Скільки життя коли-небудь існувало на Землі і скільки його буде?

Усі організми складаються з живих клітин. Хоча важко точно визначити, коли з’явилися перші клітини, найкращі оцінки геологів свідчать про те, що принаймні ще в 3.8 мільярди років тому. Але скільки життя населяло цю планету з часу появи першої клітини на Землі? І скільки життя коли-небудь існуватиме на Землі?

У нашому новому дослідженні, опублікованому в Current Biology, мої колеги з Інститут науки Вейцмана та Сміт-коледж і я націлився на ці великі питання.

Карбон на Землі

Щороку приблизно 200 мільярдів тонн вуглецю поглинається шляхом так званого первинного виробництва. Під час первинного виробництва неорганічний вуглець, такий як вуглекислий газ в атмосфері та бікарбонат в океані, використовується для отримання енергії та створення органічних молекул, необхідних для життя.

Сьогодні найбільш помітним учасником цих зусиль є кисневий фотосинтез, де сонячне світло та вода є ключовими інгредієнтами. Однак розшифровка минулих темпів первинного виробництва була складним завданням. Замість машини часу такі вчені, як я, покладаються на підказки, залишені в стародавніх осадових породах, щоб реконструювати минулі середовища.

У разі первинного виробництва ізотопний склад кисень у формі сульфату в стародавніх соляних покладах дозволяє зробити такі оцінки.

In наше дослідження, ми зібрали всі попередні оцінки стародавнього первинного виробництва, отримані за допомогою методу вище, а також багато інших. Результатом цього перепису продуктивності стало те, що ми змогли підрахувати, що 100 квінтильйонів (або 100 мільярдів мільярдів) тонн вуглецю було отримано через первинне виробництво з моменту виникнення життя.

Такі великі цифри важко уявити; 100 квінтильйонів тонн вуглецю приблизно в 100 разів перевищують кількість вуглецю, що міститься на Землі, і це досить вражаюче досягнення для первинних виробників Землі.

Основне виробництво

Сьогодні первинне виробництво в основному досягається рослинами на суші та морськими мікроорганізмами, такими як водорості та ціанобактерії. У минулому частка цих основних вкладників була дуже різною; у випадку найдавнішої історії Землі первинне виробництво здебільшого здійснювалося зовсім іншою групою організмів, які не покладаються на кисневий фотосинтез, щоб залишитися в живих.

Поєднання різних методів дозволило дати відчуття того, коли різні первинні виробники були найбільш активними в минулому Землі. Приклади таких методів включають ідентифікацію найдавніші ліси або за допомогою молекулярних скам'янілостей, які називаються біомаркери.

In наше дослідження, ми використали цю інформацію, щоб дослідити, які організми зробили найбільший внесок у історичне первинне виробництво Землі. Ми з’ясували, що, незважаючи на те, що вони запізнилися на сцену, наземні рослини, ймовірно, зробили найбільший внесок. Однак також дуже ймовірно, що ціанобактерії зробили найбільший внесок.

Загальне життя

Визначивши, скільки коли-небудь відбувалося первинне виробництво, і визначивши, які організми відповідальні за це, ми також змогли оцінити, скільки життя коли-небудь було на Землі.

Сьогодні можна приблизно визначити, скільки людей існує, виходячи з того, скільки їжі споживається. Подібним чином ми змогли відкалібрувати співвідношення первинного виробництва до кількості клітин, які існують у сучасному середовищі.

Незважаючи на велику варіабельність кількості клітин в організмі та розмірів різних клітин, такі ускладнення стають вторинними, оскільки одноклітинні мікроби домінують у глобальних популяціях клітин. Зрештою ми змогли підрахувати, що близько 10³⁰ Сьогодні існує (10 нонінільйонів) клітин, а між 10³⁹ (дуодецильйон) і 10⁴⁰ клітини коли-небудь існували на Землі.

Скільки життя коли-небудь буде на Землі?

За винятком можливості перемістити Землю на орбіту молодшої зірки, тривалість життя земної біосфери обмежена. Цей хворобливий факт є наслідком життєвий цикл нашої зірки. З моменту свого народження сонце повільно ставало яскравішим протягом останніх чотирьох з половиною мільярдів років, оскільки водень перетворювався на гелій у його ядрі.

У далекому майбутньому, приблизно через два мільярди років, усі біогеохімічні запобіжні системи, які зберігають Землю придатною для життя, будуть викинуті рамки. Спочатку наземні рослини загинуть, а потім, зрештою, закиплять океани, і Земля повернеться до майже безжиттєвої кам’яної планети, якою вона була в зародковому стані.

Але до того часу, скільки життя залишиться на Землі протягом усього свого життєвого циклу? Прогнозуючи наш поточний рівень первинної продуктивності вперед, ми оцінили приблизно 10⁴⁰ клітини коли-небудь займуть Землю.

Земля як екзопланета

Ще кілька десятиліть тому екзопланети (планети, що обертаються навколо інших зірок) були лише гіпотезою. Тепер ми можемо не тільки виявити їх, але описують багато аспектів тисяч далеких світів навколо далеких зірок.

Але як Земля порівнюється з цими тілами? У нашому новому дослідженні ми поглянули на життя на Землі з висоти пташиного польоту та висунули Землю як еталон для порівняння інших планет.

Однак те, що мені здається справді цікавим, це те, що могло статися в минулому Землі, щоб створити радикально іншу траєкторію і, отже, радикально іншу кількість життя, яке могло назвати Землю домом. Наприклад, що, якби кисневий фотосинтез ніколи не почався, або що, якби ендосимбіоз ніколи не відбувся?

Відповіді на такі запитання – це те, що рухатиме мою лабораторію Карлтонський університет протягом наступних років.

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Зображення Фото: Міхай Келес / Unsplash 

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/