Spowolnienie obrotu Ziemi mogło zapoczątkować istnienie tlenu – nowe badania zmieniają nasze spojrzenie na historię życia
Obrót Ziemi wokół własnej osi od miliardów lat stopniowo zwalnia, wydłużając dni na naszej planecie. Choć zmiana ta jest niezauważalna w codziennym życiu, może mieć ogromne znaczenie w skali geologicznej. Najnowsze badania sugerują, że to właśnie wydłużające się dni mogły umożliwić pojawienie się tlenu w atmosferze Ziemi, co z kolei stworzyło warunki do powstania życia, jakie znamy.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Michigan i Instytutu Maxa Plancka w Niemczech wykazał, że długość dnia ma bezpośredni wpływ na zdolność mikroorganizmów do produkcji tlenu. Ich praca, opublikowana w 2021 roku, oferuje nowe spojrzenie na jedno z najważniejszych wydarzeń w historii naszej planety – tzw. Wielkie Wydarzenie Utleniające.
Dlaczego dni na Ziemi się wydłużają?
Główną przyczyną stopniowego zwalniania obrotu Ziemi jest oddziaływanie grawitacyjne Księżyca, który stopniowo oddala się od naszej planety. To powoduje zmniejszanie prędkości obrotowej Ziemi i wydłużanie dnia o około 1,8 milisekundy na każde 100 lat.
Choć to niewiele w krótkim okresie, w ciągu miliardów lat miało to ogromne znaczenie. Dowody geologiczne pokazują, że 1,4 miliarda lat temu dzień trwał zaledwie 18 godzin, a 70 milionów lat temu był o pół godziny krótszy niż dzisiaj.
Jak sinice i dłuższe dni przyczyniły się do powstania tlenu
Kluczową rolę odegrały cyjanobakterie, czyli sinice, które pojawiły się na Ziemi około 2,4 miliarda lat temu. To właśnie te mikroorganizmy były pierwszymi, które zaczęły produkować tlen jako produkt uboczny fotosyntezy.
W środowiskach przypominających te z prekambru – jak np. lej krasowy Middle Island w jeziorze Huron – sinice współistnieją z mikroorganizmami metabolizującymi siarkę. Obserwacje pokazują, że sinice są aktywne tylko wtedy, gdy dociera do nich światło słoneczne – ale potrzebują kilku godzin „rozruchu”, zanim rozpoczną produkcję tlenu.
W krótkich dniach czas ten był zbyt ograniczony, by sinice mogły znacząco wzbogacać atmosferę w tlen. Dopiero gdy dni się wydłużyły, ich aktywność miała większy wpływ na środowisko – pozwalając tlenowi stopniowo akumulować się w atmosferze.
Wielkie Wydarzenie Utleniające i Neoproterozoiczne Zjawisko Natleniania
Wydłużające się dni zbiegają się w czasie z dwoma największymi etapami wzrostu zawartości tlenu na Ziemi: Wielkim Wydarzeniem Utleniającym (ok. 2,4 mld lat temu) i Neoproterozoicznym Zjawiskiem Natleniania (550–800 mln lat temu).
Badania wskazują, że związek między długością dnia a ilością tlenu w atmosferze jest bardziej złożony, niż wcześniej sądzono. Produkcja tlenu przez sinice była ograniczana nie tylko światłem słonecznym, ale również dyfuzją molekularną, czyli szybkością, z jaką tlen mógł się uwalniać z mat bakteryjnych.
Dni o długości 24 godzin, w przeciwieństwie do dwóch krótszych 12-godzinnych dni, dawały lepsze warunki do akumulacji tlenu.
Fizyka w skali planetarnej i mikrobiologicznej – zaskakujące połączenie
Jednym z najbardziej fascynujących aspektów badań było połączenie mechaniki orbitalnej z biochemią mikroorganizmów. Jak podkreślił naukowiec Arjun Chennu z Centrum Badań Morza Tropikalnego Leibniza, procesy zachodzące na poziomie cząsteczkowym w sinicach są powiązane z ruchem Ziemi i jej satelity.
To unikalne połączenie nauk o Ziemi, astronomii, mikrobiologii i chemii pokazuje, że życie na naszej planecie mogło być bezpośrednio zależne od kosmicznych cykli i ewolucji Ziemi jako ciała niebieskiego.
Choć wydłużanie się dnia na Ziemi wydaje się zjawiskiem niezauważalnym, w skali miliardów lat odegrało kluczową rolę w powstaniu życia, umożliwiając sinicom skuteczną produkcję tlenu. Nowe badania pokazują, że rotacja planety ma bezpośredni wpływ na warunki biologiczne, łącząc w unikalny sposób mechanikę planetarną z mikrobiologiczną produkcją tlenu.
To odkrycie nie tylko pomaga wyjaśnić zagadkę Wielkiego Wydarzenia Utleniającego, ale również skłania nas do nowego spojrzenia na rolę czasu i rytmu planetarnego w historii życia na Ziemi.