Kui palju elu on Maal kunagi eksisteerinud ja kui palju kunagi eksisteerib?

Kõik organismid koosnevad elusrakkudest. Kuigi on raske täpselt kindlaks teha, millal esimesed rakud eksisteerisid, näitavad geoloogide parimad hinnangud vähemalt juba 3.8 miljardit aastat tagasi. Kuid kui palju elu on sellel planeedil asustanud alates esimesest rakust Maal? Ja kui palju elu Maal kunagi eksisteerib?

Meie uues uuringus, mis avaldati aastal Current Biology, minu kolleegid Weizmanni teadusinstituut ja Smith College ja võtsin sihikule need suured küsimused.

Süsinik Maal

Igal aastal võetakse nn esmatootmise kaudu endasse umbes 200 miljardit tonni süsinikku. Esmase tootmise käigus kasutatakse anorgaanilist süsinikku, nagu süsinikdioksiid atmosfääris ja vesinikkarbonaat ookeanis, energia saamiseks ja eluks vajalike orgaaniliste molekulide ehitamiseks.

Tänapäeval on selle jõupingutuse kõige märkimisväärsem panus hapniku fotosüntees, kus päikesevalgus ja vesi on peamised koostisosad. Siiski on esmatootmise varasemate määrade dešifreerimine olnud keeruline ülesanne. Ajamasina asemel tuginevad teadlased nagu mina iidsetesse settekivimitesse jäetud vihjetele, et rekonstrueerida minevikukeskkondi.

Esmase tootmise puhul isotoopkoostis hapnik sulfaadi kujul iidsetes soolamaardlates võimaldab selliseid hinnanguid teha.

In meie uuring, koostasime kõik varasemad hinnangud iidse esmatootmise kohta, mis saadi ülaltoodud meetodi abil, aga ka paljud teised. Selle tootlikkuse loenduse tulemusel suutsime hinnata, et 100 kvintiljonit (ehk 100 miljardit) tonni süsinikku on elu algusest peale esmatootmises olnud.

Selliseid suuri numbreid on raske ette kujutada; 100 kvintiljoni tonni süsinikku on umbes 100 korda suurem kui Maal leiduv süsinik, mis on Maa esmatootjate jaoks üsna muljetavaldav saavutus.

Esmane tootmine

Tänapäeval saavutavad esmatootmise peamiselt maismaal kasvavad taimed ja mere mikroorganismid, nagu vetikad ja sinivetikad. Varem oli nende suuremate panustajate osakaal väga erinev; Maa varaseima ajaloo puhul juhtis esmast tootmist peamiselt täiesti erinev organismide rühm, mis ei sõltu elus püsimiseks hapniku fotosünteesist.

Erinevate tehnikate kombinatsioon on suutnud anda aimu, millal olid erinevad esmatootjad Maa minevikus kõige aktiivsemad. Selliste tehnikate näidete hulka kuulub identifitseerimine vanimad metsad või kasutades molekulaarseid fossiile nn biomarkereid.

In meie uuring, kasutasime seda teavet, et uurida, millised organismid on Maa ajaloolises esmatootmises kõige rohkem kaasa aidanud. Leidsime, et vaatamata sündmuskohale hiljaks jäämisele on tõenäoliselt kõige rohkem kaasa aidanud maismaataimed. Siiski on ka väga usutav, et kõige rohkem panustasid sinivetikad.

Täielik elu

Tehes kindlaks, kui palju esmatootmist on kunagi toimunud, ja tehes kindlaks, millised organismid on selle eest vastutavad, saime ka hinnata, kui palju elu Maal on kunagi olnud.

Tänapäeval võib toidu tarbimise põhjal olla ligikaudne inimeste arv. Samamoodi suutsime kalibreerida esmase tootmise suhet tänapäevases keskkonnas eksisteerivate rakkude arvuga.

Vaatamata rakkude arvu suurele varieeruvusele organismi kohta ja erinevate rakkude suurusele muutuvad sellised tüsistused teisejärguliseks, kuna globaalsetes rakupopulatsioonides domineerivad üherakulised mikroobid. Lõpuks suutsime hinnata, et umbes 10³⁰ Tänapäeval eksisteerib (10 noninillion) rakku ja vahemikus 10³⁹ (kaksteistsõrmikloom) ja 10⁴⁰ rakud on Maal kunagi eksisteerinud.

Kui palju elu Maal kunagi on?

Kui välja arvata võimalus viia Maa noorema tähe orbiidile, on Maa biosfääri eluiga piiratud. See haiguslik fakt on tagajärg meie tähe elutsükkel. Alates selle sünnist on päike viimase nelja ja poole miljardi aasta jooksul aeglaselt heledamaks muutunud, kuna vesinik on selle tuumas muundatud heeliumiks.

Kaugel tulevikus, umbes kahe miljardi aasta pärast, lükatakse kõik biogeokeemilised tõrkekaitseseadmed, mis hoiavad Maad elamiskõlbulikuna. piirid. Esiteks surevad maismaataimed välja ja lõpuks lähevad ookeanid keema ning Maa naaseb suures osas elutule kivisele planeedile, nagu see oli lapsekingades.

Kuid kui palju elu Maal kogu oma elamiskõlbliku eluea jooksul kuni selle ajani elab? Prognoosides meie praegust esmase tootlikkuse taset edasi, arvasime, et umbes 10⁴⁰ rakud hõivavad kunagi Maa.

Maa kui eksoplaneet

Vaid mõnikümmend aastat tagasi olid eksoplaneedid (teiste tähtede ümber tiirlevad planeedid) vaid hüpotees. Nüüd suudame mitte ainult neid tuvastada, kuid kirjeldavad paljusid aspekte tuhandetest kaugel asuvatest maailmadest kaugete tähtede ümber.

Aga kuidas on Maa nende kehadega võrreldav? Oma uues uuringus oleme vaatlenud elu Maal linnulennult ja pakkunud Maa võrdlusaluseks teiste planeetide võrdlemiseks.

Minu arvates on aga tõeliselt huvitav see, mis võis juhtuda Maa minevikus, tekitades radikaalselt teistsuguse trajektoori ja seega radikaalselt erineva elukoguse, mis on suutnud Maad koduks nimetada. Näiteks mis siis, kui hapnikuline fotosüntees ei saaks kunagi võimust või kui endosümbioosi polekski juhtunud?

Vastused sellistele küsimustele on see, mis minu laboratooriumi juhib Carletoni ülikool lähiaastatel.

See artikkel avaldatakse uuesti Vestlus Creative Commonsi litsentsi all. Loe algse artikli.

Image Credit: Mihály Köles / Unsplash 

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/