地球上总共出现过多少生命？

从细菌到蓝鲸，从藻类到大树，所有生物都是由活细胞构成的。虽然很难准确地指出第一批细胞究竟是何时出现在地球上的，但据科学家估计，这个时间至少可以追溯到38亿年前。那么，自第一批细胞出现在地球以来，有多少生命曾在这颗星球上居住过呢？又有多少生命还存在于地球上呢？

在一项发表在《当代生物学》上的研究中，研究人员将目光瞄准了这些大问题。他们计算出，地球上所有曾经存活过的细胞数量，在10³⁹个到10⁴⁰个之间。

初级生产

这一计算的关键是一个被称为初级生产力的概念，它是驱动生物地球化学循环的关键变量，贯穿了整个地球的历史。

初级生产力指的是将无机碳（如大气中的二氧化碳和海洋中的碳酸氢盐）转化为生命所需的碳基化合物的能力。每年，大约2000亿吨的碳会通过初级生产被吸收，对这一过程最显著的贡献是生氧光合作用，阳光和水是其中的关键成分。

但了解过去的初级生产，却是一项极具挑战性的任务，科学家没有时间机器，只能依靠遗留在古老沉积岩中的线索来重建过去。以初级生产来说，科学家可以通过计算古代盐矿中以硫酸盐形式存在的氧同位素，来完成这样的估算。

在新的研究中，研究人员将现有的海洋、土壤和地下微生物的数量与大型生物体的细胞数量相结合，开始了他们的梳理和盘点工作。他们计算出了今天存活的细胞数量为10³⁰个，这个数字超过了地球上的沙粒数量的万亿倍，甚至是宇宙中所有恒星的百万倍。

从开始到现在

现在的初级生产主要是由陆地上的植物和海洋微生物（如藻类和蓝藻）实现的。但在地球的最早历史上，初级生产主要是由一群完全不同的生物实现的，这些生物无需依赖于生氧光合作用来维持生命。

具体来说，最早的光合作用者——蓝藻，是在34亿到25亿年前进化而来；在8亿到6.5亿年前的某个时候，它们的初级生产力被藻类超越了；当陆地植物在4.5亿到3.5亿年前进化时，它们的初级生产力又大大超过了藻类。

在新的研究中，为了了解初级生产力在地球的地质历史上是如何变化的，研究人员梳理了大量科学文献，汇编了通过所有不同方法计算了过去的初级生产，以及了解了造成这些初级生产的生物为何，最终得出结论：自生命诞生以来，通过初级生产的碳量达到了1千亿亿吨。

这是一个大到瞠目结舌的数字，1千亿亿吨碳大约是地球碳含量的100倍。换算成细胞个数，这意味着大约有10³⁹个到10⁴⁰个细胞存在过。

地球上还会有多少生命？

太阳自诞生以来，在过去的45亿年里它正在逐渐变亮，这个过程会逐渐降低空气中的二氧化碳含量。根据研究人员的推测，大约10亿年后，二氧化碳水平将降至极低水平，光合作用将受到影响，植物会死亡，海洋温度将大幅上升，那里的初级生产者也将无法生存。此后不久，地球的生物量将急剧下降，导致我们所知道的一切生命将逐渐停止。

大约20亿年后，所有维持地球宜居的生物地球化学都将被推到极限。陆地上的植物会尽数死亡，最终海洋沸腾，地球将重新变回成一个基本上没有生命的岩石行星，就像它在婴儿期一样。

但在那之前，地球在整个宜居期间可以有多少生命呢？按照研究人员目前基于初级生产的推算，10⁴⁰是一个逼近极限的数字。他们的计算结果表明，地球很可能没有足够资源来支持超过10⁴¹个细胞。

地球是系外行星

就在几十年前，系外行星（围绕其他恒星运行的行星）还只是一个假设。现在，科学家不仅能够探测到它们，还能够获取它们的许多信息。在新的研究中，研究人员对地球生命进行了“清点”，并提出可以将地球作为与其他行星进行比较的基准。

现在，研究人员还将继续探索与地球生命的命运有关的问题。如果地球在过去经历了别的过程，例如，假如生氧光合作用从未发生过，或者假如内共生从未发生过会，那么，我们的地球是否会成为截然不同的样子？地球上是否会进而产生截然不同的数量的生命？对于这些问题，研究人员计划将在未来几年继续探寻它们的答案。

#创作团队：

编译：糖兽

排版：雯雯

#参考来源：

https://theconversation.com/how-much-life-has-ever-existed-on-earth-215765

https://www.science.org/content/article/new-calculations-say-there-are-more-living-cells-grains-sand-or-stars-sky

https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.09.040

#图片来源：

封面图&首图：NASA