Ziemia od momentu swojego powstania, czyli od około 4,5 miliarda lat, nieustannie zwalnia swój obrót wokół osi. Proces ten wydaje się niezauważalny w skali ludzkiego życia, ale w perspektywie geologicznej zmienia bardzo wiele. Naukowcy odkryli, że wydłużające się dni mogły odegrać kluczową rolę w natlenieniu atmosfery – a to z kolei otworzyło drogę do powstania życia na naszej planecie.
Dlaczego dni na Ziemi stają się coraz dłuższe?
Głównym powodem spowolnienia obrotu Ziemi jest grawitacyjne oddziaływanie Księżyca. Nasz satelita stopniowo oddala się od planety, co spowalnia jej rotację. Dowody kopalne pokazują, że 1,4 miliarda lat temu doba trwała tylko 18 godzin, a jeszcze 70 milionów lat temu była o pół godziny krótsza niż obecnie. Dziś dzień wydłuża się średnio o 1,8 milisekundy na stulecie.
Wielkie Wydarzenie Utleniające – początek atmosfery bogatej w tlen
Około 2,4 miliarda lat temu na Ziemi miało miejsce Wielkie Wydarzenie Utleniające. To wtedy sinice, czyli cyjanobakterie, zaczęły produkować ogromne ilości tlenu w procesie fotosyntezy. Bez tego przełomu życie, jakie znamy, nigdy by nie powstało.
Ale od dawna nurtowało naukowców pytanie: dlaczego właśnie wtedy nastąpił gwałtowny wzrost ilości tlenu w atmosferze, a nie wcześniej?
Mikroskopijni producenci tlenu a długość dnia
Przełom nastąpił, gdy badacze przyjrzeli się matom mikrobiologicznym w jeziorze Huron, które są współczesnymi odpowiednikami pradawnych sinic. Okazało się, że produkcja tlenu przez sinice nie zaczyna się od razu po wschodzie słońca – potrzebują one kilku godzin, by „rozkręcić” fotosyntezę. To oznacza, że im krótszy był dzień, tym mniej czasu pozostawało na wytwarzanie tlenu.
Wraz z wydłużaniem się dnia okno czasowe na fotosyntezę stawało się coraz dłuższe. Tym samym sinice mogły produkować więcej tlenu, co doprowadziło do stopniowego nasycenia atmosfery tym pierwiastkiem.
Związek między rytmem planety a życiem
Naukowcy z Uniwersytetu Michigan oraz Instytutu Maxa Plancka wykazali, że istnieje fundamentalny związek między długością dnia a ilością tlenu, którą mikroorganizmy są w stanie wyprodukować. To wyjaśnia zarówno Wielkie Wydarzenie Utleniające sprzed 2,4 miliarda lat, jak i drugie duże natlenienie – tzw. Neoproterozoiczne Zdarzenie Utleniania, które miało miejsce około 550–800 milionów lat temu.
Badania te pokazują, że coś tak wielkoskalowego jak mechanika planetarna – obrót Ziemi i grawitacja Księżyca – miało bezpośredni wpływ na to, że możemy dziś oddychać.
Od tańca planet do życia na Ziemi
To niezwykłe odkrycie łączy dwa światy: ruchy kosmiczne w skali planetarnej i mikroskopijną biologię sinic. Z jednej strony mamy Księżyc stopniowo odsuwający się od Ziemi, a z drugiej bakterie, które potrzebowały więcej światła, by skuteczniej produkować tlen. To właśnie ta współpraca fizyki i biologii sprawiła, że atmosfera Ziemi stała się bogata w tlen – a my możemy tu istnieć.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Geoscience .