ما حجم الحياة التي وُجدت على الأرض على الإطلاق، وكم سيكون حجمها؟

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

جميع الكائنات الحية مصنوعة من خلايا حية. في حين أنه من الصعب تحديد الوقت الذي ظهرت فيه الخلايا الأولى على وجه التحديد، فإن أفضل تقديرات الجيولوجيين تشير إلى وقت مبكر على الأقل منذ ظهور الخلايا الأولى في الوجود. 3.8 مليار سنة مضت. ولكن ما مقدار الحياة التي سكنت هذا الكوكب منذ ظهور أول خلية على الأرض؟ وكم من الحياة سوف توجد على الأرض؟

في دراستنا الجديدة المنشورة في علم الأحياء الحالي، زملائي من معهد وايزمان للعلوم و كلية سميث وقد استهدفت هذه الأسئلة الكبيرة.

الكربون على الأرض

في كل عام، يتم امتصاص حوالي 200 مليار طن من الكربون من خلال ما يعرف بالإنتاج الأولي. أثناء الإنتاج الأولي، يُستخدم الكربون غير العضوي — مثل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي والبيكربونات الموجودة في المحيط — في إنتاج الطاقة وبناء الجزيئات العضوية التي تحتاجها الحياة.

اليوم، المساهم الأبرز في هذا الجهد هو التمثيل الضوئي الأكسجينحيث يعتبر ضوء الشمس والماء من المكونات الأساسية. ومع ذلك، فإن فك رموز المعدلات السابقة للإنتاج الأولي كان مهمة صعبة. وبدلاً من آلة الزمن، يعتمد العلماء مثلي على الأدلة المتبقية في الصخور الرسوبية القديمة لإعادة بناء البيئات الماضية.

في حالة الإنتاج الأولي، التركيب النظائري لـ أكسجين على شكل كبريتات في رواسب الملح القديمة يسمح بإجراء مثل هذه التقديرات.

In دراستنا، قمنا بتجميع جميع التقديرات السابقة للإنتاج الأولي القديم المشتقة من خلال الطريقة المذكورة أعلاه، بالإضافة إلى العديد من التقديرات الأخرى. وكانت نتيجة إحصاء الإنتاجية هذا أننا تمكنا من تقدير أن 100 كوينتيليون (أو 100 مليار) طن من الكربون مرت عبر الإنتاج الأولي منذ نشأة الحياة.

من الصعب تصور أرقام كبيرة كهذه؛ 100 كوينتيليون طن من الكربون يعادل حوالي 100 ضعف كمية الكربون الموجودة في الأرض، وهو إنجاز مثير للإعجاب بالنسبة للمنتجين الأساسيين على الأرض.

الإنتاج الأولي

اليوم، يتم الإنتاج الأولي بشكل رئيسي من خلال النباتات الموجودة على الأرض والكائنات البحرية الدقيقة مثل الطحالب والبكتيريا الزرقاء. في الماضي، كانت نسبة هؤلاء المساهمين الرئيسيين مختلفة للغاية؛ في حالة التاريخ المبكر للأرض، تم إجراء الإنتاج الأولي بشكل أساسي من قبل مجموعة مختلفة تمامًا من الكائنات الحية التي لا تعتمد على التمثيل الضوئي الأكسجين للبقاء على قيد الحياة.

تمكنت مجموعة من التقنيات المختلفة من إعطاء فكرة عن الوقت الذي كان فيه المنتجون الأساسيون المختلفون أكثر نشاطًا في ماضي الأرض. تتضمن أمثلة هذه التقنيات تحديد أقدم الغابات أو باستخدام الحفريات الجزيئية التي تسمى المؤشرات الحيوية.

In دراستنا، استخدمنا هذه المعلومات لاستكشاف الكائنات الحية التي ساهمت أكثر في الإنتاج الأولي التاريخي للأرض. لقد وجدنا أنه على الرغم من تأخرنا في الوصول إلى مكان الحادث، فمن المرجح أن تكون النباتات الأرضية هي التي ساهمت أكثر من غيرها. ومع ذلك، فمن المعقول أيضًا أن تكون البكتيريا الزرقاء هي التي ساهمت أكثر من غيرها.

