ماذا يوجد في الرقم؟

وفقاً لحسابات حديثة أجراها فريق من علماء الأحياء والجيولوجيين، يوجد عدد من الخلايا الحية على الأرض – مليون تريليون تريليون، أو 10^30 بالرمز الرياضي، 1 متبوعا بـ 30 صفراً – يفوق عدد النجوم في الكون أو الأرض. حبات الرمل على كوكبنا.

مما يجعل قدرا معينا من المعنى. الغالبية العظمى من هذه الخلايا هي ميكروبات، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. الكثير منها عبارة عن البكتيريا الزرقاء، وهي فقاعات صغيرة من الطاقة والكيمياء تنطلق في النباتات وفي البحار وتجمع الحياة كما نعرفها وتستخرج ضوء الشمس لتصنيع الأكسجين الذي نحتاجه للتنفس.

ومع ذلك، فقد حيرني أنه من الممكن إجراء مثل هذه الحسابات. لقد كنت أضايق علماء الأحياء الفلكية مؤخرًا حول ما يعنيه ذلك. هل يمكن للأرض أن تؤوي المزيد من الحياة؟ هل يمكن أن يكون أقل؟ كم الحياة أكثر من اللازم؟

وقال بيتر كروكفورد، عالم الأحياء الجيولوجية بجامعة كارلتون في أوتاوا والمؤلف الرئيسي للتقرير، الذي نُشر الشهر الماضي في مجلة Current Biology: “النتيجة الكبيرة هي أن هذا يضع الأرض كمعيار لعلم الكواكب المقارن”. في رسالة بريد إلكتروني. هذه النتيجة “تسمح لنا بطرح أسئلة كمية أكثر حول المسارات البديلة التي يمكن أن تتخذها الحياة على الأرض، وكم الحياة التي يمكن أن تكون ممكنة على كوكبنا”.

على سبيل المثال، قال، ماذا لو أن عملية التمثيل الضوئي – ذلك التحول المعجزة لضوء الشمس إلى طعام وأكسجين – لم تتطور أبدًا؟

يسلط السؤال الضوء على العلاقة الطويلة والمستهجنة بين الجيوفيزياء وعلم الأحياء.

وكما كتب مايكل كيب من جامعة ديوك، والذي لم يكن جزءاً من الدراسة، في Current Biology Dispatches: «في الساحة الكونية الشاسعة، ربما تكون هناك كواكب تعيش بسرعة وتموت شابة، في حين أن أخرى بطيئة وثابتة. أين تقع الأرض على هذا الطيف؟ ردد كاليب شارف، عالم الأحياء الفلكية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في ماونتن فيو، كاليفورنيا، رأي الدكتور كروكفورد. وكتب في رسالة بالبريد الإلكتروني: “كان هناك عدد من الأعمال المثيرة للاهتمام في العام أو العامين الماضيين، حيث تراجع الناس خطوة إلى الوراء للتفكير حقًا في الطرق التي تطبع بها الحياة نفسها على الكوكب”.

ووصف ورقة الدكتور كروكفورد بأنها “نوع من طريقة غايان الجديدة في النظر إلى الأشياء”، في إشارة إلى الفرضية التي اقترحها جيمس لوفلوك في السبعينيات، والتي تقول إن الحياة والبيئة تعملان معًا للحفاظ على كوكب صالح للسكن.

وفقًا للسجل الحفري، ظلت الجيولوجيا والتطور في رقصة لمدة 3.8 مليار سنة، حيث كان عمر كوكبنا 700 مليون سنة فقط. في ذلك الوقت ظهرت أولى المخلوقات وحيدة الخلية، ربما في فتحات بركانية تحت سطح البحر، تتغذى على الطاقة الكيميائية المحيطة بها.

وقد تزايد عدد الخلايا بشكل كبير منذ ذلك الحين، حتى من خلال الكوارث الجيولوجية وأحداث الانقراض، التي فتحت طرقًا جديدة للتطور.

لقد زُرعت بذور الحياة الحيوانية في وقت ما في الماضي المعتم عندما تعلمت بعض البكتيريا استخدام ضوء الشمس لتقسيم جزيئات الماء وإنتاج الأكسجين والسكر. قبل 2.4 مليار سنة مضت، مع رسوخ عملية التمثيل الضوئي، بدأت كمية الأكسجين في الغلاف الجوي في الارتفاع بشكل كبير. وقال بيتر وارد، عالم الحفريات من جامعة واشنطن، إن حدث الأكسدة العظيم “كان بوضوح أكبر حدث في تاريخ المحيط الحيوي”.

