we als oververhitting of onderkoeling. Zonder water kan de aardbol de energie dus niet in een beperkt gebied houden waarin leven mogelijk is. Het leven is er trouwens na miljoenen jaren in geslaagd om 100 maal meer zoet water beschikbaar te maken als biomassa vandaag dan er zoet water beschikbaar is als drinkwater vandaag.

De enige mogelijkheid om zowel oververhitting als onderkoeling tegen te werken (in de energieband van water waarin complex leven mogelijk is) is daarom zowel kwalitatief als kwantitatief: namelijk meer levensvormen (kwalitatief) moeten kunnen ontstaan en moeten zich kunnen verspreiden (kwantitatief in aantal soorten en aantal individuen). Hoe meer leven, hoe sneller energie kan opgenomen en gebufferd worden zodanig dat (1) de energie niet verloren gaat als straling en (2) de energie op een nuttige en ongevaarlijke manier gebufferd wordt in de context van de aardbol. Dit is niet vanzelfsprekend want dit is afhankelijk van de omgeving. Processen gaan immers altijd door tot evenwicht bereikt is met de omgeving. Dit is juist wat we "spontaan" noemen. Bijvoorbeeld: zowel het vormen van ijs uit water (of damp uit water) als het vormen van water uit ijs (of water uit damp) kan een spontaan proces zijn, afhankelijk van de context (temperatuur, druk) waarin het proces beschouwd wordt.

Het leven is daarom ook altijd uitbundig: elke kans om te verspreiden (en elke kans om uitroeiing te vermijden) wordt aangegrepen of we dat nu willen of niet. En aangezien levensvormen elkaars omgeving zijn zullen ze in interactie gaan en hoe groter de diversiteit van interactie mogelijkheden, hoe minder het ontstaan van nieuw leven en het zich verspreiden van bestaand leven gehinderd wordt. Elke levensvorm vindt en verdedigt zijn "niche" en het resulterend proces is er een van geleidelijke co-evolutie over miljoenen jaren. De levensvormen moeten immers samen evolueren en telkens weer een voorlopig evenwicht bereiken zowel wat betreft kwaliteit als kwantiteit. Geen enkele van die levensvormen is in staat om enkel zichzelf te bevoordelen (bijvoorbeeld enkel eigen doelen te bereiken). En dat versterkt uiteindelijk de transformatie van ingestraalde energie in vormen die het globale leven op de aardbol begunstigen.

Inderdaad: processen die gecoördineerd verlopen (al dan niet bewust gestuurd daartoe) zullen altijd meer performant zijn dan willekeurige interagerende processen. Ze zullen altijd sneller energie opnemen en verspreiden. Om dat te illustreren kunnen we de interactie beschrijven van een vloeistof die onderaan opgewarmd wordt in het zwaartekracht veld. We vertrekken van een evenwicht van elementen van de vloeistof in het zwaartekracht veld. Wanneer we onderaan beginnen te verwarmen wordt dat evenwicht tegengewerkt door een temperatuurgradiënt die de dichtheid van een vloeistof element verandert zodanig dat de warmere molecules moeten stijgen en dus andere moeten dalen. De warmere molecules koelen af door contact met koudere molecules hogerop en de koudere molecules worden opgewarmd door contact met warmere molecules onderaan. Zo wordt opnieuw een zeker evenwicht in de dissipatie van de warmteenergie bereikt. Als we de verwarming geleidelijk opdrijven ontstaat er op een bepaald moment echter iets nieuws: een spontane ordening (de iconisch geworden "Bénard cel"): eerst twee, dan meer molecules die in elkaars omgeving gecoördineerd in dezelfde richting migreren. Ze krijgen dus een zekere snelheid en daardoor een zekere kinetische energie die daardoor getransporteerd wordt. Inderdaad: molecules slepen elkaar mee als ze bewegen en hoe meer er zijn hoe minder een molecule die in de andere richting beweegt daar nog doorkomt. De massale coördinatie zorgt ervoor dat evenwicht veel sneller bereikt wordt: stijgende volumes komen veel minder in aanraking met dalende volumes, er is minder wrijving en minder energieverlies in het proces zelf. Deze onderzoeken (naar dissipatieve systemen, zie Ilya Prigogine en anderen) voeden het inzicht dat de orde die spontaan ontstaat uit wanorde er voor zorgt dat de energiegradiënt (de grotere mogelijkheid) die de wanorde veroorzaakt, binnen de grenzen van het mogelijke evenwicht, sneller teniet gedaan wordt. De verandering is nu niet enkel meer potentieel (spanning) maar ook kinetisch (beweging). Men kan dit interpreteren als een dynamisch evenwicht dat zich binnen bepaalde grenzen kan verzetten tegen verandering. Dit gebeurt doordat de coördinatie de opgelegde energiegradiënt tussen de componenten anders verdeelt en juist dat noemen we coördinatie. Als er dan meerdere evenwichten mogelijk zijn en daardoor nieuwe entiteiten kunnen ontstaan, vergroot de mogelijkheid om een opgelegde energie gradiënt te dissiperen. Het evenwicht krijgt hierdoor een zekere nieuwe permanentie, een zekere invariantie. Invariantie is een karakteristiek van een nieuwe entiteit. Maar evenzeer betekent dit dat een gradiënt en dus ook een zekere schaal noodzakelijk is voor het mogelijks ontstaan van orde en dus coördinatie. Chaos kan orde creëren als de potentie van interactie aanwezig is (“indien…, dan..."). Die mogelijkheid kan natuurlijk toevallig aanwezig zijn maar kan ook ontworpen worden.

Dit brengt ons bij een belangrijke conclusie van het onderzoek naar het fundament van leven: als mens zijn we slechts een van de mogelijke levensvormen. Maar we zijn meer dan andere levensvormen in staat om nieuwe soorten coördinatie te ontwerpen. Dus kunnen we deze vaardigheid aangrijpen om het leven op aarde verder mogelijk te maken. We zijn dus meer dan ooit in staat energie te bufferen en te dissiperen in nieuwe entiteiten die met de bestaande entiteiten en met elkaar nieuwe interacties kunnen aangaan. Zo kunnen ze nog meer energie zowel bufferen als dissiperen. Dit betekent dan ook dat alles wat we ontwerpen van meet af aan in interactie moet gaan met alle processen op de aardbol en dat, bijvoorbeeld, louter het realiseren van antropocentrische doelstellingen enkel een noodzakelijke voorwaarde is maar zeker geen voldoende voorwaarde voor een levende aardbol op zijn reis door de kosmos.