從細菌到藍鯨，從藻類到大樹，所有生物都是由活細胞構成的。雖然很難準確地指出第一批細胞究竟是何時出現在地球上的，但據科學家估計，這個時間至少可以追溯到38億年前。那麼，自第一批細胞出現在地球以來，有多少生命曾在這顆星球上居住過呢？又有多少生命還存在於地球上呢？
在一項發表在《當代生物學》上的研究中，研究人員將目光瞄準了這些大問題。他們計算出，地球上所有曾經存活過的細胞數量，在10³⁹個到10⁴⁰個之間。
初級生產
這一計算的關鍵是一個被稱為初級生產力的概念，它是驅動生物地球化學循環的關鍵變數，貫穿了整個地球的歷史。
初級生產力指的是將無機碳（如大氣中的二氧化碳和海洋中的碳酸氫鹽）轉化為生命所需的碳基化合物的能力。每年，大約2000億噸的碳會通過初級生產被吸收，對這一過程最顯著的貢獻是生氧光合作用，陽光和水是其中的關鍵成分。
但了解過去的初級生產，卻是一項極具挑戰性的任務，科學家沒有時間機器，只能依靠遺留在古老沉積岩中的線索來重建過去。以初級生產來說，科學家可以通過計算古代鹽礦中以硫酸鹽形式存在的氧同位素，來完成這樣的估算。
在新的研究中，研究人員將現有的海洋、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，開始了他們的梳理和盤點工作。他們計算出了今天存活的細胞數量為10³⁰個，這個數字超過了地球上的沙粒數量的萬億倍，甚至是宇宙中所有恆星的百萬倍。
從開始到現在
現在的初級生產主要是由陸地上的植物和海洋微生物（如藻類和藍藻）實現的。但在地球的最早歷史上，初級生產主要是由一群完全不同的生物實現的，這些生物無需依賴於生氧光合作用來維持生命。
具體來說，最早的光合作用者——藍藻，是在34億到25億年前進化而來；在8億到6.5億年前的某個時候，它們的初級生產力被藻類超越了；當陸地植物在4.5億到3.5億年前進化時，它們的初級生產力又大大超過了藻類。
在新的研究中，為了了解初級生產力在地球的地質歷史上是如何變化的，研究人員梳理了大量科學文獻，彙編了通過所有不同方法計算了過去的初級生產，以及了解了造成這些初級生產的生物為何，最終得出結論：自生命誕生以來，通過初級生產的碳量達到了1千億億噸。
這是一個大到瞠目結舌的數字，1千億億噸碳大約是地球碳含量的100倍。換算成細胞個數，這意味著大約有10³⁹個到10⁴⁰個細胞存在過。
地球上還會有多少生命？
太陽自誕生以來，在過去的45億年裡它正在逐漸變亮，這個過程會逐漸降低空氣中的二氧化碳含量。根據研究人員的推測，大約10億年後，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，那裡的初級生產者也將無法生存。此後不久，地球的生物量將急劇下降，導致我們所知道的一切生命將逐漸停止。
大約20億年後，所有維持地球宜居的生物地球化學都將被推到極限。陸地上的植物會盡數死亡，最終海洋沸騰，地球將重新變回成一個基本上沒有生命的岩石行星，就像它在嬰兒期一樣。
但在那之前，地球在整個宜居期間可以有多少生命呢？按照研究人員目前基於初級生產的推算，10⁴⁰是一個逼近極限的數字。他們的計算結果表明，地球很可能沒有足夠資源來支持超過10⁴¹個細胞。
地球是系外行星
就在幾十年前，系外行星（圍繞其他恆星運行的行星）還只是一個假設。現在，科學家不僅能夠探測到它們，還能夠獲取它們的許多資訊。在新的研究中，研究人員對地球生命進行了「清點」，並提出可以將地球作為與其他行星進行比較的基準。
現在，研究人員還將繼續探索與地球生命的命運有關的問題。如果地球在過去經歷了別的過程，例如，假如生氧光合作用從未發生過，或者假如內共生從未發生過會，那麼，我們的地球是否會成為截然不同的樣子？地球上是否會進而產生截然不同的數量的生命？對於這些問題，研究人員計劃將在未來幾年繼續探尋它們的答案。
#創作團隊：
編譯：糖獸
排版：雯雯
#參考來源：
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
#圖片來源：
封面圖&首圖：NASA