活細胞比天空中星星還要多

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從細菌到藍鯨，生物體內的細胞數量超過了地球上沙粒估計數量的一萬億倍，比宇宙中所有恒星都要大一百萬倍。根據最新估計，曾經存活過的細胞數量還要大10個數量級。這些計算可以幫助科學家更好地了解地球的繁殖力，并預測未來的生命形式如何使用碳。相關研究結果發表于10月11日的《當代生物學》。

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圖片來源：FRANK FOX/SCIENCE SOURCE

未參與這項工作的加州理工學院生物物理學家Rob Phillips表示，量化這些基線對于科學家提出有意義問題的能力至關重要。他認為，簡單地計算和測量事物是能否做科學的區別。

卡爾頓大學地質學家Peter Crockford團隊將現有的海洋、土壤和地下微生物的數量與大型生物體的細胞數量相結合，開始了盤點工作。結果確認大約1030個細胞是曾經存活過的細胞總數的起點，其中大部分是藍藻。

這一計算的關鍵是初級生產力，即二氧化碳轉化為所有生命所需的碳基化合物的能力。這些化合物，如糖和淀粉，沿著食物鏈向上移動：植物和進行光合作用的微生物被其他生物吃掉，而其他生物又被更大的生物吃掉。所有這些生物都會死亡，被昆蟲和微生物消耗和分解。這些消費者在呼吸和死亡時將二氧化碳排放到大氣中，完成了碳循環。

為了解初級生產力在地球地質歷史上是如何變化的，Crockford團隊梳理了科學文獻，估計了不同時間點光合作用生物的數量和類型，以及它們生產了多少“食物”。了解了現代細胞的初級生產力后，研究人員就能夠將時鐘撥回到過去，計算出維持過去生產力水平需要多少細胞。他們還根據不同生命形式的進化時間以及冰河時代如何抑制這些生物的活動等因素調整了計算結果。

結果發現，最早的光合作用者是一種微生物——藍藻，它在34億到25億年前進化而來。Crockford說，在8億到6.5億年前的某個時候，藍藻的生產力被藻類超越了，而當4.5億到3.5億年前陸地植物進化時，其生產力又大大超過了藻類。

把所有都計算進去，大約有1039到1040個細胞存在過。這些光合作用生物總共大約循環了地球上所有的碳100次。研究人員的計算表明，這些數字正在接近上限，地球根本沒有資源來支持超過1041個細胞。

意大利地中海農林系統研究所國家研究委員會森林生態學家Alessio Collalti認為，這些數字似乎“合理而現實”，這篇論文讀起來“就像一部關于地球上生命的電影”。

然而，南丹麥大學地理生物學家Donald Canfield警告，隨著時間的推移，這些估計會變得更加不確定。

研究人員表示，隨著太陽年齡的增長，它會變亮，推動地質過程，逐漸降低空氣中的二氧化碳含量。根據研究人員的設想，大約10億年后，二氧化碳水平將降至極低水平，光合作用將受到影響，植物會死亡，海洋溫度將大幅上升，那里的初級生產者也將無法生存。此后不久，地球的生物量將急劇下降，我們所知道的生命將逐漸停止。