Ile życia istniało kiedykolwiek na Ziemi i ile kiedykolwiek będzie?

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Wszystkie organizmy zbudowane są z żywych komórek. Chociaż trudno jest dokładnie określić, kiedy pojawiły się pierwsze komórki, najlepsze szacunki geologów sugerują, że co najmniej już w r. 3.8 miliard lat temu. Ale ile życia zamieszkiwało tę planetę od czasu powstania pierwszej komórki na Ziemi? A ile życia będzie kiedykolwiek istnieć na Ziemi?

W naszym nowym badaniu, opublikowanym w Current Biology, moi koledzy z Instytut Nauki Weizmann i Smith College i skupiłem się na tych ważnych pytaniach.

Węgiel na Ziemi

Każdego roku około 200 miliardów ton węgla jest pochłaniane w ramach tak zwanej produkcji pierwotnej. Podczas produkcji pierwotnej węgiel nieorganiczny — taki jak dwutlenek węgla w atmosferze i wodorowęglan w oceanie — jest wykorzystywany do wytwarzania energii i budowy cząsteczek organicznych potrzebnych do życia.

Dziś najbardziej znaczącym wkładem w ten wysiłek jest fotosynteza tlenowa, gdzie kluczowymi składnikami są światło słoneczne i woda. Jednak rozszyfrowanie wcześniejszych wskaźników produkcji pierwotnej było trudnym zadaniem. Zamiast wehikułu czasu naukowcy tacy jak ja polegają na wskazówkach pozostawionych w starożytnych skałach osadowych, aby zrekonstruować przeszłe środowiska.

W przypadku produkcji pierwotnej skład izotopowy tlen w postaci siarczanu w starożytnych złożach soli pozwala na dokonanie takich szacunków.

In nasze badanie, zebraliśmy wszystkie poprzednie szacunki dotyczące starożytnej produkcji pierwotnej uzyskane za pomocą powyższej metody, a także wielu innych. Wynik tego spisu produktywności był taki, że byliśmy w stanie oszacować, że od powstania życia 100 trylionów (lub 100 miliardów miliardów) ton węgla przeszło przez produkcję pierwotną.

Trudno sobie wyobrazić takie duże liczby; 100 kwintylionów ton węgla to około 100 razy więcej niż ilość węgla zawarta w Ziemi, co jest imponującym wyczynem dla głównych producentów na Ziemi.

Podstawowa produkcja

Obecnie produkcję pierwotną zapewniają głównie rośliny lądowe i mikroorganizmy morskie, takie jak glony i sinice. W przeszłości odsetek tych głównych płatników był bardzo różny; w przypadku najwcześniejszej historii Ziemi pierwotną produkcją zajmowała się głównie zupełnie inna grupa organizmów, których przetrwanie nie opiera się na fotosyntezie tlenowej.

Połączenie różnych technik pozwoliło określić, kiedy w przeszłości Ziemi różni producenci surowców byli najbardziej aktywni. Przykłady takich technik obejmują identyfikację najstarsze lasy lub przy użyciu skamieniałości molekularnych tzw biomarkery.

In nasze badaniewykorzystaliśmy te informacje do zbadania, które organizmy w największym stopniu przyczyniły się do historycznej pierwotnej produkcji Ziemi. Odkryliśmy, że pomimo późnego pojawienia się na scenie, prawdopodobnie największy udział w tym miały rośliny lądowe. Jednak jest również bardzo prawdopodobne, że największy udział w tym miały sinice.

zielone, przypominające włosy pasma bakterii — Sinice nitkowate ze stawu pływowego na słonych bagnach Little Sippewissett, Falmouth, Massachusetts. Źródło zdjęcia: Argonne National Laboratory, CC BY-NC-SA

Całkowite życie

Określając, ile kiedykolwiek miało miejsce produkcji pierwotnej i identyfikując, jakie organizmy były za to odpowiedzialne, byliśmy również w stanie oszacować, ile życia kiedykolwiek istniało na Ziemi.

Obecnie można oszacować liczbę ludzi na podstawie ilości spożywanej żywności. Podobnie byliśmy w stanie skalibrować stosunek produkcji pierwotnej do liczby komórek występujących we współczesnym środowisku.

Pomimo dużej zmienności liczby komórek w organizmie i rozmiarów różnych komórek, takie powikłania stają się wtórne, ponieważ w globalnych populacjach komórek dominują drobnoustroje jednokomórkowe. Ostatecznie udało nam się oszacować, że około 10³⁰ (10 noninillionów) komórek istnieje obecnie, a od 10³⁹ (dwuodecylion) i 10⁴⁰ komórki kiedykolwiek istniały na Ziemi.

Ile życia będzie kiedykolwiek mieć Ziemia?

Z wyjątkiem możliwości przeniesienia Ziemi na orbitę młodszej gwiazdy, czas życia biosfery Ziemi jest ograniczony. Ten chorobliwy fakt jest konsekwencją cykl życia naszej gwiazdy. Od chwili narodzin Słońce powoli stawało się coraz jaśniejsze w ciągu ostatnich czterech i pół miliarda lat, w miarę jak wodór przekształcał się w hel w swoim jądrze.

Daleko w przyszłości, za około dwa miliardy lat, wszystkie biogeochemiczne zabezpieczenia, dzięki którym Ziemia nadaje się do zamieszkania, zostaną zepchnięte poza swoje granice. Limity. Najpierw wymrą rośliny lądowe, a potem w końcu oceany zagotują się, a Ziemia powróci do skalistej planety, w dużej mierze martwej, takiej, jaką była w powijakach.

Ale do tego czasu, ile życia będzie znajdować się na Ziemi w ciągu całego jej życia nadającego się do zamieszkania? Prognozując nasz obecny poziom produktywności pierwotnej na przyszłość, oszacowaliśmy, że około 10⁴⁰ komórki kiedykolwiek zajmą Ziemię.

niebieska planeta w kosmosie — Układ planetarny oddalony o 100 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Dorado, jest domem dla pierwszej planety wielkości Ziemi znajdującej się w strefie zamieszkiwalnej, odkrytej przez satelitę NASA Transiting Exoplanet Survey. Źródło obrazu: Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard

Ziemia jako egzoplaneta

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu egzoplanety (planety krążące wokół innych gwiazd) były jedynie hipotezą. Teraz możemy nie tylko wykryć je, ale opisują wiele aspektów tysięcy odległych światów wokół odległych gwiazd.

Ale jak Ziemia wypada w porównaniu z tymi ciałami? W naszym nowym badaniu przyjrzeliśmy się życiu na Ziemi z lotu ptaka i przedstawiliśmy Ziemię jako punkt odniesienia do porównywania innych planet.

Jednakże to, co uważam za naprawdę interesujące, to to, co mogło wydarzyć się w przeszłości Ziemi i spowodować radykalnie odmienną trajektorię, a co za tym idzie, radykalnie inną ilość życia, które mogło nazwać Ziemię domem. Na przykład, co by było, gdyby fotosynteza tlenowa nigdy się nie zadomowiła lub co by było, gdyby nigdy nie doszło do endosymbiozy?

Odpowiedzi na takie pytania będą tym, do czego będzie dążyć moje laboratorium Uniwersytet Carleton w nadchodzących latach.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Kredytowych Image: Mihaly Köles / Unsplash