Згідно з новим дослідженням, кількість живих клітин перевищує кількість зірок у Всесвіті, підкреслюючи глибокий, недооцінений зв’язок між геофізикою та біологією.
Що входить до числа?
Згідно з нещодавніми підрахунками, проведеними групою біологів і геологів, на Землі більше живих клітин — мільйон трильйонів трильйонів, або 10^30 у математичній системі позначення, 1, за якою йде 30 нулів — ніж зірок у Всесвіті чи піщинок на нашій планеті.
Що має певний сенс. Переважна більшість цих клітин — мікроби, надто малі, щоб побачити їх неозброєним оком; багато з них є ціанобактеріями, крихітними бульбашками енергії та хімії, які виділяються в рослинах і морях, збираючи життя, яке ми знаємо, і видобувають сонячне світло для виробництва кисню, необхідного для дихання.
І все ж вражає, що такий розрахунок взагалі можна виконати, що це означає. Чи може Земля містити ще більше життя? Чи можна було менше? Скільки життя – це забагато?
«Велика перевага полягає в тому, що це справді робить Землю еталоном для порівняльної планетології», — сказав Пітер Крокфорд, геобіолог з Карлтонського університету в Оттаві та провідний автор звіту, опублікованого минулого місяця в журналі Current Biology, в електронному листі. Це відкриття «дозволяє нам більш кількісно поставити запитання про альтернативні траєкторії життя на Землі та про те, скільки життя може бути можливим на нашій планеті».
Наприклад, він сказав, що, якби фотосинтез — це дивовижне перетворення сонячного світла на їжу та кисень — ніколи не розвивався?
Це питання підкреслює тривалий, недооцінений зв’язок між геофізикою та біологією.
Як написав Майкл Кіпп з Університету Дьюка, який не брав участі в дослідженні, у Current Biology Dispatches : «На величезній космічній арені є, мабуть, планети, які швидко живуть і вмирають молодими, а інші — повільно й стабільно. Де знаходиться Земля в цьому спектрі?» – Калеб Шарф, астробіолог з Дослідницького центру Еймса НАСА в Маунтін-В’ю, штат Каліфорнія, повторив доктора Крокфорда. «За останній рік чи два з’явилося багато цікавих робіт, у яких люди зробили крок назад, щоб по-справжньому задуматися про те, як життя закарбовується на планеті», — написав він в електронному листі.
Він назвав статтю доктора Крокфорда «свого роду неогайським поглядом на речі», посилаючись на гіпотезу, висунуту в 1970-х роках Джеймсом Лавлоком і Лінн Маргуліс, про те, що життя і навколишнє середовище працюють разом, щоб зберегти придатну для життя планету.
Відповідно до літопису скам’янілостей, геологія та еволюція вели танець 3,8 мільярда років, оскільки нашій планеті було лише 700 мільйонів років. Саме тоді з’явилися перші одноклітинні істоти, можливо, у підводних вулканічних жерлах, які ласували хімічною енергією навколо них.
Відтоді популяція клітин експоненціально зростала, навіть через геологічні катастрофи та вимирання, що відкрило нові шляхи еволюції.
Насіння тваринного життя було посіяно колись у тьмяному минулому, коли якась бактерія навчилася використовувати сонячне світло для розщеплення молекул води та виробництва кисню та цукру. 2,4 мільярда років тому, коли фотосинтез добре налагодився, кількість кисню в атмосфері почала різко зростати.
Велика подія окислення «була однозначно найбільшою подією в історії біосфери», — сказав Пітер Уорд, палеонтолог з Університету Вашингтона.
Без фотосинтезу решта творіння мала б мало їжі. Але це лише одна ланка в мережі геологічних петель зворотного зв’язку, за допомогою яких погода, океани, мікроби та вулкани змовляються, щоб зберегти стабільність і тепло на земній кулі та дозволити життю розвиватися.
Карбонатно-силікатний цикл, наприклад, регулює кількість вуглекислого газу в атмосфері; газ утримує тепло і підтримує на планеті помірний і переважно стабільний рівень. Дощ вимиває вуглекислий газ з повітря та потрапляє в океан; вулкани знову викидають його з підземного світу. У результаті, за оцінками доктора Крокфорда та його колег, протягом тисячоліть трильйон гігатонн вуглецю перетворився з газу в життя і назад. Це приблизно в 100 разів більше вуглецю, ніж існує на Землі, що означає, що, в принципі, кожен атом вуглецю перероблявся 100 разів.
Поява ціанобактерій поклала початок так званому кембрійському вибуху близько 550 мільйонів років тому, коли багатоклітинні істоти — тварини — раптово з’явилися у чудовій кількості в літописі скам’янілостей. Ми перейшли до дарвінівських рас.
Доктор Крокфорд і його колеги зрозуміли, що вони можуть простежити зростання популяції клітин у часі, вимірявши мінеральні ізотопи та кількість кисню в старих породах. У результаті вони змогли оцінити загальну кількість життя, яке виникло на Землі з моменту її виникнення — приблизно 10^40 клітин, що приблизно в 10 мільярдів разів більше, ніж існує зараз.
Хоча це число звучить величезне, воно становить лише 10 відсотків усіх клітин, які з’являться до того моменту, коли життя на Землі опуститься через мільярд років. За словами астрономів, у міру старіння сонце стає яскравішим, посилюючи вивітрювання та вимивання вуглекислого газу. У той же час, коли надра Землі поступово охолоджуватимуться, вулканічна активність вщухне, припиняючи поповнення парникових газів.
У результаті, сказав доктор Крокфорд, «навряд чи біосфера Землі коли-небудь перевищить інтегровану в часі ~10^41 клітину протягом усього життєвого циклу планети».
Але наразі доктор Крокфорд та його колеги пишуть у своїй статті, «розширення сьогоднішніх відносно високих показників первинної продуктивності, ймовірно, скоротить більше життя». Чим більше клітин, тим більше разів вони реплікуються, виробляючи більше мутацій, пояснив доктор Крокфорд. На нас, мешканців біосфери Землі, чекають несподіванки на мільярд років.
Що стосується інших планет, сказав він, ми все ще маємо лише базову інформацію про їхні розміри та придатність для проживання та нашу уяву. Деякі з кандидатів, які, швидше за все, можуть містити позаземне життя, — це вкриті льодом океанські світи, які є супутниками Сатурна та Юпітера — як-от Європа, яку незабаром відвідає новий робот-дослідник — Europa Clipper.
Якщо в цих океанах і є життя, воно, ймовірно, примітивне, сказав доктор Крокфорд, оскільки цим холодним середовищам не вистачає енергії для еволюції.
«Однак, — сказав він, — тоді стає надзвичайно цікаво думати про те, як зміниться біосфера таких крижаних супутників, коли сонце стане яскравішим».