Учёные подсчитали, сколько живых клеток поместится на Земле
Все организмы состоят из живых клеток. Трудно точно понять, когда возникли первые, но геологи утверждают, что они уже существовали 3,8 млрд лет тому назад. Но сколько их всего, в различных формах жизни, перебывало на Земле после появления первой клетки на планете? Какой объём жизни вообще когда-либо населял её?
Исследователи из Научного института Вейцмана и Колледжа Смита поделились соображениями на этот счёт в журнале Current Biology.
Каждый год около 200 млрд т углерода поглощается при процессе, который называют первичным синтезом. При этом неорганический углерод, включая углекислый газ в атмосфере и кислые соли угольной кислоты (гидрокарбонаты) в океане, расходуются в том числе для построения молекул органики, необходимых для жизни. Наиболее заметный вклад среди жизненно важных процессов вносит кислородный фотосинтез, для которого необходимы солнечный свет и вода.
Однако учёным было непросто подсчитать масштабы и темпы всего первичного синтеза на планете. Для реконструкции былого им проходится выискивать намёки в осадочных породах. А формулировать оценки помогает изотопный состав кислорода в форме сульфата в древнейших отложениях.
Учёные объединили все оценки возможного древнего синтеза, сделанные ранее на основе отложений, а также многие другие. Результат анализа всего списка подсчётов таков: с момента возникновения жизни на Земле было выработано 100 квинтиллионов тонн углерода. Поясним, что 1 квинтлн (такое вот сокращение) — это единица с 18 нулями. Такие большие цифры, конечно, представить нелегко. В общем, 100 квинтлн т углерода — это в 100 раз больше всего существующего ныне углерода на планете Земля.
Сегодня первичный синтез по большей части происходит благодаря растениям на суше, а также водорослям и цианобактериям в водах мирового океана. В прошлом роль и пропорции этих основных источников были совсем другими. На Земле в глубокой древности первичный синтез углерода в основном происходил за счёт иных организмов, для которых кислородный фотосинтез даже не был основой для поддержания жизни.
Сочетание различных методов помогло составить представление о том, когда изначальные производители углерода были наиболее активны в далёком прошлом. Среди методов — поиск остатков старейших лесов или анализ микроскопических окаменелостей, которых благодаря их свойствам называют биомаркерами.
Полученную информацию обработали, чтобы выяснить, какие организмы внесли наибольший вклад в первичный синтез углерода на Земле. Учёные пришли к выводу, что огромный вклад должна была внести растущая на суше флора, хотя наземные растения и появились на планете не сразу. Но на первом месте по вероятному вкладу — всё-таки цианобактерии.
Определив, сколько первичного формирования углерода когда-либо происходило и благодаря каким формам жизни, исследователям удалось оценить общий объём живого, когда-либо существовавший на Земле.
Так, сегодня можно приблизительно подсчитать население планеты, исходя из количества потребляемой человечеством пищи. Аналогичным образом исследователи смогли соотнести первичный синтез углерода и количество клеток, существующих ныне в окружающей среде.
Даже с учётом существенных колебаний численности клеток в организмах и разницу в их размерах, всё это второстепенно, поскольку одноклеточные преобладают. В конце концов, исследователи подсчитали, что около 1030 (10 нониллионов) клеток существует ныне, и что от 1039 до 1040 клеток всего уже существовало на планете.
Продолжительность жизни биосферы, то есть всего живого, ограничена. Если, конечно, отбросить теоретическую возможность ради спасения нашего общего дома в далёком будущем отбуксировать планету на новую орбиту к более молодой звезде. Гибельная неизбежность — следствие жизненного цикла звёзд, и Солнце не исключение. Со дня возникновения наша звезда становилась всё ярче на протяжении 4,5 млрд лет, так как водород в ядре Солнца превращался в гелий.
В общем, приблизительно через 2 млрд лет Земля утратит пригодность для жизни. Сперва погибнет растительность, а затем вскипят океаны, и Земля обратится в мёртвую каменистую планету, словно вернувшись к своей первородной фазе развития. К счастью, до этого ещё очень и очень далеко.
Но сколько же Земля сможет вместить? Учёные скалькулировали, что в какой-то момент её смогли бы «населять» 1040 клеток всего живого.
Исследователи из Научного института Вейцмана и Колледжа Смита поделились соображениями на этот счёт в журнале Current Biology.
Углерод как мерило
Каждый год около 200 млрд т углерода поглощается при процессе, который называют первичным синтезом. При этом неорганический углерод, включая углекислый газ в атмосфере и кислые соли угольной кислоты (гидрокарбонаты) в океане, расходуются в том числе для построения молекул органики, необходимых для жизни. Наиболее заметный вклад среди жизненно важных процессов вносит кислородный фотосинтез, для которого необходимы солнечный свет и вода.
Однако учёным было непросто подсчитать масштабы и темпы всего первичного синтеза на планете. Для реконструкции былого им проходится выискивать намёки в осадочных породах. А формулировать оценки помогает изотопный состав кислорода в форме сульфата в древнейших отложениях.
