همه موجودات از سلول های زنده تشکیل شده اند. اگرچه تعیین دقیق زمانی که اولین سلول ها ظاهر شدند دشوار است، بهترین حدس های زمین شناسان حداقل به همین زودی نشان می دهد. 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 کنونیهمکاران من از موسسه علوم وایزمن و کالج اسمیت و من این سوالات بزرگ را هدف قرار دادم.
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 لازم برای زندگی استفاده می شود.
امروزه شاخص ترین شرکت کننده در این تلاش است فتوسنتز اکسیژنی، جایی که نور خورشید و آب مواد اصلی هستند. با این حال، رمزگشایی سطوح گذشته تولید اولیه یک کار چالش برانگیز است. به جای ماشین زمان، دانشمندانی مثل 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 تخمین هایی را فراهم می کند.
که در مطالعه ما، ما تمام تخمین های قبلی تولید اولیه باستانی را که با روش بالا به دست آمده بود و همچنین بسیاری دیگر را جمع آوری کردیم. نتیجه این شمارش بهره وری این بود که ما توانستیم محاسبه کنیم که 100 کوئینتیلیون (یا 100 میلیارد میلیارد) تن کربن از طریق تولید اولیه از زمان شروع حیات تولید شده است.
تصور اعداد بزرگ مانند این سخت است. 100 کوئینتیلیون تن کربن حدود 100 برابر مقدار کربن موجود در زمین است که برای تولیدکنندگان اولیه زمین یک شاهکار بسیار چشمگیر است.
محصول اولیه
امروزه تولید اولیه عمدتاً توسط گیاهان در خشکی و میکروارگانیسم های دریایی مانند جلبک ها و سیانوباکتری ها حاصل می شود. در گذشته، سهم این بازیگران اصلی بسیار متفاوت بود. در مورد اولین تاریخ زمین، تولید اولیه عمدتاً توسط گروهی کاملاً متفاوت از موجودات انجام می‌شد که برای زنده ماندن به فتوسنتز اکسیژنی متکی نبودند.
ترکیبی از تکنیک‌های مختلف می‌توانست بینشی را درباره زمانی که تولیدکنندگان اولیه مختلف در گذشته زمین بیشتر فعال بودند، ارائه دهد. نمونه هایی از چنین تکنیک هایی شامل شناسایی است قدیمی ترین جنگل ها یا با کمک فسیل های مولکولی به اصطلاح نشانگرهای زیستی.
که در مطالعه ما، ما از این اطلاعات برای بررسی اینکه کدام موجودات بیشتر در تولید اولیه تاریخی زمین نقش داشته اند استفاده کردیم. ما متوجه شدیم که با وجود تأخیر در صحنه، گیاهان زمینی احتمالاً بیشترین سهم را داشتند. اما همچنین بسیار قابل قبول است که سیانوباکتری ها بیشترین سهم را داشته اند.
یک زندگی کامل
با تعیین میزان تولید اولیه و شناسایی ارگانیسم‌های مسئول آن، ما همچنین توانستیم تخمین بزنیم که زمانی چقدر زندگی روی زمین وجود داشته است.
امروزه، ممکن است بتوان به طور تقریبی تعداد افراد را بر اساس میزان غذای مصرف شده تعیین کرد. 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، چنین عوارضی ثانویه می‌شوند زیرا میکروب‌های تک سلولی بر جمعیت سلولی جهانی تسلط دارند. در نهایت، ما توانستیم تخمین بزنیم که امروزه حدود 1030 (10 غیرنیلیون) سلول وجود دارد و زمانی بین 1039 (دئودسیلیون) تا 1040 سلول روی زمین وجود داشته است.
چقدر زندگی روی زمین وجود خواهد داشت؟
به جز توانایی حرکت زمین به مدار یک ستاره جوانتر، حیات زیست کره زمین محدود است. این واقعیت دردناک پیامد آن است چرخه زندگی ستاره های ما. از زمان تولد، خورشید در چهار و نیم میلیارد سال گذشته به آرامی درخشنده شده است زیرا هیدروژن در هسته خود به هلیوم تبدیل می شود.
در آینده بسیار دور، در حدود دو میلیارد سال، تمام بافرهای بیوژئوشیمیایی که زمین را قابل سکونت نگه می‌دارند، از خود خارج خواهند شد. مرز ها. ابتدا گیاهان خشکی می میرند و سپس در نهایت اقیانوس ها می جوشند و زمین به سیاره سنگی عمدتاً بی جانی که در مراحل اولیه خود بود باز می گردد.
اما تا آن زمان، زمین چه مقدار حیات در کل حیات قابل سکونت خود جمع کرده است؟ با پیش‌بینی سطوح فعلی بهره‌وری اولیه، تخمین می‌زنیم که حدود 1040 سلول زمین را اشغال خواهند کرد.
زمین به عنوان یک سیاره فراخورشیدی
همین چند دهه پیش، سیارات فراخورشیدی (سیاراتی که به دور ستارگان دیگر می چرخند) تنها یک فرضیه بودند. اکنون ما نه تنها قادریم آنها را کشف می کننداما 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، ما دید چشم پرنده ای از حیات روی زمین داشتیم و زمین را به عنوان معیاری برای مقایسه با سیارات دیگر قرار دادیم.
با این حال، آنچه به نظر من واقعاً جالب است، اتفاقی است که می‌توانست در گذشته زمین برای ایجاد یک مسیر کاملاً متفاوت، و بنابراین مقدار بسیار متفاوتی از حیات، اتفاق بیفتد که توانسته است زمین را خانه بنامد. به عنوان مثال، اگر فتوسنتز اکسیژنی هرگز برقرار نشود، یا اگر اندوسیمبیوز هرگز صورت نگیرد، چه؟
پاسخ به چنین سؤالاتی چیزی است که آزمایشگاه من را هدایت می کند دانشگاه کارلتون در سال های آینده
این مقاله ویرایش شده توسط گفتگو تحت مجوز Creative Commons. ادامه مطلب مقاله اصلی.
