Jak długość dnia wpłynęła na fotosyntezę i natlenienie atmosfery Ziemi?

Chociaż nie możemy na co dzień dostrzec tego, że obrót Ziemi wokół własnej osi stopniowo zwalnia, na przestrzeni eonów wywołuje to znaczące zmiany. Jedna z tych zmian jest szczególnie dla nas istotna: według badań wydłużające się dni są powiązane z natlenieniem ziemskiej atmosfery.

Powstanie Ziemi datuje się na około 4,5 miliarda lat temu. Sinice natomiast rozmnożyły się około 2,4 miliarda lat temu i dzięki temu, że dni stały się dłuższe, mogły produkować więcej tlenu jako produkt uboczny metabolizmu.

- W naukach o Ziemi od dawna nurtuje pytanie, skąd atmosfera Ziemi pozyskiwała tlen i jakie czynniki miały wpływ na to, kiedy to natlenienie miało miejsce - mówi Gregory Dick, mikrobiolog z Uniwersytetu Michigan.

Sinice mają obecnie złą sławę, ponieważ są głównymi winowajcami nieestetycznych i toksycznych zakwitów glonów, które nękają zbiorniki wodne na całym świecie. Istnieją jednak od miliardów lat i były pierwszymi organizmami, które odkryły, że można wykorzystywać energię słoneczną do fotosyntezy. To właśnie im przypisuje się uwalnianie tlenu, który później umożliwił pojawienie się zwierząt wielokomórkowych. Kiedy pojawiły się w ogromnych ilościach, w atmosferze Ziemi nastąpił gwałtowny wzrost zawartości tlenu. Wciąż jednak nie wiemy wiele na temat tego wydarzenia.

Naukowcy w leju krasowym Middle Island w jeziorze Huron odkryli fioletowe sinice, które produkują tlen w procesie fotosyntezy, oraz białe mikroby, metabolizujące siarkę - i oba te gatunki rywalizują ze sobą na dnie jeziora. W nocy białe mikroby unoszą się, posilając się siarką, a kiedy wschodzi słońce, wycofują się i ich miejsce zajmują fioletowe sinice. Jednak nie są one rannymi ptaszkami - mija kilka godzin, nim zaczną przeprowadzać fotosyntezę. Oznacza to, że przez dość krótki czas w ciągu dnia mogą wytwarzać tlen. To zwróciło uwagę oceanografa Briana Arbica, który zaczął się zastanawiać, czy zmiana długości dnia w historii naszej planety miała wpływ na proces fotosyntezy.

Przeprowadzono badania i pomiary na mikroorganizmach, aby powiązać światło słoneczne z produkcją przez nie tlenu, a także produkcję tlenu z historią Ziemi.

- Idea polega na tym, że przy krótszym dniu i krótszym oknie czasowym na intensywne oświetlenie po południu, bakterie żywiące się białą siarką będą przez większą część dnia dominować nad bakteriami fotosyntetycznymi, ograniczając produkcję tlenu - powiedział Dick.

W związku z tym okazuje się, że wydłużające się dni były powiązane ze wzrostem zawartości tlenu na Ziemi.

Obrót Ziemi wokół jej osi spowalnia przez siłę grawitacji Księżyca, który się od niej stopniowo oddala. Zapisy kopalne wskazują, że 1,4 miliarda lat temu doba miała zaledwie 18 godzin. Dowody sugerują, że każde stulecie dodaje nam około 1,8 milisekundy do doby.