Όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από ζωντανά κύτταρα. Αν και είναι δύσκολο να προσδιοριστεί με ακρίβεια πότε δημιουργήθηκαν τα πρώτα κύτταρα, οι καλύτερες εκτιμήσεις των γεωλόγων δείχνουν τουλάχιστον 3.8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αλλά πόση ζωή έχει κατοικήσει σε αυτόν τον πλανήτη από το πρώτο κύτταρο στη Γη; Και πόση ζωή θα υπάρξει ποτέ στη Γη;

Στη νέα μας μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Current Biology, οι συνάδελφοί μου από το Ινστιτούτο Επιστήμης Weizmann και Smith College και έβαλα στόχο σε αυτά τα μεγάλα ερωτήματα.

Άνθρακα στη Γη

Κάθε χρόνο, περίπου 200 δισεκατομμύρια τόνοι άνθρακα απορροφώνται μέσω αυτού που είναι γνωστό ως πρωτογενής παραγωγή. Κατά τη διάρκεια της πρωτογενούς παραγωγής, ο ανόργανος άνθρακας - όπως το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και τα διττανθρακικά στον ωκεανό - χρησιμοποιείται για ενέργεια και για τη δημιουργία των οργανικών μορίων που χρειάζεται η ζωή.

Σήμερα, ο πιο αξιοσημείωτος συντελεστής σε αυτή την προσπάθεια είναι οξυγονική φωτοσύνθεση, όπου το φως του ήλιου και το νερό είναι βασικά συστατικά. Ωστόσο, η αποκρυπτογράφηση των προηγούμενων ρυθμών πρωτογενούς παραγωγής ήταν μια πρόκληση. Αντί μιας χρονομηχανής, επιστήμονες όπως εγώ βασίζονται σε ενδείξεις που έχουν απομείνει σε αρχαίους ιζηματογενείς βράχους για να ανασυνθέσουν περιβάλλοντα του παρελθόντος.

Στην περίπτωση της πρωτογενούς παραγωγής, η ισοτοπική σύνθεση του οξυγόνο με τη μορφή θειικού στα αρχαία κοιτάσματα αλατιού επιτρέπει να γίνουν τέτοιες εκτιμήσεις.

In η μελέτη μας, συγκεντρώσαμε όλες τις προηγούμενες εκτιμήσεις της αρχαίας πρωτογενούς παραγωγής που προέκυψαν μέσω της παραπάνω μεθόδου, καθώς και πολλών άλλων. Το αποτέλεσμα αυτής της απογραφής παραγωγικότητας ήταν ότι μπορέσαμε να υπολογίσουμε ότι 100 πεντοσεκατομμύρια (ή 100 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια) τόνοι άνθρακα έχουν περάσει από την πρωτογενή παραγωγή από την αρχή της ζωής.

Μεγάλοι αριθμοί σαν αυτόν είναι δύσκολο να φανταστούν. 100 εκατομμύριο τόνοι άνθρακα είναι περίπου 100 φορές η ποσότητα άνθρακα που περιέχεται στη Γη, ένα αρκετά εντυπωσιακό επίτευγμα για τους κύριους παραγωγούς της Γης.

Πρωτογενής Παραγωγή

Σήμερα, η πρωτογενής παραγωγή επιτυγχάνεται κυρίως από φυτά στην ξηρά και θαλάσσιους μικροοργανισμούς όπως τα φύκια και τα κυανοβακτήρια. Στο παρελθόν, το ποσοστό αυτών των σημαντικών συνεισφερόντων ήταν πολύ διαφορετικό. Στην περίπτωση της παλαιότερης ιστορίας της Γης, η πρωτογενής παραγωγή διεξήχθη κυρίως από μια εντελώς διαφορετική ομάδα οργανισμών που δεν βασίζεται στην οξυγονική φωτοσύνθεση για να παραμείνει ζωντανός.

Ένας συνδυασμός διαφορετικών τεχνικών μπόρεσε να δώσει μια αίσθηση του πότε διαφορετικοί πρωτογενείς παραγωγοί ήταν πιο ενεργοί στο παρελθόν της Γης. Παραδείγματα τέτοιων τεχνικών περιλαμβάνουν την αναγνώριση του αρχαιότερα δάση ή χρησιμοποιώντας μοριακά απολιθώματα που ονομάζονται βιοδείκτες.

In η μελέτη μας, χρησιμοποιήσαμε αυτές τις πληροφορίες για να εξερευνήσουμε ποιοι οργανισμοί έχουν συμβάλει περισσότερο στην ιστορική πρωτογενή παραγωγή της Γης. Διαπιστώσαμε ότι, παρά το γεγονός ότι καθυστερήσαμε στη σκηνή, τα φυτά της γης πιθανότατα συνέβαλαν περισσότερο. Ωστόσο, είναι επίσης πολύ εύλογο ότι τα κυανοβακτήρια συνέβαλαν περισσότερο.