Учёные объединили все оценки возможного древнего синтеза, сделанные ранее на основе отложений, а также многие другие. Результат анализа всего списка подсчётов таков: с момента возникновения жизни на Земле было выработано 100 квинтиллионов тонн углерода. Поясним, что 1 квинтлн (такое вот сокращение) — это единица с 18 нулями. Такие большие цифры, конечно, представить нелегко. В общем, 100 квинтлн т углерода — это в 100 раз больше всего существующего ныне углерода на планете Земля.
Первичный синтез
Сегодня первичный синтез по большей части происходит благодаря растениям на суше, а также водорослям и цианобактериям в водах мирового океана. В прошлом роль и пропорции этих основных источников были совсем другими. На Земле в глубокой древности первичный синтез углерода в основном происходил за счёт иных организмов, для которых кислородный фотосинтез даже не был основой для поддержания жизни.
Сочетание различных методов помогло составить представление о том, когда изначальные производители углерода были наиболее активны в далёком прошлом. Среди методов — поиск остатков старейших лесов или анализ микроскопических окаменелостей, которых благодаря их свойствам называют биомаркерами.
Полученную информацию обработали, чтобы выяснить, какие организмы внесли наибольший вклад в первичный синтез углерода на Земле. Учёные пришли к выводу, что огромный вклад должна была внести растущая на суше флора, хотя наземные растения и появились на планете не сразу. Но на первом месте по вероятному вкладу — всё-таки цианобактерии.
Сумма за все годы жизни
Определив, сколько первичного формирования углерода когда-либо происходило и благодаря каким формам жизни, исследователям удалось оценить общий объём живого, когда-либо существовавший на Земле.
Так, сегодня можно приблизительно подсчитать население планеты, исходя из количества потребляемой человечеством пищи. Аналогичным образом исследователи смогли соотнести первичный синтез углерода и количество клеток, существующих ныне в окружающей среде.
Даже с учётом существенных колебаний численности клеток в организмах и разницу в их размерах, всё это второстепенно, поскольку одноклеточные преобладают. В конце концов, исследователи подсчитали, что около 1030 (10 нониллионов) клеток существует ныне, и что от 1039 до 1040 клеток всего уже существовало на планете.
Сколько «кирпичиков» жизни поместится
Продолжительность жизни биосферы, то есть всего живого, ограничена. Если, конечно, отбросить теоретическую возможность ради спасения нашего общего дома в далёком будущем отбуксировать планету на новую орбиту к более молодой звезде. Гибельная неизбежность — следствие жизненного цикла звёзд, и Солнце не исключение. Со дня возникновения наша звезда становилась всё ярче на протяжении 4,5 млрд лет, так как водород в ядре Солнца превращался в гелий.
В общем, приблизительно через 2 млрд лет Земля утратит пригодность для жизни. Сперва погибнет растительность, а затем вскипят океаны, и Земля обратится в мёртвую каменистую планету, словно вернувшись к своей первородной фазе развития. К счастью, до этого ещё очень и очень далеко.
Но сколько же Земля сможет вместить? Учёные скалькулировали, что в какой-то момент её смогли бы «населять» 1040 клеток всего живого.
- Дмитрий Ладыгин
- pixabay.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
В Красноярске обнаружены следы глобальной катастрофы, случившейся 12 800 лет назад
Это было внезапно, ужасно и очень быстро: гигантская волна или ударная волна прошлась по этим местам, сметая все на своем пути и перетасовывая кости людей,...
Кто убивает итальянских волков: зоологи были потрясены кадрами с автоматической камеры
Трагический эпизод показал, что некоторые зоологические теории придется кардинально пересмотреть. У серых хищников есть неожиданные враги...
Почему Христос умер на кресте быстрее, чем разбойники: ученые объяснили эпизод из Нового Завета
Поразительно, но это был целый клубок событий, которые произошли в последние сутки до распятия...
Атомная катастрофа Гитлера: оказывается, немцы едва не устроили собственную Хиросиму еще в 1942 году
Почему громкая авария в лаборатории поставила жирный крест на мечтах Германии поработить всю планету?...
300-летний секрет «золотых» скрипок Страдивари наконец-то разгадан?
И почему ученые в поисках тайны забрели в отдаленную долину в самом сердце Итальянских Альп?...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
80 лет без Звезды Героя: почему офицер, поставивший Знамя Победы, не получил заслуженную награду при жизни?
Только указ Президента России смог исправить одну из самых вопиющих несправедливостей в советской истории...
Обнаружена древнейшая карта ночного неба, которая 2000 лет считалась утраченной навсегда
Это был настоящий научный детектив: текст скрывался в неожиданном месте. Современные технологии доказали, что написанное раз стереть полностью уже невозможно...
«Кровавая» история водопада Блад-Фоллс: почему ученые сравнивают это место с Марсом?
Эта антарктическая аномалия больше века не давала покоя исследователям, но в 2018 году завеса тайны все же приоткрылась...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...