Kuinka paljon elämää on koskaan ollut maan päällä ja kuinka paljon koskaan tulee olemaan?

Kaikki organismit koostuvat elävistä soluista. Vaikka on vaikea määrittää tarkasti, milloin ensimmäiset solut syntyivät, geologien parhaat arviot viittaavat ainakin jo 3.8 miljardia vuotta sitten. Mutta kuinka paljon elämää on asunut tällä planeetalla maan ensimmäisen solun jälkeen? Ja kuinka paljon elämää tulee koskaan olemaan maan päällä?

Uudessa tutkimuksessamme, joka julkaistiin vuonna Current Biology, kollegani Weizmannin tiedeinstituutti ja Smith College ja tähtäsin näihin suuriin kysymyksiin.

Hiili maan päällä

Joka vuosi noin 200 miljardia tonnia hiiltä otetaan talteen niin kutsutun alkutuotannon kautta. Alkutuotannon aikana epäorgaanista hiiltä – kuten hiilidioksidia ilmakehässä ja bikarbonaattia meressä – käytetään energiaan ja elämän tarvitsemien orgaanisten molekyylien rakentamiseen.

Nykyään tämän ponnistelun merkittävin osallistuja on happipitoinen fotosynteesi, jossa auringonvalo ja vesi ovat tärkeitä ainesosia. Alkutuotannon aiempien määrien tulkitseminen on kuitenkin ollut haastava tehtävä. Aikakoneen sijasta tutkijat, kuten minä, luottavat muinaisiin sedimenttikiviin jääneisiin vihjeisiin rekonstruoidakseen menneitä ympäristöjä.

Alkutuotannon tapauksessa isotooppikoostumus happi sulfaatin muodossa muinaisissa suolaesiintymissä mahdollistaa tällaisten arvioiden tekemisen.

In meidän tutkimusKokosimme kaikki aiemmat arviot muinaisesta alkutuotannosta, jotka on johdettu yllä olevalla menetelmällä, sekä monet muut. Tämän tuottavuuslaskennan tulos oli se, että pystyimme arvioimaan, että 100 kvintiljoonaa (tai 100 miljardia) tonnia hiiltä on ollut alkutuotannossa elämän syntymisen jälkeen.

Tällaisia ​​suuria lukuja on vaikea kuvitella; 100 kvintiljoonaa tonnia hiiltä on noin 100 kertaa maapallon sisältämän hiilen määrä, mikä on melko vaikuttava saavutus maapallon alkutuottajille.

Alkutuotanto

Nykyään alkutuotanto tapahtuu pääasiassa maalla sijaitsevilla kasveilla ja meren mikro-organismeilla, kuten levillä ja syanobakteerilla. Aiemmin näiden suurten rahoittajien osuus oli hyvin erilainen; Maan varhaisimman historian tapauksessa alkutuotantoa johti pääasiassa täysin erilainen organismiryhmä, joka ei ole riippuvainen happipitoisesta fotosynteesistä pysyäkseen hengissä.

Eri tekniikoiden yhdistelmä on kyennyt antamaan käsityksen siitä, milloin eri alkutuottajat olivat aktiivisimpia maapallon menneisyydessä. Esimerkkejä tällaisista tekniikoista ovat mm vanhimmat metsät tai käyttämällä molekyylifossiileja nimeltä biomarkkereita.

In meidän tutkimus, käytimme näitä tietoja tutkiaksemme, mitkä organismit ovat vaikuttaneet eniten maapallon historialliseen alkutuotantoon. Huomasimme, että vaikka myöhästyimme paikalle, maakasvit ovat todennäköisesti vaikuttaneet eniten. On kuitenkin myös erittäin todennäköistä, että syanobakteerit vaikuttivat eniten.

Koko elämä

Määrittämällä, kuinka paljon alkutuotantoa on koskaan tapahtunut, ja tunnistamalla, mitkä organismit ovat olleet vastuussa siitä, pystyimme myös arvioimaan, kuinka paljon elämää on koskaan ollut maapallolla.

Nykyään voidaan arvioida, kuinka monta ihmistä on olemassa sen perusteella, kuinka paljon ruokaa kulutetaan. Samoin pystyimme kalibroimaan alkutuotannon suhteen nykyaikaisessa ympäristössä olevien solujen määrään.

Huolimatta suurista vaihteluista solujen lukumäärässä organismia kohden ja eri solujen kokoissa, tällaisista komplikaatioista tulee toissijaisia, koska yksisoluiset mikrobit hallitsevat maailmanlaajuisia solupopulaatioita. Lopulta saatoimme arvioida, että noin 10³⁰ (10 noninillion) solua on nykyään olemassa ja välillä 10³⁹ (duodecillion) ja 10⁴⁰ soluja on koskaan ollut maan päällä.

Kuinka paljon elämää maapallolla tulee koskaan olemaan?

Lukuun ottamatta kykyä siirtää maapallo nuoremman tähden kiertoradalle, Maan biosfäärin elinikä on rajallinen. Tämä sairaalloinen tosiasia on seurausta tähtemme elinkaarta. Aurinko on syntymästään lähtien kirkastunut hitaasti viimeisten neljän ja puolen miljardin vuoden aikana, kun vety on muuttunut ytimessä heliumiksi.

Kaukana tulevaisuudessa, noin kahden miljardin vuoden kuluttua, kaikki biogeokemialliset vikaturvalaitteet, jotka pitävät maapallon asuttavana, työnnetään ohi. rajat. Ensin maakasvit kuolevat pois, ja sitten lopulta valtameret kiehuvat, ja maapallo palaa suurelta osin elottomaksi kiviplaneetalle sellaisena kuin se oli lapsenkengissään.

Mutta siihen asti, kuinka paljon elämää maapallolla on koko asumiskelpoisen elinkaarensa aikana? Ennustelemalla nykyistä perustuottavuuttamme eteenpäin arvioimme, että noin 10⁴⁰ solut miehittävät maapallon koskaan.

Maa eksoplaneettana

Vain muutama vuosikymmen sitten eksoplaneetat (planeetat, jotka kiertävät muita tähtiä) olivat vain hypoteesi. Nyt pystymme ei vain havaita ne, mutta kuvaavat monia puolia tuhansista kaukaisista maailmoista kaukaisten tähtien ympärillä.

Mutta miten maapallo verrataan näihin kappaleisiin? Uudessa tutkimuksessamme olemme ottaneet lintuperspektiivin maapallon elämään ja esittäneet maapallon vertailukohtana muiden planeettojen vertailussa.

Minusta todella mielenkiintoista on kuitenkin se, mitä olisi voinut tapahtua Maan menneisyydessä synnyttäen radikaalisti erilaisen lentoradan ja siten radikaalisti erilaisen määrän elämää, joka on voinut kutsua maapallon kodiksi. Esimerkiksi entä jos happipitoinen fotosynteesi ei koskaan pääsisi voimaan, tai entä jos endosymbioosia ei koskaan tapahtuisi?

Vastaukset sellaisiin kysymyksiin ovat se, mikä saa laboratorioni eteenpäin Carleton University tulevina vuosina.

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Kuva pistetilanne: Mihály Köles / Unsplash 

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/