عمر زندگی روی کره زمین چقدر است؟

غزال زیاری: تمام موجودات زنده از سلول‌های زنده ساخته شده‌اند. در شرایطی که تعیین دقیق زمان پیدایش اولین سلول‌های زنده کار سختی است، اما بهترین تخمین‌های زمین‌شناسان، این زمان را ۳.۸ میلیارد سال پیش نشان می‌دهد. اما سوالی که مطرح است این است که از زمان پیدایش اولین سلول روی کره زمین وشروع حیات چه مدت زمانی سپری شده و چقدر زندگی روی زمین وجود خواهد داشت؟

در مطالعه جدیدی که در مجله Current Biology منتشر شده، به این موضوع پرداخته شده است.

کربن روی زمین

هر سال حدود ۲۰۰ میلیارد تن کربن از طریق آنچه تولید اولیه شناخته می‌شود، جذب می‌شوند. در جریان تولید اولیه، کربن ارگانیک مثل دی‌اکسید کربن در جو و بیکربنات موجود در اقیانوس‌ها برای انرژی و ساخت مولکول‌های آلی مورد نیاز زندگی استفاده می‌شوند.

امروزه، مهمترین عامل در این تلاش، فتوسنتز اکسیژنی است که مواد اصلی آن، نور خورشید و آب هستند. با این وجود، رمزگشایی نرخ گذشته تولید اولیه این ماده یک اقدام چالش برانگیز بوده است. به جای ماشین زمان، دانشمندان برای بازسازی محیط‌های گذشته، به سرنخ‌های باقی‌مانده در سنگ‌های رسوبی باستانی اتکا می‌کنند.

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

در مطالعه انجام شده، محققان تخمین‌های قبلی تولید اولیه باستانی را که از طریق روش بالا به دست آمده بود و همچنین تخمین‌های دیگر را گردآوری کردند و نتیجه این بررسی بهره‌وری این بود که آنها توانستند به آمار جالب توجهی دست بیابند: تولید اولیه ۱۰۰ کوئینتیلیون ( یا ۱۰۰ میلیارد میلیارد) تن کربن از زمان پیدایش حیات به شکل تولید اولیه.

چنین اعدادی حیرت‌انگیز هستند: ۱۰۰ کوئینتیلیون تن کربن، حدود ۱۰۰ برابر مقدار کربن موجود در کره زمین است که برای تولید اولیه، یک شاهکار حیرت‌آور به شمار می‌رود.

تولید اولیه

امروزه، تولید اولیه کربن بیشتر توسط گیاهان روی کره زمین و همچنین میکروارگانیزم‌های دریایی مثل جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها انجام می‌شود؛ اما در گذشته نسبت مشارکت‌کنندگان در این تولید بسیار متفاوت بود. با بررسی تاریخ ابتدایی کره زمین متوجه می‌شویم که تولید اولیه بیشتر توسط گروه کاملا متفاوتی از ارگانیزم‌ها انجام می‌شد که برای زنده ماندن به فتوسنتز اکسیژنی متکی نبودند.

ترکیبی از تکنیک‌های مختلف این حس را ایجاد کرد که تولیدکنندگان اولیه کربن در گذشته زمین بیشترین فعالیت را داشتند. نمونه‌هایی از این تکنیک‌ها شامل شناسایی قدیمی‌ترین جنگل‌ها یا استفاده از فسیل‌های مولکولی به نام نشانگرهای زیستی است.

در مطالعه انجام شده، محققان از این اطلاعات برای کشف اینکه چه ارگانیزم‌هایی بیشترین سهم را در تولید اولیه تاریخی کره زمین داشته‌اند، بهره بردند. آنها دریافتند که گیاهان زمینی بیشترین نقش را در این زمینه ایفا کرده‌اند؛ با این وجود هنوز قابل قبول است که گفته شود که سیانوباکتری‌ها بیشترین سهم را داشته‌اند.

