Hvor mye liv har noen gang eksistert på jorden, og hvor mye vil noensinne?

Alle organismer er laget av levende celler. Selv om det er vanskelig å fastslå nøyaktig når de første cellene ble til, antyder geologenes beste estimater minst så tidlig som 3.8 milliarder år siden. Men hvor mye liv har bebodd denne planeten siden den første cellen på jorden? Og hvor mye liv vil noen gang eksistere på jorden?

I vår nye studie, publisert i Current Biology, mine kolleger fra Weizmann Institutt for naturvitenskap og Smith College og jeg tok sikte på disse store spørsmålene.

Karbon på jorden

Hvert år tas rundt 200 milliarder tonn karbon opp gjennom det som kalles primærproduksjon. Under primærproduksjon brukes uorganisk karbon – som karbondioksid i atmosfæren og bikarbonat i havet – til energi og til å bygge de organiske molekylene livet trenger.

I dag er den mest bemerkelsesverdige bidragsyteren til denne innsatsen oksygenisk fotosyntese, hvor sollys og vann er nøkkelingredienser. Imidlertid har det vært en utfordrende oppgave å dechiffrere tidligere rater for primærproduksjon. I stedet for en tidsmaskin, stoler forskere som meg på ledetråder som er igjen i eldgamle sedimentære bergarter for å rekonstruere tidligere miljøer.

Ved primærproduksjon er isotopsammensetningen av oksygen i form av sulfat i gamle saltforekomster gjør det mulig å gjøre slike estimater.

In vår studie, har vi samlet alle tidligere estimater av gammel primærproduksjon utledet gjennom metoden ovenfor, så vel som mange andre. Resultatet av denne produktivitetstellingen var at vi var i stand til å anslå at 100 kvintillioner (eller 100 milliarder milliarder) tonn karbon har vært gjennom primærproduksjon siden livets opprinnelse.

Store tall som dette er vanskelig å forestille seg; 100 kvintillioner tonn karbon er omtrent 100 ganger mengden karbon inne i jorden, en ganske imponerende bragd for jordens primærprodusenter.

Primærproduksjon

I dag oppnås primærproduksjon hovedsakelig av planter på land og marine mikroorganismer som alger og cyanobakterier. Tidligere var andelen av disse store bidragsyterne svært forskjellig; i tilfelle av jordens tidligste historie, ble primærproduksjon hovedsakelig utført av en helt annen gruppe organismer som ikke er avhengig av oksygenisk fotosyntese for å holde seg i live.

En kombinasjon av ulike teknikker har vært i stand til å gi en følelse av når ulike primærprodusenter var mest aktive i jordens fortid. Eksempler på slike teknikker inkluderer å identifisere eldste skoger eller ved å bruke molekylære fossiler kalt biomarkører.

In vår studie, brukte vi denne informasjonen til å utforske hvilke organismer som har bidratt mest til jordens historiske primærproduksjon. Vi fant ut at til tross for at vi var sent ute, har landplanter sannsynligvis bidratt mest. Det er imidlertid også svært sannsynlig at cyanobakterier bidro mest.

Totalt liv

Ved å bestemme hvor mye primærproduksjon som noen gang har skjedd, og ved å identifisere hvilke organismer som har vært ansvarlige for det, kunne vi også estimere hvor mye liv som noen gang har vært på jorden.

I dag kan man kanskje anslå hvor mange mennesker som eksisterer basert på hvor mye mat som konsumeres. På samme måte var vi i stand til å kalibrere et forhold mellom primærproduksjon og hvor mange celler som finnes i det moderne miljøet.

Til tross for den store variasjonen i antall celler per organisme og størrelsen på forskjellige celler, blir slike komplikasjoner sekundære siden encellede mikrober dominerer globale cellepopulasjoner. Til slutt var vi i stand til å anslå at rundt 10³⁰ (10 noninillioner) celler eksisterer i dag, og mellom 10³⁹ (en duodesillion) og 10⁴⁰ celler har noen gang eksistert på jorden.

Hvor mye liv vil jorden noensinne ha?

Bortsett fra muligheten til å flytte jorden inn i banen til en yngre stjerne, er levetiden til jordens biosfære begrenset. Dette sykelige faktum er en konsekvens av vår stjernes livssyklus. Siden den ble født har solen sakte blitt lysere de siste fire og en halv milliard årene ettersom hydrogen har blitt omdannet til helium i kjernen.

Langt i fremtiden, rundt to milliarder år fra nå, vil alle de biogeokjemiske feilsikringene som holder jorden beboelig, bli presset forbi deres grenser. Først vil landplanter dø av, og til slutt vil havene koke, og jorden vil vende tilbake til en stort sett livløs steinete planet slik den var i sin spede begynnelse.

Men inntil da, hvor mye liv vil jorden huse over hele dens beboelige levetid? Ved å projisere våre nåværende nivåer av primærproduktivitet fremover, estimerte vi at rundt 10⁴⁰ celler vil noen gang okkupere jorden.

Jorden som en eksoplanet

For bare noen tiår siden var eksoplaneter (planeter som kretser rundt andre stjerner) bare en hypotese. Nå er vi i stand til ikke bare oppdage dem, men beskriver mange aspekter av tusenvis av fjerne verdener rundt fjerne stjerner.

Men hvordan er jorden sammenlignet med disse kroppene? I vår nye studie har vi tatt et fugleperspektiv på livet på jorden og har lagt frem Jorden som en målestokk for å sammenligne andre planeter.

Det jeg imidlertid finner virkelig interessant, er hva som kunne ha skjedd i jordens fortid for å produsere en radikalt annen bane og derfor en radikalt annen mengde liv som har vært i stand til å kalle jorden hjem. For eksempel, hva om oksygenisk fotosyntese aldri tok tak, eller hva om endosymbiose aldri skjedde?

Svar på slike spørsmål er det som vil drive laboratoriet mitt til Carleton University i løpet av de kommende årene.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: Mihály Köles / Unsplash 

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/