Это гигантское число получено в результате анализа данных о фотосинтезе и других способах преобразования углекислого газа в органические вещества.
Количество клеток в живых организмах - от бактерий до голубых китов - в триллион раз превышает количество песчинок на Земле. Оно в 1 млн. раз больше, чем все звезды во Вселенной. А количество клеток, когда-либо живших на Земле, еще на 10 порядков больше, согласно новым оценкам исследователей, опубликованным на прошлой неделе в журнале Current Biology. Эти расчеты - не просто упражнение, они также могут помочь ученым лучше понять плодовитость нашей планеты и предсказать, как живые организмы могут использовать углерод в будущем.
"Эти усилия совершенно необходимы, - считает Роб Филлипс, биофизик из Калифорнийского технологического института, который не принимал участия в этой работе, но сотрудничал с некоторыми ее авторами. Количественное определение таких исходных данных имеет решающее значение для того, чтобы ученые могли задавать содержательные вопросы. "Простое подсчитывание и измерение вещей - это различие между возможностью заниматься наукой и ее отсутствием".
Питер Крокфорд, геолог из Карлтонского университета, и его коллеги начали инвентаризацию с объединения существующих оценок количества микробов, обитающих в океане, почве и недрах Земли, с количеством клеток в более крупных организмах. В результате было получено число клеток, живущих сегодня. Это число - впечатляющие 1030 клеток, большинство из которых составляют цианобактерии, - стало отправной точкой для расчета общего количества клеток, когда-либо живших на Земле.
Ключевым моментом в этом расчете была первичная продуктивность - превращение углекислого газа (CO2) в углеродные соединения, которые служат основой для всего живого. Эти соединения - например, сахара и крахмалы - перемещаются вверх по пищевой цепи: растения и фотосинтезирующие микробы поедаются другими организмами, которые, в свою очередь, поедаются еще более крупными организмами. Все они погибают, а затем потребляются и расщепляются насекомыми и микробами. Эти потребители, дыша и умирая, возвращают CO2 в атмосферу, завершая круговорот углерода.
Чтобы понять, как менялась первичная продуктивность на протяжении геологической истории Земли, Крокфорд и его коллеги проанализировали научную литературу на предмет оценок количества и типов фотосинтезирующих организмов в разные периоды времени и количества производимой ими "пищи". Зная первичную продуктивность современных клеток, исследователи смогли отмотать время назад и рассчитать, сколько клеток потребовалось бы для поддержания уровня продуктивности в прошлом. При этом расчеты корректировались с учетом таких факторов, как время эволюции различных форм жизни и ледниковые периоды, снижавшие активность этих организмов.
Первыми фотосинтезаторами были микробы, называемые цианобактериями, которые появились примерно 3,4-2,5 млрд. лет назад. По словам Крокфорда, где-то между 800 и 650 млн. лет назад их продуктивность превзошли водоросли. А когда 450-350 млн. лет назад развились наземные растения, их продуктивность резко превысила продуктивность водорослей.
Если сложить все вычисления вместе, то получается, что за всю историю человечества жило от 1039 до 1040 клеток. В совокупности эти фотосинтезаторы проделали цикл переработки всего углерода Земли около 100 раз. Расчеты исследователей показывают, что эти цифры приближаются к своему верхнему пределу. По их мнению, у Земли просто не хватит ресурсов для поддержания более 1041 клеток.
Эти цифры кажутся "разумными и реалистичными", - считает Алессио Коллалти, эколог из Института сельскохозяйственных и лесных систем Средиземноморья Национального исследовательского совета Италии. По его словам, статья "похожа на фильм о жизни на Земле и о том, как она развивалась с самого начала". Однако Дональд Кэнфилд, геобиолог из Университета Южной Дании, предупреждает, что "эти оценки становятся гораздо более неопределенными по мере углубления в прошлое".
Крокфорд и его коллеги также заглянули в будущее. По мере старения Солнца оно будет становиться ярче, вызывая геологические процессы, которые постепенно приведут к снижению содержания CO2 в воздухе. Примерно через 1 млрд. лет, согласно сценарию авторов, уровень CO2 упадет настолько, что фотосинтез остановится. Растения погибнут. Температура океана повысится настолько, что первичные производители также не смогут выжить. Вскоре после этого биомасса Земли резко упадет, и жизнь, какой мы ее знаем, остановится.
"Я надеюсь, что они ошибаются", - говорит Джеффри Камерон, биохимик из Университета Колорадо в Боулдере. Но даже в этом случае "проводить такие расчеты и обсуждать их - отличное упражнение для ума".
