Hur mycket liv har någonsin funnits på jorden, och hur mycket någonsin kommer det?

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Alla organismer är gjorda av levande celler. Även om det är svårt att fastställa exakt när de första cellerna kom till, tyder geologernas bästa uppskattningar på åtminstone så tidigt som 3.8 miljarder år sedan. Men hur mycket liv har bebott denna planet sedan den första cellen på jorden? Och hur mycket liv kommer någonsin att finnas på jorden?

I vår nya studie, publicerad i Current Biology, mina kollegor från Weizmann naturvetenskapliga institutet och Smith College och jag tog sikte på dessa stora frågor.

Kol på jorden

Varje år tas cirka 200 miljarder ton kol upp genom den så kallade primärproduktionen. Under primärproduktionen används oorganiskt kol – som koldioxid i atmosfären och bikarbonat i havet – för energi och för att bygga de organiska molekyler som livet behöver.

Idag är den mest anmärkningsvärda bidragsgivaren till denna insats syrehaltig fotosyntes, där solljus och vatten är nyckelingredienser. Att dechiffrera tidigare takter för primärproduktion har dock varit en utmanande uppgift. I stället för en tidsmaskin förlitar sig forskare som jag på ledtrådar som finns kvar i gamla sedimentära bergarter för att rekonstruera tidigare miljöer.

Vid primärproduktion är isotopsammansättningen av syre i form av sulfat i gamla saltavlagringar gör det möjligt att göra sådana uppskattningar.

In vår studie, sammanställde vi alla tidigare uppskattningar av forntida primärproduktion härledda genom metoden ovan, såväl som många andra. Resultatet av denna produktivitetsräkning var att vi kunde uppskatta att 100 kvintiljoner (eller 100 miljarder miljarder) ton kol har genomgått primärproduktion sedan livets ursprung.

Stora siffror som denna är svåra att föreställa sig; 100 kvintiljoner ton kol är ungefär 100 gånger mängden kol som finns i jorden, en ganska imponerande bedrift för jordens primära producenter.

Primär produktion

Idag sker primärproduktionen främst av växter på land och marina mikroorganismer som alger och cyanobakterier. Tidigare var andelen av dessa stora bidragsgivare mycket olika; i fallet med jordens tidigaste historia utfördes primärproduktion huvudsakligen av en helt annan grupp organismer som inte förlitar sig på syrehaltig fotosyntes för att hålla sig vid liv.

En kombination av olika tekniker har kunnat ge en känsla av när olika primärproducenter var mest aktiva i jordens förflutna. Exempel på sådana tekniker inkluderar att identifiera äldsta skogar eller använda molekylära fossiler som kallas biomarkörer.

In vår studie, använde vi denna information för att utforska vilka organismer som har bidragit mest till jordens historiska primärproduktion. Vi upptäckte att trots att vi var sena på platsen, har landväxter troligen bidragit mest. Det är dock också mycket troligt att cyanobakterier bidrog mest.

gröna hårliknande bakterieslingor — Filamentösa cyanobakterier från en tidvattendamm vid Little Sippewissett salt marsh, Falmouth, Mass. Bildkredit: Argonne National Laboratory, CC BY-NC-SA

Totalt liv

Genom att bestämma hur mycket primärproduktion som någonsin har förekommit, och genom att identifiera vilka organismer som har varit ansvariga för det, kunde vi också uppskatta hur mycket liv som någonsin har funnits på jorden.

Idag kan man kanske uppskatta hur många människor som finns baserat på hur mycket mat som konsumeras. På samma sätt kunde vi kalibrera ett förhållande mellan primärproduktion och hur många celler som finns i den moderna miljön.

Trots den stora variationen i antalet celler per organism och storlekarna på olika celler blir sådana komplikationer sekundära eftersom encelliga mikrober dominerar globala cellpopulationer. Till slut kunde vi uppskatta att cirka 10³⁰ (10 noninillioner) celler finns idag, och mellan 10³⁹ (en duodecilion) och 10⁴⁰ celler har någonsin funnits på jorden.

Hur mycket liv kommer jorden någonsin att ha?

Med undantag för möjligheten att flytta jorden in i en yngre stjärnas omloppsbana, är livslängden för jordens biosfär begränsad. Detta sjukliga faktum är en konsekvens av vår stjärnas livscykel. Sedan dess födelse har solen sakta blivit ljusare under de senaste fyra och en halv miljard åren eftersom väte har omvandlats till helium i dess kärna.

Långt i framtiden, cirka två miljarder år från nu, kommer alla biogeokemiska säkerhetsskåp som håller jorden beboelig att skjutas förbi deras gränser. Först kommer landväxter att dö ut, och så småningom kommer haven att koka, och jorden kommer att återvända till en i stort sett livlös stenig planet som den var i sin linda.

Men tills dess, hur mycket liv kommer jorden att hysa under hela sin beboeliga livstid? Genom att projicera våra nuvarande nivåer av primär produktivitet framåt, uppskattade vi att cirka 10⁴⁰ celler kommer någonsin att ockupera jorden.

en blå planet i rymden — Ett planetsystem 100 ljusår bort i stjärnbilden Dorado är hem för den första planeten i jordens storlek, beboelig zon, upptäckt av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite. Bildkredit: NASA Goddard Space Flight Center

Jorden som en exoplanet

För bara några decennier sedan var exoplaneter (planeter som kretsade runt andra stjärnor) bara en hypotes. Nu kan vi inte bara upptäcka dem, men beskriver många aspekter av tusentals fjärran världar runt avlägsna stjärnor.

Men hur står sig jorden i jämförelse med dessa kroppar? I vår nya studie har vi tagit ett fågelperspektiv på livet på jorden och har lagt fram jorden som ett riktmärke för att jämföra andra planeter.

Vad jag däremot tycker är intressant är vad som kunde ha hänt i jordens förflutna för att producera en radikalt annorlunda bana och därför en radikalt annan mängd liv som har kunnat kalla jorden hem. Till exempel, tänk om syrehaltig fotosyntes aldrig fick fäste, eller tänk om endosymbios aldrig inträffade?

Svar på sådana frågor är vad som kommer att driva mitt laboratorium till Carleton University under de kommande åren.

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Image Credit: Mihály Köles / Unsplash