Організми, що складаються з живих клітин, існують на Землі вже мільярди років. Хоча точне визначення часу появи перших клітин залишається складним завданням, геологи припускають, що це сталося 3,8 мільярда років тому. Нещодавнє дослідження, опубліковане в журналі Current Biology і проведене дослідниками з Інституту науки Вейцмана та Сміт-коледжу, заглиблюється в масштаби життя, яке процвітало на нашій планеті з моменту появи першої клітини, і висловлює припущення щодо майбутнього життя на Землі.
Динаміка вуглецю на Землі:
Приблизно 200 мільярдів тонн вуглецю щорічно проходять первинне виробництво, використовуючи неорганічний вуглець, такий як атмосферний вуглекислий газ та океанічний бікарбонат, для отримання енергії та синтезу органічних молекул. Кисневий фотосинтез, рушійною силою якого є сонячне світло і вода, сьогодні є вирішальним фактором. Розшифровка історичних темпів первинного виробництва спирається на підказки в давніх осадових породах, зокрема, на ізотопний склад кисню в сульфатних відкладеннях у давніх соляних формаціях.
Результати дослідження:
Компіляція різних оцінок давнього первинного виробництва показує, що з моменту зародження життя в процесі первинного виробництва було перероблено близько 100 квінтильйонів тонн вуглецю. Ця кількість приблизно в 100 разів перевищує вміст вуглецю на Землі, демонструючи вражаючий внесок первинних виробників Землі.
Еволюція первинного виробництва:
У той час як у сучасному первинному виробництві домінують наземні рослини та морські мікроорганізми, такі як водорості, раннє первинне виробництво Землі було організоване різними організмами, що не залежали від кисневого фотосинтезу. У дослідженні використовуються такі методи, як ідентифікація давніх лісів та використання молекулярних скам’янілостей (біомаркерів), щоб визначити, коли різні первинні продуценти були найбільш активними в історії Землі. Незважаючи на те, що наземні рослини з’явилися пізніше, вважається, що вони зробили значний внесок у розвиток планети, а ціанобактерії також відіграли важливу роль.
Оцінка загальної тривалості життя:
Визначаючи сукупну первинну продукцію та ідентифікуючи відповідальні організми, дослідження оцінює загальну кількість життя, яке коли-небудь існувало на Землі. Проводячи паралелі з оцінкою людської популяції через споживання їжі, дослідники калібрують співвідношення первинної продукції до сучасної кількості клітин. За підрахунками, сьогодні існує близько 1030 клітин, тоді як історичний діапазон коливається між 1039 і 1040 клітинами.
Майбутнє біосфери Землі:
Враховуючи обмеження, накладені життєвим циклом Сонця, біосфера Землі має обмежений термін існування. Зі зростанням яскравості Сонця біогеохімічні запобіжники, які роблять Землю придатною для життя, врешті-решт будуть вичерпані. Приблизно через два мільярди років наземні рослини загинуть, океани закиплять, і Земля повернеться до переважно безжиттєвого стану.
Земля як еталон для екзопланет:
Дослідження також позиціонує Землю як еталон для порівняння інших планет, підкреслюючи її унікальні особливості в контексті дослідження екзопланет. Дослідники розглядають альтернативні траєкторії, які могли б призвести до дуже різної кількості життя на Землі, розмірковуючи над сценаріями, де кисневий фотосинтез або ендосимбіоз ніколи не відбувалися.
Дослідження не тільки проливає світло на минуле і сучасне життя Землі, але й підштовхує до інтригуючих запитань про альтернативні шляхи еволюції. Пошуки відповідей на ці питання стануть рушійною силою поточних досліджень в Карлтонському університеті.
