地球上にはこれまでどれくらいの生命が存在してきたのでしょうか?そしてこれからもどれくらい存在するのでしょうか?

プラトン再発行

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すべての生物は生きた細胞からできています。最初の細胞がいつ存在するようになったのかを正確に特定することは困難ですが、地質学者の最良の推定では、少なくともその初期には存在することが示唆されています。 3.8億年前。しかし、地球上に最初の細胞が誕生して以来、この地球にはどれだけの生命が生息しているのでしょうか?そして、地球上にはどれくらいの生命が存在するのでしょうか？

で発表された私たちの新しい研究では、 現在の生物学、私の同僚 Weizmann Institute of Science およびスミス·カレッジそして私はこれらの大きな疑問に焦点を当てました。

地球上の炭素

毎年、約 200 億トンの炭素が、いわゆる一次生産を通じて吸収されます。一次生産では、大気中の二酸化炭素や海洋の重炭酸塩などの無機炭素がエネルギーとして使用され、生命が必要とする有機分子を構築します。

現在、この取り組みへの最も注目すべき貢献者は次のとおりです。酸素光合成、日光と水が重要な要素です。しかし、過去の一次生産率を解読することは困難な作業でした。私のような科学者は、タイムマシンの代わりに、古代の堆積岩に残された手がかりを頼りに過去の環境を復元しています。

一次生産の場合、同位体組成は酸素古代の塩の鉱床にある硫酸塩の形では、そのような推定が可能になります。

In 我々の研究, 私たちは、上記の方法を通じて導き出された古代の一次生産量のこれまでのすべての推定値と、他の多くの推定値をまとめました。この生産性国勢調査の結果、生命の誕生以来、一次生産によって 100 京 (または 100 億) トンの炭素が使われてきたと推定することができました。

このような大きな数字をイメージするのは困難です。 100京トンの炭素は、地球内に含まれる炭素の量の約100倍であり、地球の一次生産者にとってはかなり驚くべき偉業です。

一次生産

現在、一次生産は主に陸上の植物と、藻類やシアノバクテリアなどの海洋微生物によって行われています。以前は、これらの主要な貢献者の割合は大きく異なっていました。地球の最も初期の歴史の場合、一次生産は主に、生きていくために酸素による光合成に依存しない、まったく異なるグループの生物によって行われていました。

さまざまな技術を組み合わせることで、地球の過去においてさまざまな一次生産者が最も活動的だった時期を知ることができました。このような手法の例には、最古の森またはと呼ばれる分子化石を使用するバイオマーカー.

In 我々の研究、私たちはこの情報を使用して、どの生物が地球の歴史的な一次生産に最も貢献しているかを調査しました。私たちは、遅れて登場したにもかかわらず、陸上植物が最も貢献している可能性が高いことを発見しました。しかし、シアノバクテリアが最も寄与していることも非常にもっともらしいです。

緑色の髪の毛のような細菌の束 — マサチューセッツ州ファルマスのリトル・シッペウィセット塩性湿地にある潮池から採取した糸状ラン藻。画像クレジット: アルゴンヌ国立研究所, CC BY-NC-SA

総寿命

これまでにどれだけの一次生産が行われたかを特定し、どの生物がその生産に関与してきたかを特定することで、これまでに地球上にどれだけの生命が存在したかを推定することもできました。

今日では、消費される食物の量に基づいて、人類が何人存在するかを概算できるかもしれません。同様に、現代の環境に存在する細胞の数に対する一次生産の比率を調整することができました。

生物あたりの細胞数や細胞の大きさには大きなばらつきがあるにもかかわらず、単細胞微生物が世界の細胞集団の大半を占めているため、このような合併症は二次的なものになります。最終的には10件程度と見積もることができました。³⁰ 現在、(10 非ゼロ) 個のセルが存在し、10 個の間に³⁹ (10デシリオン) と XNUMX⁴⁰ 細胞はかつて地球上に存在していました。

地球にはどれくらいの生命が存在するのでしょうか?

地球を若い星の軌道に移動させる能力を除けば、地球の生物圏の寿命は限られています。この病的な事実は次の結果です。私たちのスターのライフサイクル。太陽は誕生以来、その中心部で水素がヘリウムに変換され、過去 45 億年かけてゆっくりと明るくなってきました。

遠い将来、今から約 20 億年後、地球の居住可能性を維持する生物地球化学的な安全装置はすべて、その限界を超えて押しやられるでしょう。制限。まず陸上の植物が枯れ、やがて海が沸騰し、地球は誕生したばかりの、ほとんど生物のいない岩石の惑星に戻るだろう。

しかしそれまで、地球は居住可能な全生涯にわたってどれだけの生命を住まわせることになるでしょうか?現在の主要生産性レベルを今後予測すると、約 10⁴⁰ 細胞はいつか地球を占拠するでしょう。

宇宙の青い惑星 — ドラド座の 100 光年離れた惑星系には、NASA のトランジット系外惑星調査衛星によって発見された、最初の地球サイズのハビタブルゾーン惑星があります。画像クレジット: NASAゴダード宇宙飛行センター

系外惑星としての地球

ほんの数十年前まで、系外惑星（他の星を周回する惑星）は仮説にすぎませんでした。今私たちができることはそれだけではありませんそれらを検出する、しかし、遠い星の周りの何千もの遠い世界の多くの側面を説明しています。

しかし、地球はこれらの天体とどう違うのでしょうか?私たちの新しい研究では、地球上の生命を鳥瞰し、他の惑星を比較するためのベンチマークとして地球を提案しました。

しかし、私が本当に興味深いと思うのは、地球の過去に何が起こって、根本的に異なる軌道を生み出し、したがって地球を故郷と呼ぶことができた根本的に異なる量の生命を生み出した可能性があるということです。たとえば、酸素発生型光合成がまったく定着しなかったら、あるいは内部共生がまったく起こらなかったらどうなるでしょうか?

このような質問に対する答えが、私の研究室の原動力となります。カールトン大学今後数年間。

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画像のクレジット： MihályKöles / Unsplash