همه موجودات از سلول های زنده ساخته شده اند. در حالی که تعیین دقیق زمان پیدایش اولین سلول‌ها دشوار است، بهترین تخمین‌های زمین‌شناسان حداقل در همان اوایل زمان نشان می‌دهد. 3.8 میلیارد سال پیش. اما از زمان اولین سلول روی زمین چقدر زندگی در این سیاره ساکن شده است؟ و چقدر زندگی روی زمین وجود خواهد داشت؟

در مطالعه جدید ما، منتشر شده در زیست شناسی کنونی، همکاران من از موسسه عالی علوم وایزمن و کالج اسمیت و من این سوالات بزرگ را هدف گرفتم.

کربن روی زمین

هر سال حدود 200 میلیارد تن کربن از طریق آنچه به عنوان تولید اولیه شناخته می شود، جذب می شود. در طول تولید اولیه، کربن غیر آلی - مانند دی اکسید کربن در جو و بی کربنات در اقیانوس - برای انرژی و ساخت مولکول های آلی مورد نیاز زندگی استفاده می شود.

امروزه، مهم ترین مشارکت کننده در این تلاش است فتوسنتز اکسیژنی، جایی که نور خورشید و آب مواد اصلی هستند. با این حال، رمزگشایی نرخ گذشته تولید اولیه یک کار چالش برانگیز بوده است. به جای ماشین زمان، دانشمندانی مانند من به سرنخ های باقی مانده در سنگ های رسوبی باستانی برای بازسازی محیط های گذشته تکیه می کنند.

در مورد تولید اولیه، ترکیب ایزوتوپی از اکسیژن به شکل سولفات در ذخایر نمک باستانی امکان انجام چنین برآوردهایی را فراهم می کند.

In مطالعه ما، ما تمام تخمین های قبلی تولید اولیه باستانی را که از طریق روش بالا به دست آمده بود و همچنین بسیاری دیگر را گردآوری کردیم. نتیجه این سرشماری بهره وری این بود که ما توانستیم تخمین بزنیم که 100 کوئینتیلیون (یا 100 میلیارد میلیارد) تن کربن از زمان پیدایش حیات از طریق تولید اولیه بوده است.

اعداد بزرگ مانند این دشوار است. 100 کوئینتیلیون تن کربن تقریباً 100 برابر مقدار کربن موجود در زمین است که یک شاهکار بسیار چشمگیر برای تولیدکنندگان اولیه زمین است.

محصول اولیه

امروزه تولید اولیه عمدتاً توسط گیاهان در خشکی و میکروارگانیسم های دریایی مانند جلبک ها و سیانوباکتری ها انجام می شود. در گذشته، نسبت این مشارکت کنندگان عمده بسیار متفاوت بود. در مورد اولین تاریخ زمین، تولید اولیه عمدتاً توسط گروه کاملاً متفاوتی از موجودات انجام می شد که برای زنده ماندن به فتوسنتز اکسیژنی متکی نبودند.

ترکیبی از تکنیک‌های مختلف توانسته است این حس را ایجاد کند که تولیدکنندگان اولیه مختلف در گذشته زمین بیشترین فعالیت را داشتند. نمونه هایی از چنین تکنیک هایی شامل شناسایی قدیمی ترین جنگل ها یا با استفاده از فسیل های مولکولی به نام نشانگرهای زیستی.

In مطالعه ما، ما از این اطلاعات برای کشف اینکه چه ارگانیسم هایی بیشترین سهم را در تولید اولیه تاریخی زمین داشته اند استفاده کردیم. ما متوجه شدیم که علیرغم تاخیر در صحنه، گیاهان زمینی احتمالاً بیشترین سهم را داشته اند. با این حال، همچنین بسیار قابل قبول است که سیانوباکتری ها بیشترین سهم را داشته باشند.

کل زندگی

با تعیین میزان تولید اولیه تا کنون، و با شناسایی ارگانیسم‌هایی که مسئول آن بوده‌اند، ما همچنین توانستیم تخمین بزنیم که تا کنون چقدر حیات روی زمین وجود داشته است.

امروزه، ممکن است بتوان تعداد انسان‌ها را بر اساس مقدار غذای مصرف شده تخمین زد. به طور مشابه، ما توانستیم نسبت تولید اولیه را به تعداد سلول های موجود در محیط مدرن کالیبره کنیم.

با وجود تنوع زیاد در تعداد سلول‌ها در هر ارگانیسم و ​​اندازه سلول‌های مختلف، از آنجایی که میکروب‌های تک سلولی بر جمعیت‌های سلولی جهانی تسلط دارند، چنین عوارضی ثانویه می‌شوند. در نهایت توانستیم تخمین بزنیم که حدود 10³⁰ (10 غیرنیلیون) سلول امروزه و بین 10 وجود دارد³⁹ (یک دوازدهه) و 10⁴⁰ سلول ها تا به حال روی زمین وجود داشته اند.

زمین تا به حال چقدر زندگی خواهد داشت؟

به جز توانایی حرکت زمین به مدار یک ستاره جوان تر، طول عمر زیست کره زمین محدود است. این واقعیت بیمارگونه پیامد آن است چرخه زندگی ستاره ما. از زمان تولد، خورشید در طول چهار و نیم میلیارد سال گذشته به آرامی درخشان‌تر شده است زیرا هیدروژن در هسته آن به هلیوم تبدیل شده است.

در آینده ای دور، حدود دو میلیارد سال دیگر، تمام گاوصندوق های بیوژئوشیمیایی که زمین را قابل سکونت نگه می دارند، از بین خواهند رفت. محدودیت. ابتدا گیاهان خشکی می میرند و سپس در نهایت اقیانوس ها می جوشند و زمین به یک سیاره سنگی عمدتاً بی جان باز می گردد، همانطور که در مراحل اولیه بود.

اما تا آن زمان، زمین در تمام طول عمر قابل سکونت خود چه مقدار حیات خواهد داشت؟ با پیش‌بینی سطوح فعلی بهره‌وری اولیه، حدود 10 برآورد کردیم⁴⁰ سلول ها همیشه زمین را اشغال خواهند کرد.

زمین به عنوان یک سیاره فراخورشیدی

فقط چند دهه پیش، سیارات فراخورشیدی (سیاراتی که به دور ستارگان دیگر می چرخند) فقط یک فرضیه بودند. در حال حاضر ما قادر به نه تنها آنها را شناسایی کند، اما بسیاری از جنبه های هزاران جهان دور را در اطراف ستاره های دور توصیف کنید.

اما چگونه زمین با این اجرام مقایسه می شود؟ در مطالعه جدیدمان، دید پرندگانی از حیات روی زمین گرفته ایم و زمین را به عنوان معیاری برای مقایسه سیارات دیگر معرفی کرده ایم.

با این حال، آنچه به نظر من واقعاً جالب است، این است که چه اتفاقی می‌توانست در گذشته زمین برای ایجاد یک مسیر کاملاً متفاوت و بنابراین مقدار کاملاً متفاوتی از حیات که زمین را خانه بنامد، بیفتد. به عنوان مثال، اگر فتوسنتز اکسیژنی هرگز برقرار نشود، یا اگر اندوسیمبیوز هرگز اتفاق نیفتد، چه؟

پاسخ به چنین سؤالاتی چیزی است که آزمایشگاه من را به سمت آن سوق می دهد دانشگاه کارلتون در طول سال های آینده

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

تصویر های اعتباری: میهالی کولز / می Unsplash 

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://singularityhub.com/2024/01/30/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-and-how-much-ever-will/