Wie viel Leben hat es jemals auf der Erde gegeben?

Alle Organismen bestehen aus lebenden Zellen. Während es schwierig ist, genau zu bestimmen, wann die ersten Zellen entstanden sind, deuten die besten Schätzungen der Geologen darauf hin, dass es mindestens so früh war Vor 3,8 Milliarden Jahren. Aber wie viel Leben hat diesen Planeten seit der ersten Zelle auf der Erde bewohnt? Und wie viel Leben wird es jemals auf der Erde geben?

In unserer neuen Studie, veröffentlicht in Aktuelle Biologiemeine Kollegen von der Weizmann-Institut für Wissenschaft Und Smith College und ich nahm diese großen Fragen ins Visier.

Kohlenstoff auf der Erde

Jährlich werden etwa 200 Milliarden Tonnen Kohlenstoff durch die sogenannte Primärproduktion aufgenommen. Bei der Primärproduktion wird anorganischer Kohlenstoff – wie Kohlendioxid in der Atmosphäre und Bikarbonat im Ozean – zur Energiegewinnung und zum Aufbau der lebensnotwendigen organischen Moleküle genutzt.

Der bemerkenswerteste Mitwirkende dieser Bemühungen ist heute sauerstoffhaltige Photosynthese, wo Sonnenlicht und Wasser die Schlüsselbestandteile sind. Die Entschlüsselung früherer Primärproduktionsraten war jedoch eine schwierige Aufgabe. Anstelle einer Zeitmaschine verlassen sich Wissenschaftler wie ich auf Hinweise, die in alten Sedimentgesteinen hinterlassen wurden, um vergangene Umwelten zu rekonstruieren.

Im Falle der Primärproduktion ist die Isotopenzusammensetzung von Sauerstoff in Form von Sulfat in alten Salzlagerstätten ermöglicht solche Schätzungen.

In unsere Studie, haben wir alle früheren Schätzungen der antiken Primärproduktion, die mit der oben genannten Methode abgeleitet wurden, sowie viele andere zusammengestellt. Das Ergebnis dieser Produktivitätszählung war, dass wir schätzen konnten, dass seit der Entstehung des Lebens 100 Trillionen (oder 100 Milliarden Milliarden) Tonnen Kohlenstoff durch Primärproduktion entstanden sind.

Große Zahlen wie diese sind schwer vorstellbar; 100 Trillionen Tonnen Kohlenstoff sind etwa das Hundertfache der in der Erde enthaltenen Kohlenstoffmenge, eine ziemlich beeindruckende Leistung für die Primärproduzenten der Erde.

Primärproduktion

Heutzutage wird die Primärproduktion hauptsächlich durch Pflanzen an Land und marine Mikroorganismen wie Algen und Cyanobakterien erreicht. Der Anteil dieser Großzahler war in der Vergangenheit sehr unterschiedlich; Im Fall der frühesten Erdgeschichte wurde die Primärproduktion hauptsächlich von einer völlig anderen Gruppe von Organismen durchgeführt, die nicht auf die sauerstoffhaltige Photosynthese angewiesen waren, um am Leben zu bleiben.

Eine Kombination verschiedener Techniken konnte einen Eindruck davon vermitteln, wann verschiedene Primärproduzenten in der Vergangenheit der Erde am aktivsten waren. Beispiele für solche Techniken umfassen die Identifizierung der älteste Wälder oder unter Verwendung molekularer Fossilien genannt Biomarker.

In unsere StudieMithilfe dieser Informationen haben wir untersucht, welche Organismen den größten Beitrag zur historischen Primärproduktion der Erde geleistet haben. Wir haben herausgefunden, dass Landpflanzen wahrscheinlich den größten Beitrag geleistet haben, obwohl sie erst spät vor Ort waren. Allerdings ist es auch sehr plausibel, dass Cyanobakterien am meisten dazu beigetragen haben.

Totales Leben

Indem wir ermittelten, wie viel Primärproduktion jemals stattgefunden hat und welche Organismen dafür verantwortlich waren, konnten wir auch abschätzen, wie viel Leben es jemals auf der Erde gegeben hat.

Heutzutage kann man vielleicht anhand der Menge der aufgenommenen Nahrung ungefähr abschätzen, wie viele Menschen es gibt. Ebenso konnten wir das Verhältnis der Primärproduktion zur Anzahl der in der modernen Umgebung vorhandenen Zellen kalibrieren.

Trotz der großen Variabilität in der Anzahl der Zellen pro Organismus und der Größe der verschiedenen Zellen werden solche Komplikationen zweitrangig, da einzellige Mikroben die globalen Zellpopulationen dominieren. Letztendlich konnten wir abschätzen, dass heute etwa 1030 (10 Milliarden) Zellen existieren und dass zwischen 1039 (eine Duodezillion) und 1040 Zellen jemals auf der Erde existiert haben.

Wie viel Leben wird es jemals auf der Erde geben?

Abgesehen von der Fähigkeit, die Erde in die Umlaufbahn eines jüngeren Sterns zu bringen, ist die Lebensdauer der Biosphäre der Erde begrenzt. Diese krankhafte Tatsache ist eine Folge von Der Lebenszyklus unserer Sterne. Seit ihrer Geburt ist die Sonne in den letzten viereinhalb Milliarden Jahren langsam heller geworden, da Wasserstoff in ihrem Kern in Helium umgewandelt wurde.

Weit in der Zukunft, in etwa zwei Milliarden Jahren, werden alle biogeochemischen Ausfallsicherungen, die die Erde bewohnbar halten, überholt sein Grenzen. Zuerst werden Landpflanzen absterben, und schließlich werden die Ozeane kochen und die Erde wird zu einem weitgehend leblosen Gesteinsplaneten zurückkehren, so wie sie in den Kinderschuhen steckte.

Aber wie viel Leben wird die Erde bis dahin während ihrer gesamten bewohnbaren Lebensdauer beherbergen? Wenn wir unsere derzeitige Primärproduktivität auf die Zukunft hochrechnen, schätzen wir, dass jemals etwa 1040 Zellen die Erde bevölkern werden.

Erde als Exoplanet

Noch vor wenigen Jahrzehnten waren Exoplaneten (Planeten, die andere Sterne umkreisen) nur eine Hypothese. Jetzt können wir nicht nur sie erkennensondern beschreiben viele Aspekte von Tausenden weit entfernten Welten um entfernte Sterne.

Aber wie schneidet die Erde im Vergleich zu diesen Körpern ab? In unserer neuen Studie haben wir das Leben auf der Erde aus der Vogelperspektive betrachtet und die Erde als Maßstab für den Vergleich mit anderen Planeten herangezogen.

Was ich jedoch wirklich interessant finde, ist, was in der Vergangenheit der Erde passiert sein könnte, um eine völlig andere Flugbahn und damit eine völlig andere Menge an Leben hervorzubringen, das die Erde als Heimat bezeichnen konnte. Was wäre zum Beispiel, wenn die sauerstoffhaltige Photosynthese nie Einzug gehalten hätte, oder was wäre, wenn es nie zu einer Endosymbiose gekommen wäre?

Antworten auf solche Fragen sind der Antrieb meines Labors Carleton-Universität in den kommenden Jahren.

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