Zwolnienie obrotu Ziemi umożliwiło rozwój życia

Podczas gdy zwolnienie obrotu Ziemi nie jest zauważalne w ludzkiej skali czasowej, wystarczy, by w ciągu eonów zaszły w niej znaczące zmiany. Jedna z tych zmian może być najbardziej znacząca ze wszystkich, przynajmniej dla nas: wydłużające się dni zostały powiązane z natlenieniem ziemskiej atmosfery.

Niebiesko-zielone algi (lub cyjanobakterie), które pojawiły się i rozmnożyły około 2,4 mld lat temu, były w stanie wyprodukować więcej tlenu jako metaboliczny produkt uboczny, ponieważ dni na Ziemi wydłużyły się.

- Stałym pytaniem w naukach o Ziemi jest to, w jaki sposób atmosfera ziemska otrzymywała tlen i jakie czynniki decydowały o tym, kiedy to natlenianie miało miejsce. Nasze badania sugerują, że tempo, w jakim Ziemia się obraca - innymi słowy: długość dnia - mogło mieć istotny wpływ na wzór i czas natleniania planety - powiedział mikrobiolog Gregory Dick z Uniwersytetu Michigan.

Istnieją dwa główne składniki tej historii, które na pierwszy rzut oka nie wydają się mieć ze sobą wiele wspólnego. Pierwszym z nich jest to, że rotacja Ziemi zwalnia. Księżyc działa na Ziemię swoją grawitacją, ale też stopniowo się od niej oddala, co powoduje spowolnienie obrotu naszej planety.

Wiemy, na podstawie zapisu kopalnego, że 1,4 mld lat temu dni miały zaledwie 18 godzin długości, a 70 mln lat temu były o pół godziny krótsze niż obecnie. Dowody sugerują, że zyskujemy 1,8 milisekundy na wiek.

Drugim składnikiem jest tzw. katastrofa tlenowa - kiedy to sinice pojawiły się w tak dużych ilościach, że atmosfera Ziemi doświadczyła gwałtownego, znaczącego wzrostu ilości tlenu. Naukowcy uważają, że bez tego utleniania życie, jakie znamy, nie mogłoby się pojawić.

Wciąż wiele nie wiemy o tym wydarzeniu, łącznie z tym, dlaczego miało ono miejsce wtedy, a nie wcześniej w historii Ziemi. Dopiero naukowcy pracujący z cyjanobakteriami połączyli kropki. W Middle Island Sinkhole w jeziorze Huron można znaleźć maty mikrobiologiczne, które są uważane za analog sinic odpowiedzialnych za katastrofę tlenową.

Sinice, które produkują tlen w procesie fotosyntezy i białe mikroby, które metabolizują siarkę, konkurują ze sobą w macie mikrobiologicznej na dnie jeziora. Okazuje się jednak, okno dnia, w którym sinice mogą wypompowywać tlen jest bardzo wąskie - i to właśnie ten fakt przykuł uwagę oceanografa Briana Arbica z Uniwersytetu Michigan. Zastanawiał się on, czy zmiana długości dnia w historii Ziemi miała wpływ na fotosyntezę.

Naukowcy przeprowadzili eksperymenty i pomiary na mikrobach, zarówno w ich naturalnym środowisku, jak i w warunkach laboratoryjnych. Przeprowadzili również szczegółowe badania modelowania w oparciu o uzyskane wyniki, aby powiązać światło słoneczne z mikrobiologiczną produkcją tlenu i historią Ziemi.

- Intuicja podpowiada, że dwa 12-godzinne dni powinny być podobne do jednego 24-godzinnego dnia. Światło słoneczne wschodzi i zachodzi dwa razy szybciej, a produkcja tlenu odbywa się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Ale uwalnianie tlenu z mat bakteryjnych nie, ponieważ jest ograniczone przez szybkość dyfuzji molekularnej. To subtelne odłączenie uwalniania tlenu od światła słonecznego jest sercem tego mechanizmu - wyjaśnił Arjun Chennu z Centrum Badań Morza Tropikalnego Leibniza w Niemczech.

Wyniki te zostały włączone do globalnych modeli poziomów tlenu, a zespół odkrył, że wydłużające się dni były powiązane ze wzrostem tlenu na Ziemi.