La Terra è stata la casa di innumerevoli forme di vita sin dai primi albori della sua esistenza. Ma quanta vita ha effettivamente popolato il nostro pianeta da quando è apparsa la prima cellula? E quanta vita ospiterà la Terra nel corso della sua intera esistenza? Queste sono le domande che hanno guidato la nostra recente ricerca, pubblicata su Current Biology, condotta insieme ai colleghi dell’Istituto Weizmann di Scienza e del Smith College.
Il ciclo del carbonio e la fotosintesi
Ogni anno, circa 200 miliardi di tonnellate di carbonio vengono assorbiti attraverso il processo noto come produzione primaria. Durante questo processo, il carbonio inorganico, come l’anidride carbonica nell’atmosfera e il bicarbonato negli oceani, viene utilizzato per produrre energia e costruire le molecole organiche necessarie alla vita. Oggi, il contributo più significativo a questo sforzo è dato dalla fotosintesi ossigenica, che sfrutta la luce solare e l’acqua come ingredienti chiave.
Stimare la produzione primaria del passato
Decifrare i tassi passati di produzione primaria è stata una sfida ardua. In assenza di una macchina del tempo, scienziati come me si affidano a indizi lasciati nelle antiche rocce sedimentarie per ricostruire gli ambienti del passato. Nel caso della produzione primaria, la composizione isotopica dell’ossigeno sotto forma di solfato nei depositi salini antichi permette di fare stime. La nostra ricerca ha raccolto tutte le stime precedenti di produzione primaria antica, ottenendo come risultato che circa 100 quintilioni (o 100 miliardi di miliardi) di tonnellate di carbonio sono passate attraverso la produzione primaria dall’origine della vita.
Contributi alla produzione primaria
Oggi la produzione primaria è principalmente realizzata da piante terrestri e micro-organismi marini come alghe e cianobatteri. Nel passato, la proporzione di questi contribuenti principali era molto diversa; nelle prime fasi della storia della Terra, la produzione primaria era condotta principalmente da un gruppo completamente diverso di organismi che non dipendevano dalla fotosintesi ossigenica per sopravvivere. Abbiamo utilizzato queste informazioni per esplorare quali organismi hanno contribuito di più alla produzione primaria storica della Terra, scoprendo che, nonostante siano arrivati più tardi sulla scena, le piante terrestri hanno probabilmente contribuito di più, anche se è plausibile che i cianobatteri abbiano avuto il ruolo principale.
Stimare la quantità di vita esistita
Determinando quanta produzione primaria è mai avvenuta e identificando gli organismi responsabili, siamo stati in grado di stimare quanta vita è mai esistita sulla Terra. Oggi, si potrebbe approssimare quante persone esistono in base a quanto cibo viene consumato. Allo stesso modo, abbiamo calibrato un rapporto tra produzione primaria e numero di cellule esistenti 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 microbi unicellulari dominano le popolazioni globali di cellule. Alla fine, abbiamo stimato che esistono circa 10^30 (10 noninillioni) cellule oggi, e che tra 10^39 (un duodecillion) e 10^40 cellule sono mai esistite sulla Terra.
Ma quanta vita ospiterà la Terra nel corso della sua intera esistenza abitabile? Proiettando in avanti i nostri attuali livelli di produzione primaria, abbiamo stimato che circa 10^40 cellule occuperanno la Terra.
La Terra come un esopianeta
Solo pochi decenni 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 studio, abbiamo adottato una visione dall’alto della vita sulla Terra e abbiamo proposto il nostro pianeta come punto di riferimento per confrontare altri pianeti.
Quello che trovo veramente interessante, tuttavia, è cosa 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 la Terra casa. Ad esempio, cosa sarebbe successo se la fotosintesi ossigenica non avesse mai preso piede, o se l’endosimbiosi non fosse mai avvenuta? Rispondere a tali domande è ciò che guiderà il mio laboratorio all’Università Carleton nei prossimi anni.