وبدون عملية التمثيل الضوئي، لن يكون لدى بقية الخليقة سوى القليل من الطعام. ولكنها مجرد خيط واحد في شبكة من حلقات ردود الفعل الجيولوجية التي يتآمر من خلالها الطقس والمحيطات والميكروبات والبراكين للحفاظ على استقرار الكرة الأرضية ودفئها بشكل أساسي والسماح للحياة بالنمو.

فدورة سيليكات الكربونات، على سبيل المثال، تنظم كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي؛ يحبس الغاز الحرارة ويحافظ على كوكب الأرض معتدلاً ومستقرًا في الغالب. يغسل المطر ثاني أكسيد الكربون من الهواء وينقله إلى المحيط؛ البراكين تطرده مرة أخرى من العالم السفلي. ونتيجة لذلك، يقدر الدكتور كروكفورد وزملاؤه أنه تم تدوير تريليون جيجا طن من الكربون من الغاز إلى الحياة والعودة مرة أخرى على مدى آلاف السنين. وهذا يعادل حوالي 100 مرة كمية الكربون الموجودة على الأرض، مما يشير، من حيث المبدأ، إلى أنه تم إعادة تدوير كل ذرة من الكربون 100 مرة.

أدى ظهور البكتيريا الزرقاء إلى ظهور ما يعرف باسم الانفجار الكامبري منذ حوالي 550 مليون سنة، عندما ظهرت كائنات متعددة الخلايا – الحيوانات – بغزارة مفاجئة ورائعة في السجل الأحفوري. لقد ذهبنا إلى السباقات الداروينية.

أدرك الدكتور كروكفورد وزملاؤه أنهم يستطيعون تتبع النمو السكاني للخلايا عبر الزمن عن طريق قياس النظائر المعدنية وكمية الأكسجين في الصخور القديمة. ونتيجة لذلك، تمكنوا من تقدير إجمالي الحياة التي أنتجتها الأرض منذ بدايتها – حوالي 10^40 خلية، أي ما يقرب من 10 مليار خلية أكثر مما هو موجود حاليًا.

وعلى الرغم من أن هذا العدد يبدو ضخمًا، إلا أنه لا يمثل سوى 10% من جميع الخلايا التي ستتكون عندما يسدل الستار على الحياة على الأرض بعد مليار سنة من الآن. ويقول علماء الفلك إنه مع تقدم عمر الشمس، فإنها سوف تشرق، مما يؤدي إلى تضخيم عملية التجوية وغسل ثاني أكسيد الكربون. وفي الوقت نفسه، مع انخفاض باطن الأرض تدريجيًا، سيهدأ النشاط البركاني، مما سيوقف تجديد الغازات الدفيئة.

ونتيجة لذلك، قال الدكتور كروكفورد: “من غير المرجح أن ينمو المحيط الحيوي للأرض بما يتجاوز ∼ 10^41 خلية متكاملة زمنيًا عبر كامل عمر الكوكب الصالح للسكن”.

لكن في الوقت الحالي، كتب الدكتور كروكفورد وزملاؤه في ورقتهم البحثية: «إن امتداد معدلات الإنتاجية الأولية المرتفعة نسبيًا اليوم من المرجح أن يضغط على المزيد من الحياة في وقت أقل». وأوضح الدكتور كروكفورد أنه كلما زاد عدد الخلايا، زاد عدد مرات تكاثرها، مما أدى إلى إنتاج المزيد من الطفرات. نحن سكان المحيط الحيوي للأرض أمامنا مفاجآت تبلغ مليار سنة.

وقال إنه فيما يتعلق بالكواكب الأخرى، لا يزال لدينا معلومات أساسية فقط عن أحجامها وصلاحيتها للسكن وخيالنا. بعض من المرشحين الأكثر احتمالا لإيواء حياة خارج كوكب الأرض هي عوالم المحيطات المغطاة بالجليد مثل أقمار زحل والمشتري – مثل يوروبا، الذي سيزوره قريبا مستكشف آلي جديد، يوروبا كليبر.

وقال الدكتور كروكفورد: إذا كانت هناك حياة في تلك المحيطات، فمن المحتمل أن تكون بدائية، لأن تلك البيئات الباردة تفتقر إلى الطاقة الكافية لدفع التطور.

وقال: “ومع ذلك، فمن المثير للاهتمام للغاية التفكير في كيفية تغير المحيط الحيوي لهذه الأقمار الجليدية عندما تصبح الشمس أكثر سطوعًا”.