خيوط من البكتيريا تشبه الشعر الأخضر — البكتيريا الزرقاء الخيطية من بركة المد والجزر في مستنقع Little Sippewissett المالحة ، فالماوث ، ماساشوستس. حقوق الصورة: مختبر أرجون الوطني, CC BY-NC-SA

مجموع الحياة

ومن خلال تحديد مقدار الإنتاج الأولي الذي حدث على الإطلاق، ومن خلال تحديد الكائنات الحية التي كانت مسؤولة عنه، تمكنا أيضًا من تقدير مقدار الحياة التي كانت موجودة على الأرض على الإطلاق.

اليوم، قد يكون المرء قادرًا على تقريب عدد البشر الموجودين بناءً على كمية الطعام المستهلكة. وبالمثل، تمكنا من معايرة نسبة الإنتاج الأولي إلى عدد الخلايا الموجودة في البيئة الحديثة.

على الرغم من التباين الكبير في عدد الخلايا لكل كائن حي وأحجام الخلايا المختلفة، فإن هذه المضاعفات تصبح ثانوية لأن الميكروبات وحيدة الخلية تهيمن على تجمعات الخلايا العالمية. وفي النهاية، تمكنا من تقدير ذلك بحوالي 10³⁰ (10 غير مليار) خلية موجودة اليوم، وما بين 10³⁹ (ثنائي المليون) و10⁴⁰ الخلايا موجودة على الأرض من أي وقت مضى.

كم من الحياة سوف يكون على الأرض من أي وقت مضى؟

وباستثناء القدرة على نقل الأرض إلى مدار نجم أصغر سنا، فإن عمر المحيط الحيوي للأرض محدود. هذه الحقيقة المرضية هي نتيجة ل دورة حياة نجمنا. منذ ولادتها، أصبحت الشمس أكثر سطوعًا ببطء على مدار الأربعة مليارات ونصف المليار سنة الماضية حيث تم تحويل الهيدروجين إلى هيليوم في قلبها.

في المستقبل البعيد، أي حوالي ملياري سنة من الآن، سيتم تجاوز جميع إجراءات الأمان البيوجيوكيميائية التي تحافظ على الأرض صالحة للسكن. حدود. أولاً، سوف تموت النباتات البرية، ثم في نهاية المطاف سوف تغلي المحيطات، وسوف تعود الأرض إلى كوكب صخري هامد إلى حد كبير كما كانت في بداياتها.

ولكن حتى ذلك الحين، ما هو مقدار الحياة الذي ستأويه الأرض طوال عمرها الصالح للسكن؟ وبتوقع مستوياتنا الحالية من الإنتاجية الأولية في المستقبل، قدرنا ذلك بنحو 10⁴⁰ الخلايا سوف تحتل الأرض من أي وقت مضى.

كوكب أزرق في الفضاء — يعد النظام الكوكبي الذي يقع على بعد 100 سنة ضوئية في كوكبة دورادو موطنًا لأول كوكب صالح للسكن بحجم الأرض، اكتشفه القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة التابع لناسا. حقوق الصورة: مركز ناسا غودارد لرحلات الفضاء

الأرض ككوكب خارج المجموعة الشمسية

قبل بضعة عقود فقط، كانت الكواكب الخارجية (الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى) مجرد فرضية. الآن نحن قادرون على ليس فقط كشفهمولكنها تصف جوانب عديدة لآلاف العوالم البعيدة التي تدور حول نجوم بعيدة.

ولكن كيف يمكن مقارنة الأرض بهذه الأجسام؟ في دراستنا الجديدة، قمنا بإلقاء نظرة شاملة على الحياة على الأرض وطرحنا الأرض كمعيار لمقارنة الكواكب الأخرى.

ومع ذلك، فإن ما أجده مثيرًا للاهتمام حقًا هو ما كان يمكن أن يحدث في ماضي الأرض لإنتاج مسار مختلف جذريًا، وبالتالي كمية مختلفة جذريًا من الحياة التي كانت قادرة على استدعاء الأرض موطنًا لها. على سبيل المثال، ماذا لو لم يحدث التمثيل الضوئي الأكسجيني أبدًا، أو ماذا لو لم يحدث التعايش الداخلي أبدًا؟

الإجابات على مثل هذه الأسئلة هي ما سيقود مختبري نحو ذلك جامعة كارلتون خلال السنوات القادمة.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

الصورة الائتمان: ميهالي كولس / Unsplash