Representación artística ¿Cuánta vida tendrá alguna vez la Tierra?. Crédito de la imagen: Pxhere
Cada organismo está hecho de células vivas. Aunque es difícil determinar cuándo exactamente surgieron las primeras células, los geólogos han dado las mejores estimaciones, hace al menos 3.800 millones de años. Sin embargo, ¿qué cantidad de vida ha existido en este planeta desde que se formó la primera célula en la Tierra? ¿Cuál será la cantidad de vida que existirá en el planeta Tierra en algún momento?
Científicos del Instituto Weizmann de Ciencias y del Smith College abordamos estas preguntas importantes en un reciente estudio publicado en Current Biology.
El carbono presente en la Tierra
La producción primaria absorbe alrededor de 200 mil millones de toneladas de carbono anualmente. El carbono inorgánico (como el dióxido de carbono en la atmósfera y el bicarbonato en el océano) se utiliza durante la producción primaria para generar energía y crear las moléculas orgánicas necesarias para la vida.
En biología se conoce como producción primaria a la producción de materia orgánica que realizan los organismos autótrofos a través de los procesos de fotosíntesis o quimiosíntesis. La producción primaria es el punto de partida de la circulación de energía y nutrientes a través de las cadenas tróficas.
La expresión se refiere a la producción de materia orgánica a partir de materia inorgánica, tal como la realizan los organismos autótrofos.
Un organismo autótrofo produce compuestos orgánicos complejos (como carbohidratos, grasas y proteínas) utilizando carbono de sustancias simples como dióxido de carbono, generalmente mediante fotosíntesis (energía de la luz) o quimiosíntesis (reacciones químicas inorgánicas).
La fotosíntesis oxigénica, donde la luz solar y el agua son esenciales, es hoy en día el principal contribuyente a este esfuerzo. Sin embargo, ha sido difícil descifrar las tasas de producción primaria anteriores. En lugar de depender de una máquina del tiempo, los científicos buscan pistas en rocas sedimentarias antiguas para reconstruir entornos antiguos.
La composición isotópica del oxígeno en forma de sulfato en los depósitos de sal antiguos permite realizar tales estimaciones en el caso de la producción primaria.
Los investigadores compilaron todas las estimaciones anteriores de la producción primaria antigua derivadas del método anterior, junto con muchas otras, en su estudio. El censo de productividad permitió estimar que la producción primaria ha acumulado 100 quintillones (o 100 mil millones de billones) de toneladas de carbono desde el inicio de la vida.
Es difícil concebir cifras tan grandes como estas; 100 quintillones de toneladas de carbono equivalen a aproximadamente 100 veces la cantidad de carbono presente en la Tierra, lo que representa una hazaña bastante impresionante para los productores primarios del planeta.
Producción primaria
En la actualidad, la mayoría de la producción primaria se produce a través de microorganismos marinos como algas y cianobacterias (Organismos microscópicos, bacterias Gram-negativas que contienen clorofila, lo que les permite realizar la fotosíntesis) y plantas terrestres. La proporción de estos principales contribuyentes ha cambiado mucho en el pasado. En el comienzo de la historia de la Tierra, la producción primaria fue principalmente realizada por un grupo de organismos completamente diferentes que no dependían de la fotosíntesis oxigénica para sobrevivir.
La fotosíntesis oxigénica es la modalidad de fotosíntesis en la que el agua es el donante primario de electrones y que, por lo tanto, libera oxígeno (O2) como subproducto.
El uso de una variedad de métodos ha permitido determinar cuándo los diversos productores primarios tuvieron una mayor actividad en el pasado de la humanidad. La identificación de los bosques más antiguos o el uso de biomarcadores, fósiles moleculares, son ejemplos de estas técnicas.
Se utiliza esta información para investigar qué organismos han contribuido más a la producción primaria histórica de la Tierra. Se descubrió que, las plantas terrestres probablemente contribuyeron más. Sin embargo, es muy posible que las cianobacterias hubieran contribuido más.
Al determinar cuánta producción primaria ha ocurrido alguna vez y qué organismos han sido responsables de ella, también se puede estimar la cantidad de vida que ha existido en la Tierra en ese momento.
En la actualidad, es posible calcular la cantidad de personas que existen en función de la cantidad de alimentos que se consumen. De manera similar, se puede medir una proporción entre la producción primaria y la cantidad de células que existen en el entorno actual. A pesar de la gran variabilidad en el número de células por organismo y los tamaños de las diferentes células, tales complicaciones pasan a ser secundarias ya que los microbios unicelulares dominan las poblaciones celulares globales. Finalmente, se llegó al calculo que en la actualidad hay alrededor de 1030 (10 no-inmillones) de células, y que alguna vez hubo entre 1039 (un duodecillón) y 1040 células en la Tierra.
¿Cuánta vida tendrá alguna vez la Tierra?
Salvo por la capacidad de mover la Tierra a la órbita de una estrella más joven, la vida útil de la biosfera de la Tierra es limitada. Este hecho morboso es el resultado del ciclo de vida de nuestra estrella. A medida que el hidrógeno en su núcleo se ha convertido en helio, el sol se ha ido volviendo más brillante desde su nacimiento.
Dentro de aproximadamente dos mil millones de años, todas las medidas de protección biogeoquímica que aseguran la habitabilidad de la Tierra serán superadas. Primero morirán las plantas terrestres, luego hervirán los océanos y la Tierra volverá a ser un planeta rocoso en gran medida sin vida como lo era en su infancia.
Sin embargo, ¿cuántas vidas podrá soportar la Tierra hasta ese momento? Estimamos que alrededor de 1040 células ocuparán la Tierra algún día si proyectamos hacia adelante nuestros niveles actuales de productividad primaria.
La Tierra como exoplaneta
Hace algunas décadas, los exoplanetas, también conocidos como planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, eran solo una hipótesis. Ahora no solo podemos detectarlos, sino también explicar muchos aspectos de miles de mundos lejanos orbitando alrededor de estrellas lejanas.
Sin embargo, ¿de qué manera se puede comparar la Tierra con estos cuerpos? Hemos tomado una visión aérea de la vida en la Tierra y se ha sugerido que la Tierra sea un punto de referencia para comparar otros planetas.
Lo fascinante, sin embargo, es lo que pudo haber sucedido en el pasado de la Tierra hubiera sido diferente. Por ejemplo, ¿Qué pasaría si la fotosíntesis oxigenada o la endosimbiosis nunca ocurrieran?
Se espera que se trabaje en las respuestas a estas preguntas en los años venideros.
REFERENCIAS
The geologic history of primary productivity. Current Biology: https://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(23)01286-1?
