В своем новом исследовании ученые высказали предположение, что численность живых клеток превышает количество песчинок на Земле или звезд на небе
Фото: freepik.com
От бактерий до синих китов количество клеток в живых существах в триллион раз превышает оцененное количество песчинок на Земле. Оно в 1 миллион раз больше всех звезд во Вселенной. А количество когда-либо живших клеток еще на 10 порядков больше, согласно новым оценкам исследователей, опубликованным на прошлой неделе в Current Biology. Эти расчеты также могут помочь ученым лучше понять плодородие нашей планеты и предсказать, как формы жизни могут использовать углерод в будущем.
«Эти усилия абсолютно необходимы. Простой подсчет и измерение вещей [это] разница между способностью заниматься наукой или нет» — говорит Роб Филлипс, биофизик из Калифорнийского технологического института, который не участвовал в этой работе, но сотрудничал с некоторыми авторами. Количественная оценка таких базовых показателей имеет решающее значение для способности ученых задавать содержательные вопросы.
Читайте также: Ученые придумали, как значительно продлить жизнь аккумуляторов
Питер Крокфорд, геолог из Карлтонского университета, и его коллеги начали свою инвентаризацию, объединив существующие оценки количества микробов, которые сейчас находятся в океане, почве и недрах Земли, с количеством клеток в более крупных организмах. Результатом было количество живых клеток на сегодня. Это число — впечатляющее 10 30 клеток, большинство из которых цианобактерии — стало отправной точкой для подсчета общего количества клеток, которые когда-либо жили.
Ключом к этому расчету была первичная производительность, преобразование углекислого газа (CO2 ) в углеродные соединения, которые питают всю жизнь. Эти соединения — например, сахар и крахмал — продвигаются вверх по пищевой цепи: растения и фотосинтезирующие микробы поедаются другими организмами, которые, в свою очередь, поедаются еще более крупными организмами. Все они погибают, поглощаются и расщепляются насекомыми и микробами. Эти потребители возвращают CO 2 в атмосферу, когда они дышат и умирают, завершая углеродный цикл.
Читайте также: Microsoft открыла новый материал, который заменит обычные аккумуляторы
Чтобы понять, как первичная производительность менялась в течение геологической истории Земли, Крокфорд и его коллеги прочесали научную литературу для оценок количества и типов фотосинтезирующих организмов в разные моменты времени и сколько «пищи» они производили. Зная первичную производительность современных клеток, исследователи смогли повернуть часы назад, чтобы подсчитать, сколько клеток было бы нужно для поддержания прежнего уровня производительности. Они скорректировали расчет на основе таких факторов, как время развития различных форм жизни и то, как ледниковые периоды подавляли активность этих организмов.
Первыми фотосинтезаторами были микробы под названием цианобактерии, которые эволюционировали где-то между 3,4 и 2,5 миллиардами лет назад. Где-то между 800 и 650 миллионами лет назад их производительность была превзойдена водорослями, говорит Крокфорд. И когда наземные растения эволюционировали 450-350 миллионов лет назад, их производительность превысила производительность водорослей.
Суммируя все подсчеты, где-то когда-либо существовало от 10 39 до 10 40 клеток. Вместе эти фотосинтезаторы прошли сквозь весь углерод Земли примерно 100 раз. И расчеты исследователей показывают, что эти цифры приближаются к верхнему пределу. Они говорят, что Земля просто не имеет ресурсов для поддержания более чем 10 41 клетки.
Читайте также: Ученые рассказали, на какой ближайшие к Земле планете идет бриллиантовый дождь
Эти цифры кажутся «разумными и реалистичными», — говорит Алессио Коллалти, лесной эколог из Национального исследовательского совета Итальянского института систем сельского хозяйства и лесоводства в Средиземноморье. Документ читается как «фильм о жизни на Земле и о том, как она развивалась с самого начала», — говорит он.
Однако Дональд Кенфилд, геобиолог из Университета Южной Дании, предупреждает, что «эти оценки становятся гораздо более неуверенными, когда мы возвращаемся дальше в прошлое».
Крокфорд и его коллеги также запускают свой фильм в будущее. По мере старения Солнце будет светлеть, стимулируя геологические процессы, которые постепенно будут уменьшать количество CO2 в воздухе. Примерно через 1 миллиард лет, согласно сценарию авторов, уровень CO2 упадет настолько низко, что фотосинтез нарушится. Растения погибнут. Температура океана повысится настолько, что первичные производители также не выживут. Вскоре после этого биомасса Земли резко упадет, и жизнь, которую мы знаем, прекратится.
«Я надеюсь, что они ошибаются», — говорит Джеффри Кэмерон, биохимик из Университета Колорадо в Боулдере. Несмотря на это, «выполнить эти расчеты и обсудить их — отличное упражнение для размышлений».
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
В нашей солнечной системе нашли еще одну большую планету
Ученые рассказали, сколько лететь до Плутона
NASA нашла способ добычи питьевой воды на Марсе
Источник: Science
