تا پایان عمر مفید زمین چه تعداد زندگی روی آن وجود خواهد داشت؟

همه موجودات از سلول های زنده ساخته شده‌اند. در حالی که تعیین دقیق زمان پیدایش نخستین سلول‌ها دشوار است، بهترین تخمین‌های زمین‌شناسان حداقل ۳.۸ میلیارد سال پیش را نشان می‌دهد. اما از زمان پیدایش نخستین سلول، زمین بستر چه میزان حیات بوده و تا پایان حیات در زمین، چه میزان زندگی روی آن شکل خواهد گرفت؟

در مقاله‌ای که توسط  پیتر کراک‌فورد و همکارانش نگاشته و در اکتبر گذشته در کرنت بیولوژی (Current Biology) منتشر شده، به این سوال‌ها پاسخ گفته شده است.

کربن روی زمین
هر سال حدود ۲۰۰ میلیارد تن کربن از طریق آن چه به عنوان تولید اولیه (Primary production) شناخته می‌شود، جذب می‌شود. در طول تولید اولیه، کربن غیر آلی مانند دی اکسید کربن موجود در جو و بی‌کربنات موجود در اقیانوس، برای تامین انرژی و ساخت مولکول‌های آلیِ مورد نیازِ زندگی استفاده می‌شود. امروزه، این فرآیند از طریق فتوسنتز رخ می‌دهد. 

اما رمزگشایی از مجموع میزان تولید اولیهٔ رخ داده در گذشته کار چالش‌برانگیزی بوده است. به جای ماشین زمان، دانشمندان عموما به سرنخ‌های باقی مانده در سنگ‌های رسوبی باستانی تکیه می‌کنند.

در مورد تولید اولیه، ترکیب ایزوتوپی اکسیژن به شکل سولفات در ذخایر نمک باستانی امکان انجام چنین تخمین‌هایی را فراهم می‌کند.

پیتر کراک‌فورد و همکارانش در مطالعه خود، تمامی تخمین‌های قبلی تولید اولیه باستانی را که از طریق روش بالا به دست آمده بود را گردآوری کرده‌اند. بر این اساس، آنها تخمین زدند که ۱۰۰ کوئینتیلیون (یا ۱۰۰ میلیارد میلیارد) تن کربن از زمان پیدایش حیات روی زمین از طریق تولید اولیه خلق شده است، رقمی که تقریبا ۱۰۰ برابر مقدار کربن موجود در زمین است.

تولید اولیه
امروزه تولید اولیه عمدتا توسط گیاهان در خشکی و میکروارگانیسم‌های دریایی مانند جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها انجام می‌شود. اما در گذشته تولید اولیه عمدتا توسط گروه کاملا متفاوتی از موجودات انجام می‌شد که برای زنده ماندن به فتوسنتز اکسیژنی متکی نیستند.

ترکیبی از تکنیک‌های مختلف توانسته است این فرضیه را مطرح کند که تولیدکنندگان اولیهٔ مختلف در گذشتهٔ زمین بیشترین فعالیت را داشتند. نمونه‌هایی از این تکنیک‌ها شامل شناسایی قدیمی‌ترین جنگل‌ها یا استفاده از فسیل‌های مولکولی به نام نشانگرهای زیستی است.

پیتر کراک‌فورد و همکارانش در مطالعه خود، از نتایج این تکنیک‌ها برای کشف این که چه ارگانیسم‌هایی بیشترین سهم را در تولید اولیه تاریخی زمین داشته‌اند، استفاده کرده‌اند. آنها به این نتیجه رسیده‌اند که با وجود این که گیاهان با تاخیر روی زمین ظاهر شده‌اند ولی احتمالا بیشترین سهم را در تولید اولیه داشته‌اند. با این حال، این فرضیه هم پررنگ‌تر شد که سیانوباکتری‌ها بیشترین سهم را داشته باشند.

کل حیات
آنها با تعیین مجموع تولید اولیه تا کنون، و نیز با شناسایی این که چه ارگانیسم‌هایی عامل اصلی آن بوده‌اند، توانستند تخمین بزنندکه تا کنون چه میزان حیات روی زمین وجود داشته است.

مطابق تخمین آنها امروزه حدود ۱۰ به توانِ ۳۰ (۱۰ نانیلیون) سلول وجود دارد و بین ۱۰ به توانِ ۳۹ (دودسیلیون) تا ۱۰ به توان ۴۰ سلول تاکنون روی زمین وجود داشته است.

آینده حیات
مطالعه پیتر کراک‌فورد و همکارانش همچنین نشان داد که در آینده بسیار دور، حدود دو میلیارد سال دیگر، تمام موجودی بیوژئوشیمیایی که زمین را قابل سکونت نگه می‌دارند، رو به پایان خواهند بود. 

ابتدا گیاهانِ خشکی می‌میرند و سپس در نهایت اقیانوس‌ها می‌جوشند و زمین به سیاره سنگی عمدتا بی جان بدل می‌شود، همان طور که در مراحل اولیه خلقت بود.

اما تا آن زمان، تخمین زده شده که حدود ۱۰ به توان ۴۰ سلول زمین را اشغال خواهند کرد.