蓝藻。图片来源：FRANK FOX

从细菌到蓝鲸，生物体内的细胞数量超过了地球上沙粒数量的1万亿倍，比宇宙中所有恒星多100万倍。根据最新估计，曾经存活过的细胞数量还要比这大10个数量级。这些计算可以帮助科学家更好地了解地球的繁殖力，并预测未来的生命形式如何使用碳。相关研究结果10月11日发表于《当代生物学》。

未参与这项研究的美国加州理工学院生物物理学家Rob Phillips表示，量化这些基线对于科学家提出有意义问题的能力至关重要。他认为，简单的计算和真正的测量是能否进行科学研究的区别。

通过将现有海洋、土壤和地下微生物的数量与更大生物体的细胞数量相结合，加拿大卡尔顿大学地质学家Peter Crockford团队开始了他们的盘点工作。他们确认了今天存活的细胞数量大约为1030个，其中大部分是蓝藻，而这只是计算了曾经存活过的细胞总数的起点。

这一计算的关键是初级生产力，即二氧化碳转化为所有生命所需的碳基化合物的能力。这些化合物，如糖和淀粉，沿着食物链向上移动：植物和进行光合作用的微生物被其他生物吃掉，而后者又被更大的生物吃掉。所有这些生物都会死亡，并被昆虫和微生物消耗与分解。这些消费者在呼吸和死亡时将二氧化碳排放到大气中，完成了碳循环。

为了解初级生产力在地球地质历史上是如何变化的，Crockford团队梳理了科学文献，以估计在不同时间点进行光合作用的生物数量和类型，以及它们生产了多少“食物”。了解了现代细胞的初级生产力，研究人员就能够将时钟拨回到过去，计算出维持过去的生产力水平需要多少细胞。他们还根据不同生命形式的进化时间以及冰河时代如何抑制这些生物活动等因素调整了计算结果。

结果表明，最早的光合作用者是一种微生物——蓝藻，它从34亿年前到25亿年前进化而成。Crockford说，在8亿年前到6.5亿年前的某个时候，蓝藻的生产力被其他藻类超越，而当陆地植物在4.5亿年前到3.5亿年前进化时，它们的生产力又大大超过了藻类。

把所有数字加在一起，大约曾存在过1039个到1040个细胞。这些具有光合作用的生物总共将地球上所有的碳循环了大约100次。研究人员的计算表明，这些数字正在接近上限。他们说，地球根本无力支持超过1041个细胞的生存。

意大利地中海农林系统研究所国家研究委员会森林生态学家Alessio Collalti认为，这些数字似乎“合理而现实”，这篇论文读起来“就像一部关于地球生命的电影”。

然而，南丹麦大学地理生物学家Donald Canfield警告，随着时间的推移，这些估计会变得更加不确定。

研究人员表示，随着太阳年龄的增长，它会变亮，推动地质过程，逐渐降低空气中的二氧化碳含量。根据研究人员的设想，大约10亿年后，二氧化碳会降至极低水平，导致光合作用停止，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，我们所知道的生命将逐渐消失。

来源：中国科学报

原标题：活细胞比脚下的沙子还要多

作者：辛雨

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