Koliko življenja je kdaj obstajalo na Zemlji in koliko ga še bo?

Vsi organizmi so zgrajeni iz živih celic. Čeprav je težko natančno določiti, kdaj so prve celice nastale, najboljše ocene geologov kažejo vsaj že l. Pred 3.8 milijardami let. Toda koliko življenja je naselilo ta planet od prve celice na Zemlji? In koliko življenja bo kdaj obstajalo na Zemlji?

V naši novi študiji, objavljeni v Trenutna Biology, moji kolegi iz Weizmannov inštitut za znanost in Smith College in ciljal sem na ta velika vprašanja.

Ogljik na Zemlji

Vsako leto se približno 200 milijard ton ogljika prevzame skozi tako imenovano primarno proizvodnjo. Med primarno proizvodnjo se anorganski ogljik, kot sta ogljikov dioksid v atmosferi in bikarbonat v oceanu, uporablja za energijo in gradnjo organskih molekul, ki jih potrebuje življenje.

Danes je najbolj opazen prispevek k temu prizadevanju kisikova fotosinteza, kjer sta ključni sestavini sončna svetloba in voda. Vendar je bilo dešifriranje preteklih stopenj primarne proizvodnje zahtevna naloga. Namesto časovnega stroja se znanstveniki, kot sem jaz, za rekonstrukcijo preteklih okolij zanašajo na namige v starodavnih sedimentnih kamninah.

V primeru primarne proizvodnje je izotopska sestava kisik v obliki sulfata v starodavnih nahajališčih soli omogoča izdelavo takšnih ocen.

In naša študija, smo zbrali vse prejšnje ocene starodavne primarne proizvodnje, pridobljene z zgornjo metodo, kot tudi mnoge druge. Rezultat tega popisa produktivnosti je bil, da smo lahko ocenili, da je bilo 100 kvintilijonov (ali 100 milijard milijard) ton ogljika skozi primarno proizvodnjo od nastanka življenja.

Takšne velike številke si je težko predstavljati; 100 kvintiljonov ton ogljika je približno 100-kratna količina ogljika, ki ga vsebuje Zemlja, kar je precej impresiven podvig za primarne proizvajalce Zemlje.

Primarna proizvodnja

Danes primarno proizvodnjo v glavnem dosegajo rastline na kopnem in morski mikroorganizmi, kot so alge in cianobakterije. V preteklosti je bil delež teh glavnih prispevajočih zelo različen; v primeru najzgodnejše zgodovine Zemlje je primarno proizvodnjo v glavnem izvajala povsem drugačna skupina organizmov, ki se ne zanašajo na kisikovo fotosintezo, da ostanejo živi.

Kombinacija različnih tehnik je lahko dala občutek, kdaj so bili različni primarni proizvajalci najbolj aktivni v preteklosti Zemlje. Primeri takih tehnik vključujejo prepoznavanje najstarejši gozdovi ali z uporabo molekularnih fosilov, imenovanih biomarkerjev.

In naša študija, smo te informacije uporabili za raziskovanje, kateri organizmi so največ prispevali k zgodovinski primarni proizvodnji Zemlje. Ugotovili smo, da so kopenske rastline verjetno največ prispevale kljub temu, da so na prizorišču pozne. Zelo verjetno pa je tudi, da so največ prispevale cianobakterije.

Celotno življenje

Z določitvijo, koliko primarne proizvodnje je kdaj prišlo, in z ugotovitvijo, kateri organizmi so bili odgovorni za to, smo lahko tudi ocenili, koliko življenja je bilo kdaj na Zemlji.

Danes lahko na podlagi količine zaužite hrane morda približno ocenimo, koliko ljudi obstaja. Podobno smo lahko umerili razmerje med primarno proizvodnjo in številom celic, ki obstajajo v sodobnem okolju.

Kljub veliki variabilnosti števila celic na organizem in velikosti različnih celic postanejo takšni zapleti sekundarni, saj enocelični mikrobi prevladujejo v globalnih celičnih populacijah. Na koncu smo lahko ocenili, da okoli 10³⁰ Danes obstaja (10 nenilijonov) celic in med 10³⁹ (duodecilion) in 10⁴⁰ celice so kdaj obstajale na Zemlji.

Koliko življenja bo kdaj imela Zemlja?

Razen zmožnosti premika Zemlje v orbito mlajše zvezde je življenjska doba Zemljine biosfere omejena. To morbidno dejstvo je posledica življenjski cikel naše zvezde. Od svojega rojstva je sonce v zadnjih štirih in pol milijardah let počasi postajalo svetlejše, saj se je vodik v njegovem jedru pretvoril v helij.

Daleč v prihodnosti, čez približno dve milijardi let, bodo vsi biogeokemični varnostni sistemi, ki ohranjajo Zemljo primerno za bivanje, potisnjeni mimo svojih Meje. Najprej bodo odmrle kopenske rastline, nato pa bodo sčasoma zavreli oceani in Zemlja se bo vrnila na večinoma brez življenja skalnat planet, kakršen je bil v povojih.

Toda do takrat, koliko življenja bo imela Zemlja v svoji celotni bivalni dobi? Če projiciramo naše trenutne ravni primarne produktivnosti naprej, smo ocenili, da približno 10⁴⁰ celice bodo kdaj zasedle Zemljo.

Zemlja kot eksoplanet

Še pred nekaj desetletji so bili eksoplaneti (planeti, ki krožijo okoli drugih zvezd) le hipoteza. Zdaj lahko ne samo jih zaznati, vendar opisujejo številne vidike na tisoče oddaljenih svetov okoli oddaljenih zvezd.

Toda kakšna je Zemlja v primerjavi s temi telesi? V naši novi študiji smo življenje na Zemlji pogledali s ptičje perspektive in postavili Zemljo kot merilo za primerjavo drugih planetov.

Kar pa se mi zdi resnično zanimivo, je, kaj bi se lahko zgodilo v Zemljini preteklosti, da bi ustvarilo radikalno drugačno pot in s tem radikalno drugačno količino življenja, ki je Zemljo lahko klicalo domov. Na primer, kaj če se kisikova fotosinteza nikoli ne bi uveljavila ali kaj če do endosimbioze nikoli ne bi prišlo?

Odgovori na takšna vprašanja bodo gnali moj laboratorij Univerza Carleton v prihodnjih letih.

Ta članek je ponovno objavljen Pogovor pod licenco Creative Commons. Preberi Originalni članek.

Kreditno slike: Mihály Köles / Unsplash 

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/