Hvor meget liv har nogensinde eksisteret på jorden, og hvor meget vil nogensinde?

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Alle organismer er lavet af levende celler. Selvom det er svært at præcisere, hvornår de første celler kom til at eksistere, tyder geologernes bedste skøn på mindst så tidligt som 3.8 milliarder år siden. Men hvor meget liv har beboet denne planet siden den første celle på Jorden? Og hvor meget liv vil der nogensinde eksistere på Jorden?

I vores nye undersøgelse, offentliggjort i Current Biology, mine kolleger fra Weizmann Institute of Science , Smith College og jeg tog mål af disse store spørgsmål.

Kulstof på jorden

Hvert år optages omkring 200 milliarder tons kulstof gennem det såkaldte primærproduktion. Under primærproduktionen bruges uorganisk kulstof - såsom kuldioxid i atmosfæren og bikarbonat i havet - til energi og til at opbygge de organiske molekyler, livet har brug for.

I dag er den mest bemærkelsesværdige bidragyder til denne indsats oxygenisk fotosyntese, hvor sollys og vand er nøgleingredienser. Det har dog været en udfordrende opgave at dechifrere tidligere satser for primærproduktion. I stedet for en tidsmaskine er videnskabsmænd som jeg afhængige af spor efterladt i gamle sedimentære bjergarter for at rekonstruere tidligere miljøer.

Ved primærproduktion er isotopsammensætningen af ilt i form af sulfat i gamle saltaflejringer gør det muligt at foretage sådanne skøn.

In vores undersøgelse, kompilerede vi alle tidligere estimater af gammel primærproduktion afledt gennem metoden ovenfor, såvel som mange andre. Resultatet af denne produktivitetsoptælling var, at vi var i stand til at anslå, at 100 quintillioner (eller 100 milliarder milliarder) tons kulstof har været gennem primær produktion siden livets oprindelse.

Store tal som dette er svære at forestille sig; 100 quintillioner tons kulstof er omkring 100 gange mængden af kulstof indeholdt i Jorden, en temmelig imponerende bedrift for Jordens primære producenter.

Primær produktion

I dag opnås primærproduktion hovedsageligt af planter på land og marine mikroorganismer som alger og cyanobakterier. Tidligere var andelen af disse store bidragydere meget forskellige; i tilfælde af Jordens tidligste historie, blev primærproduktion hovedsageligt udført af en helt anden gruppe af organismer, der ikke er afhængige af oxygenisk fotosyntese for at holde sig i live.

En kombination af forskellige teknikker har været i stand til at give en fornemmelse af, hvornår forskellige primære producenter var mest aktive i Jordens fortid. Eksempler på sådanne teknikker omfatter identifikation af ældste skove eller ved hjælp af molekylære fossiler kaldet biomarkører.

In vores undersøgelse, brugte vi disse oplysninger til at udforske, hvilke organismer der har bidraget mest til Jordens historiske primærproduktion. Vi fandt ud af, at på trods af at vi var sent på scenen, har landplanter sandsynligvis bidraget mest. Det er dog også meget plausibelt, at cyanobakterier har bidraget mest.

grønne hår-lignende tråde af bakterier — Filamentøse cyanobakterier fra en tidevandsdam ved Little Sippewissett saltmarsh, Falmouth, Mass. Billedkredit: Argonne National Laboratory, CC BY-NC-SA

Totalt liv

Ved at bestemme, hvor meget primær produktion, der nogensinde har fundet sted, og ved at identificere, hvilke organismer der har været ansvarlige for det, var vi også i stand til at vurdere, hvor meget liv der nogensinde har været på Jorden.

I dag kan man måske anslå, hvor mange mennesker der findes ud fra, hvor meget mad der indtages. På samme måde var vi i stand til at kalibrere et forhold mellem primær produktion og hvor mange celler der findes i det moderne miljø.

På trods af den store variation i antallet af celler pr. organisme og størrelsen af forskellige celler, bliver sådanne komplikationer sekundære, da encellede mikrober dominerer globale cellepopulationer. Til sidst var vi i stand til at anslå, at omkring 10³⁰ (10 noninillion) celler eksisterer i dag, og mellem 10³⁹ (en duodecilion) og 10⁴⁰ celler har nogensinde eksisteret på Jorden.

Hvor meget liv vil jorden nogensinde have?

Bortset fra evnen til at flytte Jorden ind i en yngre stjernes kredsløb, er levetiden for Jordens biosfære begrænset. Dette sygelige faktum er en konsekvens af vores stjernes livscyklus. Siden dens fødsel er solen langsomt blevet lysere i løbet af de sidste fire og en halv milliard år, da brint er blevet omdannet til helium i sin kerne.

Langt i fremtiden, omkring to milliarder år fra nu, vil alle de biogeokemiske fejlsikringer, der holder Jorden beboelig, blive skubbet forbi deres grænser. Først vil landplanter dø ud, og derefter vil havene til sidst koge, og Jorden vil vende tilbage til en stort set livløs klippeplanet, som den var i sin vorden.

Men indtil da, hvor meget liv vil Jorden huse i hele dens beboelige levetid? Ved at fremskrive vores nuværende niveauer af primær produktivitet fremad anslog vi, at omkring 10⁴⁰ celler vil nogensinde besætte Jorden.

en blå planet i rummet — Et planetsystem 100 lysår væk i stjernebilledet Dorado er hjemsted for den første planet i jordstørrelse, der er beboelig zone, opdaget af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite. Billedkredit: NASA Goddard Space Flight Center

Jorden som en exoplanet

For kun få årtier siden var exoplaneter (planeter, der kredsede om andre stjerner) blot en hypotese. Nu er vi i stand til ikke kun opdage dem, men beskriver mange aspekter af tusindvis af fjerne verdener omkring fjerne stjerner.

Men hvordan er Jorden sammenlignet med disse kroppe? I vores nye undersøgelse har vi taget et fugleperspektiv af livet på Jorden og har fremsat Jorden som et benchmark for at sammenligne andre planeter.

Hvad jeg imidlertid finder virkelig interessant, er, hvad der kunne være sket i Jordens fortid for at producere en radikalt anderledes bane og derfor en radikalt anderledes mængde liv, som har været i stand til at kalde Jorden hjem. For eksempel, hvad hvis oxygenisk fotosyntese aldrig tog fat, eller hvad hvis endosymbiose aldrig skete?

Svar på sådanne spørgsmål er, hvad der vil drive mit laboratorium til Carleton University i løbet af de kommende år.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Billede Credit: Mihály Köles / Unsplash