مدت زمان حیات در کره زمین چه مدت است؟

در دوردست‌ترین آینده، در حدود ۲ میلیارد سال دیگر، تمامی منابع بیوژئوشیمیایی که سبب پایداری شرایط زیستی روی سیاره زمین شده‌اند، از بین خواهند رفت و آن زمان زمین به مکان غیرقابل سکونت تبدیل می‌شود.

همه موجودات زنده از واحدهای سلولی تشکیل شده‌اند. با اینکه تعیین زمان دقیق پیدایش نخستین سلول‌های زنده کاری دشوار به نظر می‌رسد، اما براساس بهترین تخمین‌های زمین‌شناسان، ظهور این سلول‌ها به ۳.۸ میلیارد سال پیش برمی‌گردد. اما سوالی که ذهن را مشغول می‌کند این است که از زمان ایجاد نخستین سلول در کره زمین و آغاز حیات چه مدت سپری شده و سپیده‌دم حیات روی این سیاره تا چه زمانی ادامه خواهد داشت؟

یک مطالعه جدید که در مجله Current Biology منتشر شده است، به تحلیل این مسئله پرداخته است.

کربن در زمین

سالانه حدود ۲۰۰ میلیارد تن کربن از طریق فرآیندی که به نام تولید اولیه شناخته می‌شود، به جذب می‌رسد. در این فرآیند، کربن ارگانیک، همچون دی‌اکسید کربن در اتمسفر و بیکربنات موجود در اقیانوس‌ها برای تأمین انرژی و ساخت مولکول‌های ضروری برای زندگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در حال حاضر، عمده‌ترین عامل در این روند، فتوسنتز اکسیژنی است که مواد اصلی آن نور خورشید و آب به شمار می‌آیند. اما بررسی نرخ تولید اولیه در گذشته یک چالش جدی برای پژوهشگران بوده است. به جای استفاده از ماشین زمان، دانشمندان به سرنخ‌هایی که در سنگ‌های رسوبی باستانی باقی مانده‌اند، متکی هستند.

در خصوص تولید اولیه، ترکیب ایزوتوپی اکسیژن که به صورت سولفات در منابع نمکی باستانی وجود دارد، این امکان را به پژوهشگران می‌دهد که ارزیابی‌های دقیقی را انجام دهند.

در این تحقیق، محققان تخمین‌های قبلی تولید اولیه باستانی که از طریق این روش به دست آمده و همچنین دیگر تخمین‌ها را جمع‌آوری کردند و نتیجه این بود که آنها به یک آمار جالب دست یافتند: تولید اولیه حدود ۱۰۰ کوئینتیلیون (یا ۱۰۰ میلیارد میلیارد) تن کربن از آغاز حیات به شکل تولید اولیه بوده است.

این اعداد واقعاً حیرت‌انگیزند: ۱۰۰ کوئینتیلیون تن کربن تقریباً معادل ۱۰۰ برابر مقدار کربن موجود در کل کره زمین است، که این خود یک دستاورد فوق‌العاده در زمینه تولید اولیه به حساب می‌آید.

تولید اولیه

در حال حاضر، تولید اولیه کربن عمدتاً توسط گیاهان روی زمین و همچنین میکروارگانیسم‌های دریایی نظیر جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها انجام می‌شود؛ اما در گذشته، نسبت دخالت کنندگان در این فرآیند به طور چشمگیری متفاوت بود. با مروری بر تاریخ ابتدایی زمین درمی‌یابیم که تولید اولیه به وسیله گروه‌های متفاوتی از ارگانیزم‌ها انجام می‌شد که برای بقای خود به فتوسنتز اکسیژنی وابسته نبودند.

ترکیبی از تکنیک‌های مختلف به پژوهشگران این تصور را داده است که تولیدکنندگان اولیه کربن در دوران‌های پیشین زمین بیشترین فعالیت را از خود نشان می‌دادند. نمونه‌هایی از این تکنیک‌ها شامل شناسایی قدیمی‌ترین جنگل‌ها و استفاده از فسیل‌های مولکولی معروف به نشانگرهای زیستی است.

