Quanta vita è mai esistita sulla Terra e quanta mai esisterà?

Tutti gli organismi sono costituiti da cellule viventi. Anche se è difficile individuare esattamente quando iniziarono ad esistere le prime cellule, le migliori stime dei geologi suggeriscono che almeno 3.8 miliardi di anni fa. Ma quanta vita ha abitato questo pianeta fin dalla prima cellula sulla Terra? E quanta vita esisterà mai sulla Terra?

Nel nostro nuovo studio, pubblicato in Current Biology, i miei colleghi del Weizmann Institute of Science ed Smith College e ho preso di mira queste grandi domande.

Carbonio sulla Terra

Ogni anno, attraverso la cosiddetta produzione primaria, vengono assorbiti circa 200 miliardi di tonnellate di carbonio. Durante la produzione primaria, il carbonio inorganico, come l’anidride carbonica nell’atmosfera e il bicarbonato nell’oceano, viene utilizzato per produrre energia e per costruire le molecole organiche di cui la vita ha bisogno.

Oggi, il contributore più notevole a questo sforzo è fotosintesi ossigenata, dove la luce del sole e l'acqua sono ingredienti fondamentali. Tuttavia, decifrare i tassi passati di produzione primaria è stato un compito impegnativo. Invece di una macchina del tempo, gli scienziati come me si affidano agli indizi lasciati nelle antiche rocce sedimentarie per ricostruire gli ambienti passati.

Nel caso della produzione primaria, la composizione isotopica di ossigeno sotto forma di solfato in antichi giacimenti salini consente di effettuare tali stime.

In il nostro studio, abbiamo compilato tutte le stime precedenti della produzione primaria antica derivate attraverso il metodo sopra, così come molte altre. Il risultato di questo censimento della produttività è stato che siamo stati in grado di stimare che 100 quintilioni (o 100 miliardi di miliardi) di tonnellate di carbonio sono passate attraverso la produzione primaria dall’origine della vita.

Grandi numeri come questo sono difficili da immaginare; 100 quintilioni di tonnellate di carbonio rappresentano circa 100 volte la quantità di carbonio contenuta nella Terra, un’impresa piuttosto impressionante per i produttori primari della Terra.

Produzione primaria

Oggi la produzione primaria è ottenuta principalmente da piante terrestri e microrganismi marini come alghe e cianobatteri. In passato, la proporzione di questi maggiori contribuenti era molto diversa; nel caso della storia più antica della Terra, la produzione primaria era condotta principalmente da un gruppo completamente diverso di organismi che non si basava sulla fotosintesi ossigenata per sopravvivere.

Una combinazione di diverse tecniche è stata in grado di dare un’idea di quando i diversi produttori primari erano più attivi nel passato della Terra. Esempi di tali tecniche includono l'identificazione di foreste più antiche o utilizzando fossili molecolari chiamati biomarcatori.

In il nostro studio, abbiamo utilizzato queste informazioni per esplorare quali organismi hanno contribuito maggiormente alla produzione primaria storica della Terra. Abbiamo scoperto che, nonostante siano arrivate in ritardo sulla scena, le piante terrestri hanno probabilmente contribuito maggiormente. Tuttavia, è anche molto plausibile che i cianobatteri abbiano contribuito maggiormente.

Vita totale

Determinando la quantità di produzione primaria mai avvenuta e identificando quali organismi ne sono stati responsabili, siamo stati anche in grado di stimare quanta vita sia mai esistita sulla Terra.

Oggi, si potrebbe essere in grado di stimare quanti esseri umani esistono in base alla quantità di cibo consumato. Allo stesso modo, siamo stati in grado di calibrare il rapporto tra la produzione primaria e il numero di cellule esistenti nell’ambiente moderno.

Nonostante la grande variabilità nel numero di cellule per organismo e nelle dimensioni delle diverse cellule, tali complicazioni diventano secondarie poiché i microbi unicellulari dominano le popolazioni cellulari globali. Alla fine siamo riusciti a stimarne circa 10³⁰ Oggi esistono (10 non milioni) di cellule e ce ne sono tra 10³⁹ (un duodecillion) e 10⁴⁰ le cellule siano mai esistite sulla Terra.

Quanta vita avrà mai la Terra?

A parte la possibilità di spostare la Terra nell'orbita di una stella più giovane, la durata della biosfera terrestre è limitata. Questo fatto morboso è una conseguenza di il ciclo di vita della nostra stella. Dalla sua nascita, il sole è diventato lentamente più luminoso negli ultimi quattro miliardi e mezzo di anni poiché l'idrogeno è stato convertito in elio nel suo nucleo.

In un lontano futuro, a circa due miliardi di anni da oggi, tutte le difese biogeochimiche che mantengono la Terra abitabile saranno superate. limiti. In primo luogo, le piante terrestri moriranno, poi alla fine gli oceani bolliranno e la Terra tornerà ad essere un pianeta roccioso in gran parte senza vita com’era nella sua infanzia.

Ma fino ad allora, quanta vita ospiterà la Terra nel corso della sua intera vita abitabile? Proiettando in avanti i nostri attuali livelli di produttività primaria, abbiamo stimato che circa 10⁴⁰ le cellule occuperanno mai la Terra.

La Terra come pianeta extrasolare

Solo pochi decenni fa, gli esopianeti (pianeti in orbita attorno ad altre stelle) erano solo un’ipotesi. Ora siamo in grado non solo di farlo rilevarli, ma descrivono molti aspetti di migliaia di mondi lontani attorno a stelle lontane.

Ma come si confronta la Terra con questi corpi? Nel nostro nuovo studio, abbiamo adottato una visione a volo d’uccello della vita sulla Terra e abbiamo proposto la Terra come punto di riferimento per confrontare altri pianeti.

Ciò che trovo veramente interessante, tuttavia, è ciò che sarebbe potuto accadere nel passato della Terra per produrre una traiettoria radicalmente diversa e quindi una quantità di vita radicalmente diversa che è stata in grado di chiamare la Terra casa. Ad esempio, cosa accadrebbe se la fotosintesi ossigenata non prendesse mai piede, o se l’endosimbiosi non si verificasse mai?

Le risposte a tali domande sono ciò che spingerà il mio laboratorio Università Carleton nei prossimi anni.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

Immagine di credito: Mihaly Koles / Unsplash 

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