La vita sulla Terra: dalla prima cellula al futuro del pianeta

La vita sulla Terra: dalla prima cellula al futuro del pianeta
(Avigator Fortuner/Shutterstock.com)

Tutti gli organismi sono composti da cellule viventi. Sebbene sia difficile individuare esattamente quando sono comparse le prime cellule, le migliori stime dei geologi suggeriscono almeno 3,8 miliardi di anni fa. Ma quanto vita ha abitato questo pianeta dalla prima cellula sulla Terra? E quanta vita esisterà mai sulla Terra?

Nel nostro nuovo studio, pubblicato su Current Biology, i miei colleghi dell’Istituto Weizmann di Scienze e del Smith College e io abbiamo preso di mira queste grandi domande.

Carbonio sulla Terra

Ogni anno, circa 200 miliardi di tonnellate di carbonio vengono assorbite attraverso ciò che è noto come produzione primaria. Durante la produzione primaria, il carbonio inorganico, come il biossido di carbonio nell’atmosfera e il bicarbonato nell’oceano, viene utilizzato per l’energia e per costruire le molecole organiche necessarie alla vita.

Oggi, il contributore più notevole a questo sforzo è la fotosintesi ossigenica, in cui la luce solare e l’acqua sono ingredienti chiave. Tuttavia, decifrare i tassi passati di produzione primaria è stata una sfida difficile. In mancanza di una macchina del tempo, scienziati come me si affidano a indizi lasciati nelle antiche rocce sedimentarie per ricostruire gli ambienti passati.

Nel caso della produzione primaria, la composizione isotopica dell’ossigeno sotto forma di solfato nei depositi di sale antichi consente di effettuare tali stime.

Nel nostro studio, abbiamo compilato tutte le stime precedenti di produzione primaria antica derivate dal metodo sopra descritto, così come molte altre. Il risultato di questo censimento della produttività è stato che siamo stati in grado di stimare che 100 quintilioni (o 100 miliardi di miliardi) di tonnellate di carbonio sono passate attraverso la produzione primaria dall’origine della vita.

Grandi numeri come questo sono difficili da immaginare; 100 quintilioni di tonnellate di carbonio corrispondono a circa 100 volte la quantità di carbonio contenuta all’interno della Terra, un risultato piuttosto impressionante per i produttori primari della Terra.

Produzione primaria

Oggi, la produzione primaria è principalmente realizzata dalle piante sulla terraferma e dai microorganismi marini come le alghe e le cianobatterie. Nel passato, la proporzione di questi principali contributori era molto diversa; nel caso della storia più antica della Terra, la produzione primaria era principalmente condotta da un gruppo completamente diverso di organismi che non dipendevano dalla fotosintesi ossigenica per sopravvivere.

Una combinazione di diverse tecniche è stata in grado di dare un’idea di quando diversi produttori primari fossero più attivi nel passato della Terra. Esempi di tali tecniche includono l’identificazione delle foreste più antiche o l’uso di fossili molecolari chiamati biomarcatori.

Nel nostro studio, abbiamo utilizzato queste informazioni per esplorare quali organismi hanno contribuito di più alla produzione primaria storica della Terra. Abbiamo scoperto che nonostante siano arrivati tardi sulla scena, le piante terrestri hanno probabilmente contribuito di più. Tuttavia, è anche molto plausibile che le cianobatterie abbiano contribuito di più.

Vita totale

Determinando quanta produzione primaria si è verificata e identificando quali organismi ne sono stati responsabili, siamo stati anche in grado di stimare quanta vita è mai esistita sulla Terra.

Oggi, si può approssimare quanti esseri umani esistono in base a quanto cibo viene consumato. Allo stesso modo, siamo stati in grado di calibrare un rapporto tra produzione primaria e quante cellule esistono nell’ambiente moderno.

Nonostante la grande variabilità nel numero di cellule per organismo e nelle dimensioni delle diverse cellule, tali complicazioni diventano secondarie poiché i microrganismi unicellulari dominano le popolazioni cellulari globali. Alla fine, siamo stati in grado di stimare che circa 10^30 (10 noninilioni) di cellule esistono oggi e che tra 10^39 (un duodecillione) e 10^40 cellule hanno mai esistito sulla Terra.

Quanta vita avrà mai la Terra?

A meno di poter spostare la Terra nell’orbita di una stella più giovane, la durata della biosfera terrestre è limitata. Questo fatto triste è una conseguenza del ciclo di vita delle nostre stelle. Sin dalla sua nascita, il sole si è lentamente fatto più luminoso negli ultimi quattro miliardi e mezzo di anni, poiché l’idrogeno è stato convertito in elio nel suo nucleo.

In un futuro lontano, circa due miliardi di anni da ora, tutti i meccanismi biogeochimici che mantengono la Terra abitabile supereranno i loro limiti. Prima, le piante terrestri moriranno e poi alla fine gli oceani bolliranno e la Terra tornerà ad essere un pianeta roccioso in gran parte privo di vita come lo era nella sua infanzia.

Ma fino ad allora, quanta vita ospiterà mai la Terra durante l’intera sua vita abitabile? Proiettando i nostri attuali livelli di produttività primaria in avanti, abbiamo stimato che circa 10^40 cellule occuperanno mai la Terra.

Terra come esopianeta

Solo poche decadi fa, gli esopianeti (pianeti che orbitano attorno ad altre stelle) erano solo un’ipotesi. Ora siamo in grado non solo di rilevarli, ma anche di descrivere molti aspetti di migliaia di mondi lontani attorno a stelle distanti.

Ma come si confronta la Terra con questi corpi celesti? Nel nostro nuovo studio, abbiamo preso una visione d’insieme della vita sulla Terra e abbiamo proposto la Terra come punto di riferimento per confrontare altri pianeti.

Ciò che trovo veramente interessante, tuttavia, è ciò che potrebbe essere accaduto nel passato della Terra per produrre una traiettoria radicalmente diversa e quindi una quantità radicalmente diversa di vita che è stata in grado di chiamare casa la Terra. Ad esempio, cosa sarebbe successo se la fotosintesi ossigenica non si fosse mai diffusa, o cosa sarebbe successo se l’endosimbiosi non fosse mai avvenuta?

Le risposte a tali domande saranno ciò che guiderà il mio laboratorio presso l’Università di Carleton nei prossimi anni.

Peter Crockford, Professore Assistente, Scienze della Terra, Università di Carleton

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.

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