نتایج نشان داد که گیاهان زمینی در این زمینه سهم زیادی داشته‌اند؛ اما در عین حال، سیانوباکتری‌ها نیز به عنوان مهم‌ترین فرآیند تولید نسل‌های اولیه کربن شناخته می‌شوند.

کلیت زندگی

با شناخت این مسئله که تا کنون چه مقدار تولید اولیه انجام شده و تعیین اینکه کدام ارگانیزم‌ها در این فرآیند نقش داشته‌اند، پژوهشگران قادر به پیش‌بینی عمر حیات در کره زمین خواهند شد.

امروزه، شاید بتوان تعداد انسان‌های حاضر بر روی زمین را بر اساس میزان غذایی که مصرف می‌کنند پیش‌بینی کرد. هم‌چنین می‌توان نسبت تولید اولیه را به سلول‌های موجود در محیط امروزی نسبت داد.

با وجود تنوع بالای سلول‌ها در هر ارگانیزم و اندازه‌های مختلف آنها، چنین فاکتورهایی در مرتبه دوم قرار می‌گیرند؛ چرا که میکروب‌های تک سلولی در تعداد کل سلول‌های جهانی غالب هستند. در نهایت، این پژوهشگران موفق شدند تخمین بزنند که امروزه تقریباً ۱۰ به توان سی (ده نونینیلیون) سلول وجود دارد و تعداد کل سلول‌هایی که در کره زمین از ابتدا تا به امروز وجود داشته‌اند، بین ۱۰ به توان ۳۹ و ۱۰ به توان ۴۰ تخمین زده می‌شود.

آینده حیات در کره زمین

جز در صورت توانایی تغییر مدار زمین به دور یک ستاره جوان‌تر، طول عمر زیست‌کره زمین محدود خواهد بود. این واقعیت نتیجه چرخه زندگی ستارگان ماست. خورشید در طی ۴.۵ میلیارد سال گذشته به تدریج درخشان‌تر شده است، زیرا هیدروژن در هسته‌اش به هلیوم تبدیل می‌شود.

در آینده‌ای بسیار دور، نزدیک به ۲ میلیارد سال دیگر، تمامی منابع بیوژئوشیمیایی که زمین را برای حیات قابل سکونت نگه‌داشته‌اند، به انتهای عمر خود خواهند رسید؛ در ابتدا گیاهان زمینی از بین می‌روند و در نهایت، آب اقیانوس‌ها بخار می‌شود و زمین به سیاره‌ای سنگی و بی‌جان تبدیل خواهد شد، دقیقاً مانند آنچه که در آغاز بوده است.

اما تا آن زمان، زمین تا چه مدت همچنان می‌تواند میزبان حیات باشد و قابل سکونت بماند؟ با مدنظر قرار دادن شرایط کنونی و سطوح فعلی تولید اولیه، به نظر می‌رسد که زمین با ۱۰ به توان ۴۰ سلول اشغال خواهد شد.

زمین به‌عنوان یک سیاره فراخورشیدی

تا چند دهه گذشته، سیارات فراخورشیدی (آنهایی که به دور ستاره‌های خارج از سیستم خورشیدی می‌چرخند) تنها به عنوان یک فرضیه مطرح بودند، اما اکنون ما نه تنها توانسته‌ایم آنها را شناسایی کنیم، بلکه می‌توانیم ویژگی‌های آن‌ها را در هزاران جهاندور که در اطراف ستاره‌های دور قرار دارند، توصیف کنیم.

اما آیا زمین را می‌توان با این سیارات مقایسه کرد؟ در یک مطالعه جدید، زمین به عنوان معیاری برای مقایسه با دیگر سیارات در نظر گرفته شده است. نتایج این بررسی از این جهت جالب است که به ما نشان می‌دهد چه حوادثی در گذشته زمین ممکن بود رخ دهد تا مسیر کاملاً متفاوتی را طی کند و لذا شرایط متفاوتی از زندگی ایجاد شود که در نهایت زمین را به عنوان خانه‌اش می‌سازد. به عنوان مثال، اگر فتوسنتز اکسیژنی هرگز شکل نمی‌گرفت یا اگر اندوسیمبیوز هرگز روی نمی‌داد، چه اتفاقی می‌افتاد؟

پاسخ به این سؤالات در سال‌های آینده قطعاً به دست خواهد آمد.

منبع: phys