Новые расчеты показывают, что живых клеток больше, чем песчинок или звезд на небе

Фото из открытых источников
От бактерий до синих китов, количество клеток живых существ превышает предполагаемое количество песчинок на Земле в триллион раз. Она в миллион раз больше, чем все звезды во Вселенной. Согласно новым оценкам, опубликованным в журнале Current Biology, число когда-либо живших клеток еще на 10 порядков больше. Эти расчеты — не просто упражнение в превосходной степени. Они также могут помочь ученым лучше понять плодовитость нашей планеты и предсказать, как формы жизни могут использовать углерод в будущем. 
 
Питер Крокфорд, геолог из Карлтонского университета, и его коллеги начали свою инвентаризацию с объединения существующих оценок количества микробов, которые в настоящее время находятся в океане, почве и недрах Земли, с количеством клеток в более крупных организмах. Результатом было количество клеток, живущих сегодня. Это число — ошеломляющие 10 ³⁰ клеток, большинство из которых представляют собой цианобактерии — стало отправной точкой для расчета общего числа когда-либо живших клеток.
 
Ключом к этим расчетам была первичная продуктивность, преобразование углекислого газа (CO ₂) в соединения на основе углерода, которые питают всю жизнь. Эти соединения — например, сахара и крахмалы — продвигаются вверх по пищевой цепи: растения и фотосинтезирующие микробы поедаются другими организмами, которые, в свою очередь, поедаются еще более крупными организмами. Все они умирают, потребляются и разлагаются насекомыми и микробами. Эти потребители возвращают CO ₂ в атмосферу, когда они дышат и умирают, завершая углеродный цикл.  
 
Чтобы понять, как первичная продуктивность менялась на протяжении геологической истории Земли, Крокфорд и его коллеги изучили научную литературу в поисках оценок количества и типов фотосинтезирующих организмов в разные моменты времени и количества «пищи», которую они производили. Зная первичную продуктивность современных клеток, исследователи смогли повернуть время вспять и подсчитать, сколько клеток потребовалось бы для поддержания прошлого уровня продуктивности. Они скорректировали расчеты, основываясь на таких факторах, как время эволюции различных форм жизни и то, как ледниковые периоды ослабили активность этих организмов.  
 
Первыми фотосинтезаторами были микробы, называемые цианобактериями, которые появились где-то между 3,4 и 2,5 миллиардами лет назад. По словам Крокфорда, где-то между 800 и 650 миллионами лет назад их продуктивность была превзойдена водорослями. А когда 450–350 миллионов лет назад появились наземные растения, их продуктивность превысила продуктивность водорослей.
 
Если суммировать все математические расчеты, то когда-либо существовало где-то от 10 ³⁹ до 10 ⁴⁰ клеток. Вместе эти фотосинтезаторы прошли через весь углерод Земли примерно 100 раз. И расчеты исследователей показывают, что эти цифры приближаются к верхнему пределу. По их словам, у Земли просто нет ресурсов для поддержания более 10 ⁴¹ клеток. 
 
Крокфорд и его коллеги также переносят свои оценки в будущее. По мере старения Солнца оно будет становиться ярче, вызывая геологические процессы, которые постепенно уменьшат количество CO ₂ в воздухе. Примерно через 1 миллиард лет, по сценарию авторов, уровень CO ₂ упадет настолько низко, что фотосинтез прекратится. Растения погибнут. Температура океана повысится настолько, что первичные производители там тоже не выживут. Вскоре после этого биомасса Земли резко упадет, и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, остановится.
 
«Надеюсь, они ошибаются», — говорит Джеффри Кэмерон, биохимик из Университета Колорадо в Боулдере. Тем не менее, «провести эти расчеты и обсудить их — отличное упражнение для размышления».