Toate organismele sunt formate din celule vii. Deși este dificil de identificat cu exactitate când au apărut primele celule, cele mai bune estimări ale geologilor sugerează că cel puțin acum 3,8 miliarde de ani. Dar câtă viață a locuit pe această planetă de la prima celulă de pe Pământ? Și câtă viață va exista vreodată pe Pământ?
În noul nostru studiu, publicat în Biologie actualăcolegii mei de la Institutul de Științe Weizmann și Colegiul Smith și am urmărit aceste întrebări mari.
Carbon pe Pământ
În fiecare an, aproximativ 200 de miliarde de tone de carbon sunt absorbite prin ceea ce este cunoscut sub numele de producție primară. În timpul producției primare, carbonul anorganic – cum ar fi dioxidul de carbon din atmosferă și bicarbonatul din ocean – este folosit pentru energie și pentru a construi moleculele organice de care are nevoie viața.
Astăzi, cel mai notabil contributor la acest efort este fotosinteza oxigenată, unde lumina soarelui și apa sunt ingrediente cheie. Cu toate acestea, descifrarea ratelor anterioare de producție primară a fost o sarcină dificilă. În locul unei mașini a timpului, oamenii de știință ca mine se bazează pe indicii lăsate în rocile sedimentare antice pentru a reconstrui mediile trecute.
În cazul producției primare, compoziția izotopică a oxigen sub formă de sulfat în zăcămintele de sare antice permite efectuarea unor astfel de estimări.
În studiul nostru, am compilat toate estimările anterioare ale producției primare antice derivate prin metoda de mai sus, precum și multe altele. Rezultatul acestui recensământ al productivității a fost că am putut estima că 100 de chintilioane (sau 100 de miliarde de miliarde) de tone de carbon au trecut prin producția primară de la originea vieții.
Numerele mari ca acesta sunt greu de imaginat; 100 de chintilioane de tone de carbon reprezintă de aproximativ 100 de ori cantitatea de carbon conținută în Pământ, o performanță destul de impresionantă pentru producătorii primari ai Pământului.
Productie primara
Astăzi, producția primară este realizată în principal de plante de pe uscat și de microorganisme marine, cum ar fi algele și cianobacteriile. În trecut, proporția acestor contribuabili majori era foarte diferită; în cazul istoriei celei mai timpurii a Pământului, producția primară a fost condusă în principal de un grup complet diferit de organisme care nu se bazează pe fotosinteza oxigenată pentru a rămâne în viață.
O combinație de tehnici diferite a reușit să dea o idee despre când diferiții producători primari au fost cei mai activi în trecutul Pământului. Exemple de astfel de tehnici includ identificarea cele mai vechi păduri sau folosind fosile moleculare numite biomarkeri.
În studiul nostru, am folosit aceste informații pentru a explora ce organisme au contribuit cel mai mult la producția primară istorică a Pământului. Am descoperit că, deși au întârziat la fața locului, plantele terestre au contribuit probabil cel mai mult. Cu toate acestea, este, de asemenea, foarte plauzibil că cianobacteriile au contribuit cel mai mult.
Viață totală
Determinând cât de multă producție primară a avut loc vreodată și identificând ce organisme au fost responsabile pentru aceasta, am putut estima, de asemenea, câtă viață a existat vreodată pe Pământ.
Astăzi, s-ar putea să aproximați câți oameni există în funcție de cantitatea de mâncare consumată. În mod similar, am putut calibra un raport dintre producția primară și câte celule există în mediul modern.
În ciuda variabilității mari a numărului de celule per organism și a dimensiunilor diferitelor celule, astfel de complicații devin secundare, deoarece microbii unicelulari domină populațiile globale de celule. În cele din urmă, am putut estima că aproximativ 1030 (10 noninilioane) de celule există astăzi și că între 1039 (un duodecilion) și 1040 de celule au existat vreodată pe Pământ.
Câtă viață va avea vreodată Pământul?
Cu excepția capacității de a muta Pământul pe orbita unei stele mai tinere, durata de viață a biosferei Pământului este limitată. Acest fapt morbid este o consecință a ciclul de viață al stelelor noastre. De la naștere, soarele a devenit încet mai strălucitor în ultimele patru miliarde și jumătate de ani, deoarece hidrogenul a fost transformat în heliu în miezul său.
În viitor, peste două miliarde de ani, toate sistemele de siguranță biogeochimice care mențin Pământul locuibil vor fi împinse dincolo limite. În primul rând, plantele terestre vor muri, iar apoi, în cele din urmă, oceanele vor fierbe, iar Pământul se va întoarce pe o planetă stâncoasă în mare parte lipsită de viață, așa cum era la începutul ei.
Dar până atunci, câtă viață va găzdui Pământul pe întreaga sa viață locuibilă? Proiectând nivelurile noastre actuale de productivitate primară înainte, am estimat că aproximativ 1040 de celule vor ocupa vreodată Pământul.
Pământul ca o exoplanetă
Cu doar câteva decenii în urmă, exoplanetele (planete care orbitează în jurul altor stele) erau doar o ipoteză. Acum suntem capabili nu numai detectează-ledar descriu multe aspecte ale a mii de lumi îndepărtate din jurul stelelor îndepărtate.
Dar cum se compară Pământul cu aceste corpuri? În noul nostru studiu, am luat o perspectivă a vieții de pe Pământ și am propus Pământul ca punct de referință pentru a compara alte planete.
Ceea ce mi se pare cu adevărat interesant, totuși, este ceea ce s-ar fi putut întâmpla în trecutul Pământului pentru a produce o traiectorie radical diferită și, prin urmare, o cantitate radical diferită de viață, care a reușit să numească Pământul acasă. De exemplu, ce se întâmplă dacă fotosinteza oxigenată nu a luat niciodată loc sau dacă endosimbioza nu s-a întâmplat niciodată?
Răspunsurile la astfel de întrebări sunt ceea ce va conduce laboratorul meu Universitatea Carleton în următorii ani.
Acest articol editat este republicat din Conversatia sub o licență Creative Commons. Citeste Articol original.