Ολική Ζωή

Καθορίζοντας πόση πρωτογενή παραγωγή έχει συμβεί ποτέ και προσδιορίζοντας ποιοι οργανισμοί ήταν υπεύθυνοι για αυτήν, μπορέσαμε επίσης να υπολογίσουμε πόση ζωή υπήρξε ποτέ στη Γη.

Σήμερα, κάποιος μπορεί να είναι σε θέση να υπολογίσει κατά προσέγγιση πόσοι άνθρωποι υπάρχουν με βάση την ποσότητα τροφής που καταναλώνεται. Ομοίως, μπορέσαμε να βαθμονομήσουμε την αναλογία της πρωτογενούς παραγωγής προς το πόσα κύτταρα υπάρχουν στο σύγχρονο περιβάλλον.

Παρά τη μεγάλη διακύμανση στον αριθμό των κυττάρων ανά οργανισμό και τα μεγέθη των διαφορετικών κυττάρων, τέτοιες επιπλοκές γίνονται δευτερεύουσες καθώς τα μονοκύτταρα μικρόβια κυριαρχούν στους παγκόσμιους κυτταρικούς πληθυσμούς. Στο τέλος, μπορέσαμε να υπολογίσουμε ότι περίπου 10³⁰ Υπάρχουν σήμερα (10 μη δισεκατομμύρια) κύτταρα και μεταξύ 10³⁹ (ένα δωδεκοκίλιο) και 10⁴⁰ κύτταρα υπήρξαν ποτέ στη Γη.

Πόση ζωή θα έχει ποτέ η Γη;

Εκτός από την ικανότητα μεταφοράς της Γης στην τροχιά ενός νεότερου άστρου, η διάρκεια ζωής της βιόσφαιρας της Γης είναι περιορισμένη. Αυτό το νοσηρό γεγονός είναι συνέπεια του τον κύκλο ζωής του αστεριού μας. Από τη γέννησή του, ο ήλιος γίνεται σιγά-σιγά πιο φωτεινός τα τελευταία τεσσεράμισι δισεκατομμύρια χρόνια καθώς το υδρογόνο έχει μετατραπεί σε ήλιο στον πυρήνα του.

Μακριά στο μέλλον, περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, όλα τα βιογεωχημικά ασφάλειες αστοχίας που διατηρούν τη Γη κατοικήσιμη θα ξεπεραστούν όρια. Πρώτα, τα φυτά της ξηράς θα πεθάνουν και μετά τελικά οι ωκεανοί θα βράσουν και η Γη θα επιστρέψει σε έναν σε μεγάλο βαθμό άψυχο βραχώδη πλανήτη όπως ήταν στα σπάργανά της.

Αλλά μέχρι τότε, πόση ζωή θα φιλοξενήσει η Γη καθ' όλη τη διάρκεια της κατοικήσιμης ζωής της; Προβάλλοντας τα τρέχοντα επίπεδα πρωτογενούς παραγωγικότητας προς τα εμπρός, υπολογίσαμε ότι περίπου 10⁴⁰ κύτταρα θα καταλάβουν ποτέ τη Γη.

Η Γη ως Εξωπλανήτης

Μόλις πριν από μερικές δεκαετίες, οι εξωπλανήτες (πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από άλλα αστέρια) ήταν απλώς μια υπόθεση. Τώρα είμαστε σε θέση όχι μόνο εντοπίστε τα, αλλά περιγράψτε πολλές πτυχές χιλιάδων μακρινών κόσμων γύρω από μακρινά αστέρια.

Αλλά πώς συγκρίνεται η Γη με αυτά τα σώματα; Στη νέα μας μελέτη, κάναμε μια οπτική γωνία της ζωής στη Γη και προτείναμε τη Γη ως σημείο αναφοράς για να συγκρίνουμε άλλους πλανήτες.

Αυτό που βρίσκω πραγματικά ενδιαφέρον, ωστόσο, είναι τι θα μπορούσε να είχε συμβεί στο παρελθόν της Γης για να δημιουργήσει μια ριζικά διαφορετική τροχιά και επομένως μια ριζικά διαφορετική ποσότητα ζωής που μπόρεσε να ονομάσει τη Γη σπίτι. Για παράδειγμα, τι θα γινόταν αν η οξυγονική φωτοσύνθεση δεν επικρατούσε ποτέ ή τι θα γινόταν αν δεν συνέβαινε ποτέ η ενδοσυμβίωση;

Οι απαντήσεις σε τέτοιες ερωτήσεις είναι αυτές που θα οδηγήσουν το εργαστήριό μου Πανεπιστήμιο Carleton τα επόμενα χρόνια.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: Μιχάλι Κολς / Unsplash 

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/