Hoeveel leven heeft er ooit op aarde bestaan?

By | January 29, 2024

Alle organismen bestaan ​​uit levende cellen. Hoewel het moeilijk is om precies te bepalen wanneer de eerste cellen ontstonden, zijn de beste schattingen van geologen dat ze minstens 3,8 miljard jaar geleden ontstonden. Maar hoeveel leven heeft deze planeet bewoond sinds de eerste cel op aarde verscheen? En hoeveel leven zal er ooit op aarde zijn?

In ons nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Huidige biologieMijn collega’s van het Weizmann Institute of Science en Smith College en ik hebben deze grote vragen bestudeerd.

koolstof op aarde

Jaarlijks wordt ongeveer 200 miljard ton koolstof geabsorbeerd via de zogenaamde primaire productie. Bij de primaire productie wordt anorganische koolstof – zoals koolstofdioxide in de atmosfeer en bicarbonaat in de oceaan – gebruikt om energie op te wekken en de organische moleculen te bouwen die nodig zijn voor het leven.

Tegenwoordig levert zuurstoffotosynthese, waarin zonlicht en water de belangrijkste componenten zijn, de grootste bijdrage aan deze inspanningen. Het ontcijferen van de primaire productiecijfers uit het verleden was echter een moeilijke taak. In plaats van een tijdmachine vertrouwen wetenschappers zoals ik op aanwijzingen die zijn achtergelaten in oude sedimentaire gesteenten om vroegere omgevingen te reconstrueren.

In het geval van primaire productie maakt de isotopensamenstelling van zuurstof in de vorm van sulfaat in oude zoutafzettingen dergelijke schattingen mogelijk.

In onze studie hebben we alle eerdere schattingen van de oude primaire productie verzameld die zijn afgeleid met behulp van de bovenstaande methode, evenals vele andere. Het resultaat van deze productiviteitstelling was dat we konden schatten dat er sinds het ontstaan ​​van het leven 100 biljoen (of 100 miljard miljard) ton koolstof is gecreëerd door primaire productie.

Dergelijke grote aantallen zijn moeilijk voor te stellen; 100 biljoen ton koolstof is ongeveer 100 keer de hoeveelheid koolstof die zich in de aarde bevindt, een behoorlijk indrukwekkende prestatie voor de primaire producenten van de aarde.

Primaire productie

Tegenwoordig wordt de primaire productie voornamelijk bereikt door terrestrische planten en mariene micro-organismen zoals algen en cyanobacteriën. Het aandeel van deze grote betalers is in het verleden sterk gevarieerd; In het geval van de vroegste geschiedenis van de aarde werd de primaire productie voornamelijk uitgevoerd door een geheel andere groep organismen die niet afhankelijk waren van zuurstofhoudende fotosynthese om in leven te blijven.

Een combinatie van technieken kon een idee geven van wanneer verschillende primaire producenten het meest actief waren in het verleden van de aarde. Voorbeelden van dergelijke technieken zijn het identificeren van de oudste bossen of het gebruik van moleculaire fossielen, zogenaamde biomarkers.

In ons onderzoek hebben we deze informatie gebruikt om te onderzoeken welke organismen het meest hebben bijgedragen aan de historische primaire productie van de aarde. We ontdekten dat landplanten waarschijnlijk de grootste bijdrage leverden, ook al kwamen ze laat aan. Het is echter ook zeer aannemelijk dat cyanobacteriën de grootste bijdrage leverden.

Totale leven

Door te bepalen hoeveel primaire productie er ooit heeft plaatsgevonden en welke organismen daarvoor verantwoordelijk waren, konden we ook schatten hoeveel leven er ooit op aarde was.

Tegenwoordig kun je misschien grofweg inschatten hoeveel mensen er zijn op basis van de hoeveelheid voedsel die wordt geconsumeerd. We waren ook in staat om de verhouding tussen de primaire productie en het aantal cellen in de moderne omgeving te kalibreren.

Ondanks de grote variabiliteit in het aantal cellen per organisme en de grootte van verschillende cellen, worden dergelijke complicaties secundair omdat eencellige microben de mondiale celpopulaties domineren. Uiteindelijk konden we dat rond de 10 schatten30 Er bestaan ​​vandaag de dag (10 miljard) cellen, tussen de 1039 (een duodeciljoen) en 1040 Cellen hebben ooit op aarde bestaan.

Hoeveel leven zal er ooit op aarde zijn?

Afgezien van het vermogen om de aarde in de baan van een jongere ster te plaatsen, is de levensduur van de biosfeer van de aarde beperkt. Dit ziekelijke feit is een gevolg van de levenscyclus van onze sterren. Sinds zijn geboorte is de zon de afgelopen vier en een half miljard jaar langzaam helderder geworden doordat waterstof in zijn kern wordt omgezet in helium.

In de verre toekomst, over ongeveer twee miljard jaar, zullen alle biogeochemische veiligheidsvoorzieningen die de aarde bewoonbaar houden hun grenzen bereiken. Ten eerste zullen de planten op het land afsterven, en uiteindelijk zullen de oceanen koken en zal de aarde terugkeren naar een grotendeels levenloze, rotsachtige planeet, net zoals zij in haar kinderschoenen stond.

Maar hoeveel leven zal de aarde tegen die tijd gedurende haar gehele bewoonbare levensduur kunnen ondersteunen? Als we ons huidige niveau van primaire productiviteit extrapoleren naar de toekomst, schatten we dat op ongeveer 1040 Cellen zullen ooit de aarde bezetten.

De aarde als exoplaneet

Nog maar een paar decennia geleden waren exoplaneten (planeten die rond andere sterren draaien) slechts een hypothese. Nu kunnen we ze niet alleen ontdekken, maar ook vele aspecten van duizenden verre werelden rond verre sterren beschrijven.

Maar hoe verhoudt de aarde zich tot deze lichamen? In ons nieuwe onderzoek keken we vanuit vogelperspectief naar het leven op aarde en gebruikten we de aarde als maatstaf voor vergelijking met andere planeten.

Wat ik echter heel interessant vind, is wat er in het verleden van de aarde zou kunnen zijn gebeurd om een ​​heel ander traject teweeg te brengen en daardoor een heel andere hoeveelheid leven die de aarde haar thuis zou kunnen noemen. Wat zou er bijvoorbeeld gebeuren als de zuurstofrijke fotosynthese nooit van de grond was gekomen, of wat als endosymbiose nooit had plaatsgevonden?

Antwoorden op dit soort vragen zullen de komende jaren mijn laboratorium aan de Carleton University bepalen.

Peter Crockford, universitair docent Geowetenschappen, Carleton Universiteit

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *