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

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».