Combien de vie a déjà existé sur Terre, et combien y aura-t-il jamais ?

Tous les organismes sont constitués de cellules vivantes. Bien qu'il soit difficile de déterminer exactement quand les premières cellules ont commencé à exister, les meilleures estimations des géologues suggèrent qu'au moins dès Il y a 3.8 milliards d'années. Mais combien de vie a habité cette planète depuis la première cellule sur Terre ? Et combien de vie existera-t-il un jour sur Terre ?

Dans notre nouvelle étude publiée dans Current Biology, mes collègues du Weizmann Institute of Science ainsi que les Smith College et je me suis attaqué à ces grandes questions.

Le carbone sur Terre

Chaque année, environ 200 milliards de tonnes de carbone sont absorbées par ce que l'on appelle la production primaire. Au cours de la production primaire, le carbone inorganique, comme le dioxyde de carbone dans l’atmosphère et le bicarbonate dans l’océan, est utilisé pour produire de l’énergie et pour fabriquer les molécules organiques dont la vie a besoin.

Aujourd'hui, le contributeur le plus notable à cet effort est photosynthèse oxygénée, où la lumière du soleil et l'eau sont des ingrédients clés. Toutefois, décrypter les taux passés de production primaire s’avère une tâche difficile. Au lieu d'une machine à voyager dans le temps, les scientifiques comme moi s'appuient sur des indices laissés dans d'anciennes roches sédimentaires pour reconstruire les environnements passés.

Dans le cas de la production primaire, la composition isotopique du oxygène sous forme de sulfate dans les anciens gisements de sel permet de faire de telles estimations.

In notre étude, nous avons compilé toutes les estimations précédentes de la production primaire ancienne dérivées de la méthode ci-dessus, ainsi que de nombreuses autres. Le résultat de ce recensement de la productivité a été que nous avons pu estimer que 100 quintillions (ou 100 milliards de milliards) de tonnes de carbone ont été issues de la production primaire depuis l’origine de la vie.

De grands chiffres comme celui-ci sont difficiles à imaginer ; 100 quintillions de tonnes de carbone représentent environ 100 fois la quantité de carbone contenue dans la Terre, un exploit assez impressionnant pour les producteurs primaires de la Terre.

Production primaire

Aujourd’hui, la production primaire est principalement réalisée par des plantes terrestres et des micro-organismes marins tels que les algues et les cyanobactéries. Dans le passé, la proportion de ces principaux contributeurs était très différente ; dans le cas des débuts de l’histoire de la Terre, la production primaire était principalement réalisée par un groupe d’organismes totalement différent qui ne dépendait pas de la photosynthèse oxygénée pour rester en vie.

Une combinaison de différentes techniques a permis de donner une idée du moment où les différents producteurs primaires étaient les plus actifs dans le passé de la Terre. Des exemples de telles techniques incluent l'identification du forêts les plus anciennes ou en utilisant des fossiles moléculaires appelés biomarqueurs.

In notre étude, nous avons utilisé ces informations pour explorer quels organismes ont le plus contribué à la production primaire historique de la Terre. Nous avons constaté que, même si elles sont arrivées tardivement, ce sont probablement les plantes terrestres qui ont le plus contribué. Cependant, il est également très plausible que ce soient les cyanobactéries qui y aient contribué le plus.

Vie totale

En déterminant l’ampleur de la production primaire et en identifiant les organismes qui en sont responsables, nous avons également pu estimer l’ampleur de la vie sur Terre.

Aujourd’hui, on peut peut-être estimer le nombre d’humains en fonction de la quantité de nourriture consommée. De même, nous avons pu calibrer le rapport entre la production primaire et le nombre de cellules existant dans l’environnement moderne.

Malgré la grande variabilité du nombre de cellules par organisme et de la taille des différentes cellules, ces complications deviennent secondaires puisque les microbes unicellulaires dominent les populations cellulaires mondiales. Au final, nous avons pu estimer qu'environ 10³⁰ (10 non millions) de cellules existent aujourd'hui, et entre 10³⁹ (un duodécillion) et 10⁴⁰ des cellules ont toujours existé sur Terre.

Quelle quantité de vie la Terre aura-t-elle un jour ?

Hormis la capacité de déplacer la Terre sur l'orbite d'une étoile plus jeune, la durée de vie de la biosphère terrestre est limitée. Ce fait morbide est une conséquence de le cycle de vie de notre étoile. Depuis sa naissance, le soleil est devenu progressivement plus brillant au cours des quatre milliards et demi d'années, à mesure que l'hydrogène a été converti en hélium dans son noyau.

Dans un avenir lointain, dans environ deux milliards d’années, toutes les sécurités biogéochimiques qui maintiennent la Terre habitable seront dépassées. limites. Premièrement, les plantes terrestres mourront, puis les océans finiront par bouillir et la Terre redeviendra une planète rocheuse en grande partie sans vie comme elle l’était à ses balbutiements.

Mais d’ici là, quelle quantité de vie la Terre abritera-t-elle pendant toute sa durée de vie habitable ? En projetant nos niveaux actuels de productivité primaire, nous avons estimé qu'environ 10⁴⁰ les cellules occuperont un jour la Terre.

La Terre comme exoplanète

Il y a seulement quelques décennies, les exoplanètes (planètes en orbite autour d’autres étoiles) n’étaient qu’une hypothèse. Maintenant, nous pouvons non seulement les détecter, mais décrivent de nombreux aspects de milliers de mondes lointains autour d'étoiles lointaines.

Mais comment la Terre se compare-t-elle à ces corps ? Dans notre nouvelle étude, nous avons pris une vue d’ensemble de la vie sur Terre et avons proposé la Terre comme référence pour comparer les autres planètes.

Ce que je trouve vraiment intéressant, cependant, c'est ce qui aurait pu se produire dans le passé de la Terre pour produire une trajectoire radicalement différente et donc une quantité radicalement différente de vie qui a pu habiter sur Terre. Par exemple, que se passerait-il si la photosynthèse oxygénée ne s’installait jamais, ou si l’endosymbiose ne se produisait jamais ?

Les réponses à ces questions sont ce qui motivera mon laboratoire à Université Carleton au cours des prochaines années.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

Crédit image: Mihály Koles / Unsplash 

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• La source: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/