Wie viel Leben hat es auf der Erde gegeben?

By | January 28, 2024

Alle Organismen bestehen aus lebenden Zellen. Obwohl es schwierig ist, genau zu bestimmen, wann die ersten Zellen entstanden sind, gehen Geologen nach besten Schätzungen davon aus, dass dies vor mindestens 3,8 Milliarden Jahren der Fall war. Aber wie viel Leben hat diesen Planeten seit der ersten Zelle auf der Erde bewohnt? Und wie viel Leben wird es auf der Erde geben?

In unserer neuen Studie, veröffentlicht in Aktuelle BiologieMeine Kollegen am Weizmann Institute of Science und am Smith College und ich befassen uns mit diesen großen Fragen.

Kohlenstoff auf der Erde

Jährlich werden rund 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 organischen Moleküle verwendet, die das Leben benötigt.

Heutzutage leistet die sauerstoffhaltige Photosynthese, bei der Sonnenlicht und Wasser wesentliche Bestandteile sind, den größten Beitrag zu diesen Bemühungen. 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 lässt die Isotopenzusammensetzung von Sauerstoff in Sulfatform in alten Salzlagerstätten solche Schätzungen zu.

In unserer Studie haben wir alle früheren Schätzungen der antiken Primärproduktion, die auf der oben genannten Methode basieren, 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 die Primärproduktion gelangt sind.

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

Primärproduktion

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

Eine Kombination verschiedener Techniken konnte eine Vorstellung davon geben, wann verschiedene Primärproduzenten in der Vergangenheit der Erde am aktivsten waren. Beispiele für solche Techniken sind die Identifizierung der ältesten Wälder oder die Verwendung molekularer Fossilien, sogenannter Biomarker.

In unserer Studie nutzen wir diese Informationen, um zu untersuchen, welche Organismen am meisten zur historischen Primärproduktion der Erde beigetragen haben. Wir fanden heraus, dass Landpflanzen trotz ihrer späten Ankunft wahrscheinlich den größten Beitrag leisteten. Es ist jedoch auch sehr plausibel, dass Cyanobakterien mehr dazu beigetragen haben.

Totales Leben

Indem wir ermittelten, wie viel Primärproduktion bereits stattgefunden hat und welche Organismen dafür verantwortlich waren, konnten wir auch abschätzen, wie viel Leben einst auf der Erde existierte.

Heute kann man anhand der aufgenommenen Nahrungsmenge abschätzen, wie viele Menschen es gibt. Ebenso konnten wir ein Verhältnis zwischen der Primärproduktion und der Anzahl der Zellen in der modernen Umgebung 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 das auf etwa 10 schätzen30 (10 nicht Millionen) Zellen existieren heute, und von 1039 (eine Duodezillion) und 1040 Es gab einst Zellen auf der Erde.

Wie viel Leben wird es 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 des Lebenszyklus unserer Sterne. Seit ihrer Geburt ist die Sonne in den letzten viereinhalb Milliarden Jahren langsam heller geworden, da in ihrem Kern Wasserstoff in Helium umgewandelt wurde.

In ferner Zukunft, in etwa zwei Milliarden Jahren, werden alle biogeochemischen Schutzmaßnahmen, die die Erde bewohnbar halten, überschritten. Zuerst werden Landpflanzen sterben, und schließlich werden die Ozeane kochen und die Erde wird zu einem weitgehend leblosen, felsigen Planeten zurückkehren, so wie sie in ihren Kinderschuhen war.

Aber wie viel Leben wird die Erde bis dahin während ihrer gesamten bewohnbaren Lebensdauer beherbergen? Wenn wir unsere derzeitige Primärproduktivität hochrechnen, schätzen wir, dass sie bei etwa 10 liegt40 Zellen werden eines Tages die Erde besetzen.

Erde als Exoplanet

Noch vor wenigen Jahrzehnten waren Exoplaneten (Planeten, die andere Sterne umkreisen) nur eine Hypothese. Wir sind jetzt nicht nur in der Lage, sie zu entdecken, sondern auch viele Aspekte von Tausenden entfernter Welten um entfernte Sterne zu beschreiben.

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

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 ihr Zuhause nennen konnte. Was wäre zum Beispiel, wenn die sauerstoffhaltige Photosynthese nie stattgefunden hätte, oder was wäre, wenn die Endosymbiose nie stattgefunden hätte?

Die Antworten auf diese Fragen werden mein Labor an der Carleton University in den kommenden Jahren vorantreiben.

Peter Crockford, Assistenzprofessor, Geowissenschaften, Carleton-Universität

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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