Ученые посчитали сколько живых клеток было на Земле и сколько еще будет

В новом исследовании Карлетонского университета совместно с Институтом науки Вейцмана попытались ответить на эти вопросы.

Ежегодно около 200 миллиардов тонн углерода поглощается посредством так называемого первичного производства. Во время первичного производства неорганический углерод, в составе углекислого газа в атмосфере и бикарбоната в океане, используется для получения энергии и создания органических молекул, необходимых для жизни.

Сегодня наиболее заметным вкладом в это грандиозное производство является кислородный фотосинтез, ключевыми ингредиентами которого являются солнечный свет и вода. Однако расшифровка темпов первичного производства в прошлом — это простая задача. Вместо машины времени ученые, полагаются на подсказки, оставленные в древних осадочных породах, чтобы реконструировать окружающую среду прошлого.

В случае первичного производства такие оценки позволяет сделать изотопный состав кислорода в форме сульфата в древних соляных месторождениях. В своем исследовании ученые собрали все предыдущие оценки древнего первичного производства, полученные с помощью этого метода, а также многие другие. Результатом этой «переписи населения» стало то, что ученые смогли подсчитать, что 100 квинтиллионов (или 100 миллиардов миллиардов) тонн углерода прошло через первичное производство с момента зарождения жизни.

100 квинтиллионов тонн углерода — это примерно в 100 раз больше, чем количество углерода, содержащегося на Земле.

Сегодня первичное производство осуществляется в основном за счет наземных растений и морских микроорганизмов, таких как водоросли и цианобактерии. В прошлом доля этих основных производителей была совсем другой. В древнейшей истории Земли первичное производство в основном осуществлялось совершенно другой группой организмов, которые не использовали кислородный фотосинтез.

Комбинация различных методов позволила ученым составить представление о том, когда разные первичные производители были наиболее активны в прошлом Земли. Примеры таких методов включают выявление самых старых лесов или использование молекулярных окаменелостей.

В исследовании ученые использовали эту информацию, чтобы выяснить, какие организмы внесли наибольший вклад в историческое первичное производство Земли. Ученые пришли к выводу, что, вероятно, это — наземные растения. Однако вполне вероятно, что это были цианобактерии.

Определив объем первичного производства за все времена и то, какие организмы его провели, ученые оценили, сколько жизни когда-либо существовало на Земле.

Сегодня можно приблизительно определить, сколько существует людей, исходя из количества потребляемой пищи. Точно так же мы смогли откалибровать соотношение первичного производства и количества клеток, существующих в современной среде.

Несмотря на большую вариабельность количества клеток в организме и размеров различных клеток, такие осложнения становятся вторичными, поскольку одноклеточные микробы доминируют в глобальных клеточных популяциях. В конце концов мы смогли подсчитать, что сегодня существует около 10^30 (т.е. 10 в 30 степени) клеток и что на Земле когда-либо существовало от 10^39 до 10^40 клеток.

За исключением возможности вывести Землю на орбиту более молодой звезды, время жизни земной биосферы ограничено. Этот болезненный факт является следствием жизненного цикла наших звезд. С момента своего рождения Солнце постепенно становилось ярче в течение последних четырех с половиной миллиардов лет, поскольку водород в его ядре превратился в гелий.

В далеком будущем, примерно через два миллиарда лет, все биогеохимические средства защиты, которые делают Землю пригодной для жизни, выйдут за пределы своих возможностей. Сначала вымрут наземные растения, а затем, в конце концов, океаны закипят, и Земля снова станет практически безжизненной каменистой планетой, какой она была в самом начале.

Но до тех пор, сколько жизни будет на Земле? Прогнозируя нынешний уровень первичной продуктивности, мы подсчитали, что около 1040 клеток когда-либо будут населять Землю.

Всего несколько десятилетий назад экзопланеты (планеты, вращающиеся вокруг других звезд) были всего лишь гипотезой. Теперь мы можем не только обнаружить их, но и описать многие аспекты тысяч далеких миров, вращающихся у далеких звезд.

Но как Земля соотносится с этими телами? В своем исследовании ученые как бы взглянули на жизнь на Земле с высоты птичьего полета и предложили взять Землю в качестве эталона для сравнения с другими планетами.

Но в прошлом Земля могла пойти совсем по другой траектории с радикально иным количеством жизни. Например, кислородный фотосинтез мог и не возникнуть. Это тема новых исследований.