کلیت زندگی

با تعیین این موضوع که تا به حال چقدر تولید اولیه انجام شده و با شناسایی اینکه چه ارگانیزم‌هایی دراین راستا نقش داشته‌اند، دانشمندان می‌توانند پیش‌بینی کنند که عمر حیات در کره زمین چقدر است.

امروزه، شاید بتوان تعداد انسان‌های روی کره زمین را برپایه میزان غذای مصرف شده پیش‌بینی کرد. در عین حال می‌توان نسبت تولید اولیه را به سلول‌های موجود در محیط مدرن سنجید.

با وجود تنوع زیاد در تعداد سلول‌ها در هر ارگانیزم و سایز سلول‌های مختلف، چنین عوارضی در جایگاه دوم قرار می‌گیرند؛ چرا که میکروب‌های تک سلولی بر جمعیت سلول‌های جهانی تسلط دارند. در نهایت محققان توانستند تخمین بزنند که امروزه حدود ۱۰ به توان سی (ده نونینیلیون) سلول وجود دارد و بین ۱۰ به توان ۳۹ و ۱۰ به توان ۴۰ سلول تا به امروز درکره زمین وجود داشته‌اند.

زندگی تا چه زمانی در کره زمین وجود خواهد داشت؟

جدای از توانایی جابجا کردن زمین به مدار یک ستاره جوان‌تر، طول عمر زیست کره زمین محدود است. این واقعیت، نتیجه چرخه زندگی ستاره‌های ماست. خورشید از زمان تولدش در چهار و نیم میلیارد سال گذشته تدریجا درخشان‌تر شده؛ چرا که هیدروژن در هسته خورشید به هلیوم تبدیل می‌شود.

در آینده بسیار دور و حدود ۲ میلیارد سال دیگر، تمام ذخایر بیوژئوشیمیایی که زمین را قابل سکونت نگاه داشته‌اند، از محدودیت‌هایشان عبور خواهند کرد؛ در ابتدا گیاهان زمینی از بین خواهند رفت و در نهایت آب اقیانوس‌ها تبخیر شده و زمین تبدیل به سیاره‌ای سنگی و بی‌جان خواهد شد. همانطور که در ابتدا آن‌گونه بود.

ولی تا آن زمان، زمین تا چه زمانی حیات خواهد داشت و قابل سکونت خواهد بود؟ با پیش‌بینی شرایط فعلی و سطوح فعلی بهره‌وری اولیه، به نظر می‌رسد که ۱۰ به توان ۴۰ سلول زمین را اشغال خواهند کرد.

زمین به‌عنوان یک سیاره فراخورشیدی

تا چند دهه پیش، سیارات فراخورشیدی (سیاراتی که در مدار ستاره‌های دیگر حرکت می‌کنند)، تنها در حد یک فرضیه مطرح بودند ولی الان ما نه تنها قادر به شناسایی آنها هستیم بلکه می‌توانیم بسیاری از جنبه‌های هزاران جهان دور را در اطراف ستاره‌های دوردست توصیف کنیم.

اما آیا زمین قابل مقایسه با این سیارات فراخورشیدی است؟ در بررسی جدیدی که انجام شده، زمین به‌عنوان معیاری برای مقایسه با سیارات دیگر در نظر گرفته شده است. نتایج این بررسی از این نظر جالب توجه است که ببینیم که در گذشته زمین چه اتفاقی می‌توانسته رخ دهد تا زمین یک مسیر کاملا متفاوت را طی کند و بنابراین شرایط کاملا متفاوتی از زندگی چگونه ایجاد شده تا زمین خانه نامیده شود. مثلا اگر فتوسنتز اکسیژنی هرگز انجام نمی‌شد و یا اگر اندوسیمبیوز هرگز اتفاق نمی‌افتاد، چه می‌شد؟

پاسخ این سوالات تا سال‌های آتی قطعا به دست خواهد آمد.