Hoeveel leven heeft er ooit op aarde bestaan, en hoeveel zal er ooit bestaan?

Hoeveel leven heeft er ooit op aarde bestaan, en hoeveel zal er ooit bestaan?

Tijdstempel: 30 januari 2024 3:36 uur

Alle organismen zijn gemaakt van levende cellen. Hoewel het moeilijk is om precies vast te stellen wanneer de eerste cellen ontstonden, suggereren de beste schattingen van geologen dat ze al in ieder geval 3.8 miljard jaar geleden. Maar hoeveel leven heeft deze planeet bewoond sinds de eerste cel op aarde? En hoeveel leven zal er ooit op aarde bestaan?

In onze nieuwe studie, gepubliceerd in Current Biology, mijn collega's van de Weizmann Institute of Science en Smith College en ik richtte mij op deze grote vragen.

Koolstof op aarde

Jaarlijks wordt ongeveer 200 miljard ton koolstof opgenomen via de zogenaamde primaire productie. Tijdens de primaire productie wordt anorganische koolstof – zoals koolstofdioxide in de atmosfeer en bicarbonaat in de oceaan – gebruikt voor energie en om de organische moleculen te bouwen die het leven nodig heeft.

Tegenwoordig is de meest opvallende bijdrager aan deze inspanning oxygene fotosynthese, waar zonlicht en water belangrijke ingrediënten zijn. Het ontcijferen van de primaire productiecijfers uit het verleden was echter een uitdagende taak. In plaats van een tijdmachine vertrouwen wetenschappers zoals ik op aanwijzingen die zijn achtergelaten in oude sedimentaire gesteenten om vroegere omgevingen te reconstrueren.

In het geval van primaire productie is de isotopensamenstelling van zuurstof in de vorm van sulfaat in oude zoutafzettingen maakt het mogelijk dergelijke schattingen te maken.

In onze studie, hebben we alle eerdere schattingen van de oude primaire productie verzameld die zijn afgeleid via de bovenstaande methode, evenals vele andere. De uitkomst van deze productiviteitstelling was dat we konden schatten dat 100 biljoen (of 100 miljard miljard) ton koolstof sinds het ontstaan ​​van het leven door primaire productie is gegaan.

Dergelijke grote aantallen zijn moeilijk voor te stellen; 100 biljoen ton koolstof is ongeveer 100 keer de hoeveelheid koolstof die zich in de aarde bevindt, een behoorlijk indrukwekkende prestatie voor de primaire producenten van de aarde.

Primaire productie

Tegenwoordig wordt de primaire productie voornamelijk bereikt door planten op het land en mariene micro-organismen zoals algen en cyanobacteriën. In het verleden was het aandeel van deze grote bijdragers heel anders; In het geval van de vroegste geschiedenis van de aarde werd de primaire productie voornamelijk uitgevoerd door een geheel andere groep organismen die niet afhankelijk zijn van zuurstofrijke fotosynthese om in leven te blijven.

Een combinatie van verschillende technieken heeft een idee kunnen geven van wanneer verschillende primaire producenten het meest actief waren in het verleden van de aarde. Voorbeelden van dergelijke technieken zijn onder meer het identificeren van de oudste bossen of het gebruik van moleculaire fossielen genoemd biomarkers.

In onze studiehebben we deze informatie gebruikt om te onderzoeken welke organismen het meest hebben bijgedragen aan de historische primaire productie van de aarde. We ontdekten dat, ondanks dat we te laat ter plaatse waren, landplanten waarschijnlijk het meest hebben bijgedragen. Het is echter ook zeer aannemelijk dat cyanobacteriën de grootste bijdrage leverden.

groene haarachtige bacteriestrengen
Filamenteuze cyanobacteriën uit een getijdenvijver bij de kwelder van Little Sippewissett, Falmouth, Massachusetts. Krediet van het beeld: Nationaal laboratorium van Argonne, CC BY-NC-SA

Totale leven

Door te bepalen hoeveel primaire productie er ooit heeft plaatsgevonden, en door te identificeren welke organismen daarvoor verantwoordelijk zijn geweest, konden we ook schatten hoeveel leven er ooit op aarde heeft plaatsgevonden.

Tegenwoordig kan men misschien schatten hoeveel mensen er bestaan, gebaseerd op de hoeveelheid voedsel die wordt geconsumeerd. Op dezelfde manier konden we de verhouding tussen de primaire productie en het aantal cellen in de moderne omgeving kalibreren.

Ondanks de grote variabiliteit in het aantal cellen per organisme en de grootte van verschillende cellen, worden dergelijke complicaties secundair omdat eencellige microben de mondiale celpopulaties domineren. Uiteindelijk konden we dat op ongeveer 10 schatten30 Er bestaan ​​vandaag de dag (10 niet-eenmiljard) cellen, en tussen de 1039 (een duodeciljoen) en 1040 cellen hebben ooit op aarde bestaan.

Hoeveel leven zal de aarde ooit hebben?

Afgezien van het vermogen om de aarde in de baan van een jongere ster te brengen, is de levensduur van de biosfeer van de aarde beperkt. Dit ziekelijke feit is een gevolg van de levenscyclus van onze ster. Sinds zijn geboorte is de zon de afgelopen vier en een half miljard jaar langzaam helderder geworden, omdat waterstof in de kern is omgezet in helium.

Ver in de toekomst, over ongeveer twee miljard jaar, zullen alle biogeochemische veiligheidsvoorzieningen die de aarde bewoonbaar houden voorbij hun grenzen worden geduwd. grenzen. Eerst zullen de planten op het land afsterven, en uiteindelijk zullen de oceanen koken, en zal de aarde terugkeren naar een grotendeels levenloze rotsachtige planeet, zoals deze nog in de kinderschoenen stond.

Maar hoeveel leven zal de aarde tot die tijd huisvesten gedurende haar gehele bewoonbare levensduur? Als we onze huidige niveaus van primaire productiviteit naar voren projecteren, schatten we dat op ongeveer 1040 cellen zullen ooit de aarde bezetten.

een blauwe planeet in de ruimte
Een planetenstelsel op 100 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Dorado herbergt de eerste planeet met een bewoonbare zone ter grootte van de aarde, ontdekt door NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite. Beeldcredits: NASA Goddard Space Flight Center

De aarde als exoplaneet

Nog maar een paar decennia geleden waren exoplaneten (planeten die rond andere sterren draaien) slechts een hypothese. Nu kunnen we dat niet alleen detecteer ze, maar beschrijven vele aspecten van duizenden verre werelden rond verre sterren.

Maar hoe verhoudt de aarde zich tot deze lichamen? In ons nieuwe onderzoek hebben we het leven op aarde vanuit vogelperspectief bekeken en de aarde als maatstaf genoemd om andere planeten te vergelijken.

Wat ik echter echt interessant vind, is wat er in het verleden van de aarde had kunnen gebeuren om een ​​radicaal ander traject teweeg te brengen en daardoor een radicaal andere hoeveelheid leven die de aarde haar thuis heeft kunnen noemen. Wat als er bijvoorbeeld nooit zuurstofrijke fotosynthese zou plaatsvinden, of wat als endosymbiose nooit zou plaatsvinden?

De antwoorden op dergelijke vragen zijn wat mijn laboratorium zal drijven Carleton University de komende jaren.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: Mihály Koles / Unsplash 

Tijdstempel:

Meer van Hub voor singulariteit