Još od svog formiranja pre oko 4,5 milijardi godina, Zemljina rotacija se postepeno usporava, a njeni dani su kao rezultat toga postajali sve duži.
Iako usporavanje Zemlje nije primetno na ljudskim vremenskim skalama, dovoljno je da dođe do značajnih promena tokom eona. Jedna od tih promena je možda najznačajnija od svih, barem za nas: produženje dana je povezano sa oksigenacijom Zemljine atmosfere, prema studiji iz 2021.
Konkretno, plavo-zelene alge (ili cijanobakterije) koje su se pojavile i razmnožile pre oko 2,4 milijarde godina mogle bi da proizvedu više kiseonika kao nusproizvod metabolizma jer su dani na Zemlji postajali duži.
„Trajno pitanje u naukama o Zemlji bilo je kako je Zemljina atmosfera dobila kiseonik i koji su faktori kontrolisali kada je došlo do ove oksigenacije“, objasnio je mikrobiolog Gregori Dik sa Univerziteta u Mičigenu 2021.
„Naše istraživanje sugeriše da je brzina kojom se Zemlja okreće – drugim rečima, njena dužina dana – možda imala važan uticaj na obrazac i vreme oksigenacije Zemlje.
Postoje dve glavne komponente ove priče koje, na prvi pogled, izgleda da nemaju mnogo veze jedna sa drugom. Prvi je da se Zemljino okretanje usporava.
Razlog zbog kojeg se Zemljino okretanje usporava je taj što Mesec vrši gravitaciono privlačenje planete, što uzrokuje usporavanje rotacije pošto se Mesec postepeno udaljava.
Znamo, na osnovu fosilnog zapisa, da su dani bili samo 18 sati dugi pre 1,4 milijarde godina, a pola sata kraći nego što su danas pre 70 miliona godina. Dokazi sugerišu da dobijamo 1,8 milisekundi u veku.
Druga komponenta je nešto poznato kao Veliki događaj oksidacije – kada su se cijanobakterije pojavile u tako velikim količinama da je Zemljina atmosfera doživela nagli, značajan porast kiseonika.
Bez ove oksidacije, naučnici misle da život kakav poznajemo ne bi mogao nastati; tako da, iako bi cijanobakterije danas mogle da zaokupe pažnju, činjenica je da verovatno ne bismo bili ovde bez njih.
Još uvek mnogo toga ne znamo o ovom događaju, uključujući takva goruća pitanja kao što su zašto se to dogodilo kada se to dogodilo, a ne negde ranije u istoriji Zemlje.
Trebalo je naučnicima koji rade sa cijanobakterijskim mikrobima da povežu tačke. U vrtači Srednjeg ostrva u jezeru Huron mogu se naći mikrobne prostirke za koje se smatra da su analogni cijanobakterijama odgovornim za Veliki događaj oksidacije.
Ljubičaste cijanobakterije koje proizvode kiseonik fotosintezom i beli mikrobi koji metabolišu sumpor, takmiče se u mikrobnoj prostirci na dnu jezera.
Noću, beli mikrobi se dižu do vrha mikrobne prostirke i rade svoju stvar koja jedu sumpor. Kada svane dan i Sunce se podigne dovoljno visoko na nebu, beli mikrobi se povlače, a ljubičaste cijanobakterije uzdižu se na vrh.
„Sada mogu da počnu da fotosintezuju i proizvode kiseonik“, rekla je geomikrobiolog Judith Klatt sa Instituta Maks Plank za morsku mikrobiologiju u Nemačkoj.
„Međutim, potrebno je nekoliko sati pre nego što zaista krenu, postoji dugo kašnjenje ujutru. Čini se da cijanobakterije prilično kasno ustaju nego jutarnje osobe.“
To znači da je dnevni period u kome cijanobakterije mogu da ispumpaju kiseonik veoma ograničen – i upravo je ova činjenica privukla pažnju okeanografa Brajana Arbika sa Univerziteta u Mičigenu. Pitao se da li je promena dužine dana tokom istorije Zemlje uticala na fotosintezu.
„Moguće je da je slična vrsta takmičenja između mikroba doprinela kašnjenju u proizvodnji kiseonika na ranoj Zemlji“, objasnio je Klatt.
Da bi demonstrirao ovu hipotezu, tim je izvršio eksperimente i merenja na mikrobima, kako u njihovom prirodnom okruženju, tako iu laboratorijskom okruženju. Takođe su izvršili detaljne studije modeliranja na osnovu svojih rezultata kako bi povezali sunčevu svetlost sa proizvodnjom kiseonika mikroba i proizvodnju kiseonika sa istorijom Zemlje.
„Intuicija sugeriše da bi dva 12-časovna dana trebalo da budu slična jednom 24-časovnom danu. Sunčeva svetlost se diže i spušta dvostruko brže, a proizvodnja kiseonika ide u korak,“ objasnio je pomorski naučnik Arjun Čenu iz Lajbnicovog centra za istraživanje tropskih mora u Nemačkoj.
„Ali oslobađanje kiseonika iz bakterijskih prostirki nije, jer je ograničeno brzinom molekularne difuzije. Ovo suptilno razdvajanje oslobađanja kiseonika iz sunčeve svetlosti je u srcu mehanizma.“
Ovi rezultati su ugrađeni u globalne modele nivoa kiseonika, a tim je otkrio da je produženje dana povezano sa povećanjem kiseonika na Zemlji – ne samo sa velikim događajem oksidacije, već sa još jednom, drugom atmosferskom oksigenacijom pod nazivom Neoproterozojski događaj oksigenacije oko 550 do 800 miliona godine pre.
„Mi povezujemo zakone fizike koji funkcionišu na veoma različitim skalama, od molekularne difuzije do planetarne mehanike. Pokazujemo da postoji fundamentalna veza između dužine dana i količine kiseonika koji mogu da ispuste mikrobi koji žive u zemlji,“ rekao je Čenu.
„Prilično je uzbudljivo. Na ovaj način povezujemo ples molekula u mikrobnoj prostirci sa plesom naše planete i njenog Meseca.“
