Сколько жизни когда-либо существовало на Земле и сколько еще будет?

Все организмы состоят из живых клеток. Хотя трудно точно определить, когда появились первые клетки, по лучшим оценкам геологов, по крайней мере, уже 3.8 миллиард лет назад. Но сколько жизни населило эту планету со времени появления первой клетки на Земле? И сколько жизни когда-либо будет существовать на Земле?

В нашем новом исследовании, опубликованном в Current Biology, мои коллеги из Институт Вейцмана и Smith College и я нацелился на эти большие вопросы.

Углерод на Земле

Ежегодно около 200 миллиардов тонн углерода поглощается посредством так называемого первичного производства. Во время первичного производства неорганический углерод, такой как углекислый газ в атмосфере и бикарбонат в океане, используется для получения энергии и создания органических молекул, необходимых для жизни.

Сегодня наиболее заметным вкладом в эти усилия является оксигенный фотосинтез, где солнечный свет и вода являются ключевыми ингредиентами. Однако расшифровка прошлых темпов первичного производства была сложной задачей. Вместо машины времени ученые, подобные мне, полагаются на подсказки, оставленные в древних осадочных породах, чтобы реконструировать окружающую среду прошлого.

В случае первичного производства изотопный состав кислород в виде сульфата в древних соляных месторождениях позволяет сделать такие оценки.

In наше исследованиемы собрали все предыдущие оценки древнего первичного производства, полученные с помощью описанного выше метода, а также многие другие. Результатом этой переписи продуктивности стало то, что мы смогли подсчитать, что 100 квинтиллионов (или 100 миллиардов миллиардов) тонн углерода прошли через первичное производство с момента зарождения жизни.

Такие большие цифры трудно представить; 100 квинтиллионов тонн углерода — это примерно в 100 раз больше, чем количество углерода, содержащегося на Земле, — довольно впечатляющий результат для основных производителей Земли.

Основное производство

Сегодня первичное производство осуществляется в основном за счет наземных растений и морских микроорганизмов, таких как водоросли и цианобактерии. В прошлом доля этих основных вкладчиков была совсем другой; В случае древнейшей истории Земли первичное производство в основном осуществлялось совершенно другой группой организмов, которые не полагались на кислородный фотосинтез для выживания.

Комбинация различных методов позволила дать представление о том, когда разные первичные производители были наиболее активны в прошлом Земли. Примеры таких методов включают выявление самые старые леса или используя молекулярные окаменелости, называемые биомаркеры.

In наше исследование, мы использовали эту информацию, чтобы изучить, какие организмы внесли наибольший вклад в историческое первичное производство Земли. Мы обнаружили, что, несмотря на опоздание, наземные растения, вероятно, внесли наибольший вклад. Однако вполне вероятно, что наибольший вклад внесли цианобактерии.

Общая жизнь

Определив, сколько первичного производства когда-либо происходило, и определив, какие организмы были ответственны за него, мы также смогли оценить, сколько жизни когда-либо существовало на Земле.

Сегодня можно приблизительно определить, сколько существует людей, исходя из количества потребляемой пищи. Точно так же мы смогли откалибровать соотношение первичной продукции и количества клеток, существующих в современной среде.

Несмотря на большую вариабельность количества клеток в организме и размеров различных клеток, такие осложнения становятся вторичными, поскольку одноклеточные микробы доминируют в глобальных клеточных популяциях. В итоге нам удалось подсчитать, что около 10³⁰ (10 немиллионов) клеток существуют сегодня, и между 10³⁹ (дуодециллион) и 10⁴⁰ клетки когда-либо существовали на Земле.

Сколько жизни когда-либо будет на Земле?

За исключением возможности вывести Землю на орбиту более молодой звезды, время жизни земной биосферы ограничено. Этот печальный факт является следствием жизненный цикл нашей звезды. С момента своего рождения Солнце постепенно становилось ярче в течение последних четырех с половиной миллиардов лет, поскольку водород в его ядре превратился в гелий.

В далеком будущем, примерно через два миллиарда лет, все биогеохимические механизмы безопасности, которые делают Землю пригодной для жизни, будут вытеснены за рамки своих возможностей. рамки. Сначала вымрут наземные растения, а затем, в конце концов, океаны закипят, и Земля снова станет практически безжизненной каменистой планетой, какой она была в зачаточном состоянии.

Но до тех пор, сколько жизни будет на Земле за всю ее обитаемую жизнь? Прогнозируя наши нынешние уровни первичной продуктивности, мы подсчитали, что около 10⁴⁰ клетки когда-нибудь займут Землю.

Земля как экзопланета

Всего несколько десятилетий назад экзопланеты (планеты, вращающиеся вокруг других звезд) были всего лишь гипотезой. Теперь мы можем не только обнаружить их, но описывают многие аспекты тысяч далеких миров вокруг далеких звезд.

Но как Земля соотносится с этими телами? В нашем новом исследовании мы взглянули на жизнь на Земле с высоты птичьего полета и предложили Землю в качестве эталона для сравнения с другими планетами.

Однако что мне действительно интересно, так это то, что могло произойти в прошлом Земли, что привело к радикально другой траектории и, следовательно, к радикально другому количеству жизни, которая смогла назвать Землю своим домом. Например, что, если бы кислородный фотосинтез никогда не возник, или что, если бы эндосимбиоза никогда не возникло?

Ответы на такие вопросы – вот что будет способствовать развитию моей лаборатории. Карлтонский университет в ближайшие годы.

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Изображение Фото: Михай Колес / Unsplash 

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/