כמה חיים היו אי פעם על פני כדור הארץ וכמה יהיו אי פעם?

כל האורגניזמים עשויים מתאי חיים. למרות שקשה להצביע בדיוק מתי התאים הראשונים התקיימו, ההערכות הטובות ביותר של גיאולוגים מצביעות לפחות על 3.8 מיליארד שנים. אבל כמה חיים ישבו בכוכב הלכת הזה מאז התא הראשון על פני כדור הארץ? וכמה חיים יתקיימו אי פעם על כדור הארץ?

במחקר החדש שלנו, שפורסם ב ביולוגיה נוכחית, הקולגות שלי מה- מכון ויצמן למדע ו מכללת סמית ואני כיוונתי לשאלות הגדולות האלה.

פחמן על פני כדור הארץ

מדי שנה, כ-200 מיליארד טונות של פחמן נספגים במה שמכונה ייצור ראשוני. במהלך הייצור הראשוני, פחמן אנאורגני - כמו פחמן דו חמצני באטמוספרה וביקרבונט באוקיינוס ​​- משמש לאנרגיה ולבניית המולקולות האורגניות שהחיים זקוקים לו.

כיום, התורם הבולט ביותר למאמץ הזה הוא פוטוסינתזה חמצן, כאשר אור שמש ומים הם מרכיבי מפתח. עם זאת, פענוח שיעורי הייצור הראשוני בעבר היה משימה מאתגרת. במקום מכונת זמן, מדענים כמוני מסתמכים על רמזים שנותרו בסלעי משקע עתיקים כדי לשחזר סביבות עבר.

במקרה של ייצור ראשוני, ההרכב האיזוטופי של חמצן בצורה של סולפט במרבצי מלח עתיקים מאפשרת הערכות כאלה.

In המחקר שלנו, ריכזנו את כל ההערכות הקודמות של ייצור ראשוני קדום שנגזרו באמצעות השיטה לעיל, כמו גם רבות אחרות. התוצאה של מפקד הפריון הזה הייתה שהצלחנו להעריך ש-100 קווינטיליון (או 100 מיליארד מיליארד) טונות של פחמן עברו ייצור ראשוני מאז מקור החיים.

קשה לתאר מספרים גדולים כמו זה; 100 קווינטיליון טונות של פחמן הם פי 100 בערך מכמות הפחמן הכלול בכדור הארץ, הישג די מרשים עבור היצרנים העיקריים של כדור הארץ.

ייצור ראשוני

כיום, הייצור הראשוני מושג בעיקר על ידי צמחים ביבשה ומיקרואורגניזמים ימיים כמו אצות וציאנובקטריה. בעבר, שיעור התורמים העיקריים הללו היה שונה מאוד; במקרה של ההיסטוריה המוקדמת ביותר של כדור הארץ, הייצור הראשוני נערך בעיקר על ידי קבוצה אחרת לגמרי של אורגניזמים שאינה מסתמכת על פוטוסינתזה חמצנית כדי להישאר בחיים.

שילוב של טכניקות שונות הצליח לתת תחושה של מתי יצרנים ראשוניים שונים היו הפעילים ביותר בעבר של כדור הארץ. דוגמאות לטכניקות כאלה כוללות זיהוי היערות העתיקים ביותר או באמצעות מאובנים מולקולריים הנקראים סמנים ביולוגיים.

In המחקר שלנו, השתמשנו במידע זה כדי לחקור אילו אורגניזמים תרמו הכי הרבה לייצור הראשוני ההיסטורי של כדור הארץ. גילינו שלמרות האיחור בזירה, סביר להניח שצמחי האדמה תרמו הכי הרבה. עם זאת, סביר מאוד שגם ציאנובקטריות תרמו הכי הרבה.

חיים טוטאליים

על ידי קביעה של כמה ייצור ראשוני התרחש אי פעם, ועל ידי זיהוי של אורגניזמים אחראים לו, הצלחנו גם להעריך כמה חיים היו אי פעם על כדור הארץ.

כיום, אפשר אולי להעריך כמה בני אדם קיימים בהתבסס על כמות המזון הנצרכת. באופן דומה, הצלחנו לכייל יחס בין הייצור הראשוני למספר התאים הקיימים בסביבה המודרנית.

למרות השונות הגדולה במספר התאים לכל אורגניזם ובגדלים של תאים שונים, סיבוכים כאלה הופכים משניים שכן חיידקים חד-תאיים שולטים באוכלוסיות התאים העולמיות. בסופו של דבר, הצלחנו להעריך כ-10³⁰ (10 noninillion) תאים קיימים היום, ובין 10³⁹ (תריסיליון) ו-10⁴⁰ תאים היו קיימים אי פעם על כדור הארץ.

כמה חיים יהיו לכדור הארץ אי פעם?

מלבד היכולת להעביר את כדור הארץ למסלולו של כוכב צעיר יותר, אורך החיים של הביוספרה של כדור הארץ מוגבל. עובדה חולנית זו היא תוצאה של מחזור החיים של הכוכב שלנו. מאז לידתה, השמש התבהרה לאט במהלך ארבע וחצי מיליארד השנים האחרונות, כאשר מימן הומר להליום בליבתה.

הרחק בעתיד, בערך שני מיליארד שנים מהיום, כל הכספות הביו-גיאוכימיות ששומרות על כדור הארץ ראוי למגורים יידחקו מעבר להן. גבולות. ראשית, צמחי היבשה ימותו, ואז בסופו של דבר האוקיינוסים ירתחו, וכדור הארץ יחזור לכוכב לכת סלעי חסר חיים, כפי שהיה בחיתוליו.

אבל עד אז, כמה חיים יכיל כדור הארץ לאורך כל חייו הראויים למגורים? בהקרנת רמות התפוקה העיקריות הנוכחיות שלנו קדימה, הערכנו כי כ-10⁴⁰ תאים אי פעם יכבשו את כדור הארץ.

כדור הארץ כאקסופלנט

רק לפני כמה עשורים, כוכבי לכת (כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים) היו רק השערה. עכשיו אנחנו מסוגלים לא רק לזהות אותם, אך מתארים היבטים רבים של אלפי עולמות רחוקים סביב כוכבים רחוקים.

אבל איך כדור הארץ משתווה לגופים אלה? במחקר החדש שלנו, ראינו מבט ממעוף הציפור על החיים על פני כדור הארץ והצגנו את כדור הארץ כמדד להשוואה בין כוכבי לכת אחרים.

עם זאת, מה שבאמת מעניין אותי הוא מה יכול היה לקרות בעבר של כדור הארץ כדי לייצר מסלול שונה בתכלית ולכן כמות חיים שונה בתכלית שהצליחה לקרוא לכדור הארץ בית. לדוגמה, מה אם הפוטוסינתזה החמצנית מעולם לא תפסה אחיזה, או מה אם אנדוזימביוזה מעולם לא התרחשה?

תשובות לשאלות כאלה הן מה יניע את המעבדה שלי אוניברסיטת קרלטון במהלך השנים הקרובות.

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

תמונת אשראי: מיהאלי קולס / Unsplash 

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/