Od svojho vzniku pred približne 4,5 miliardami rokov sa rotácia Zeme postupne spomaľuje a jej dni sa v dôsledku toho postupne predlžujú. Ako vysvetľuje portál ScienceAlert, zatiaľ čo spomalenie Zeme nie je badateľné v ľudských časových horizontoch, stačí na to, aby sa v priebehu vekov uskutočnili významné zmeny.
Jedna z týchto zmien je možno najvýznamnejšia zo všetkých, aspoň pre nás - podľa štúdie sú totiž predlžujúce sa dni spojené s okysličovaním zemskej atmosféry. Konkrétne modrozelené riasy (alebo cyanobaktérie), ktoré sa objavili a rozmnožili asi pred 2,4 miliardami rokov, by boli schopné produkovať viac kyslíka ako metabolický vedľajší produkt, pretože dni na Zemi sa predlžovali.
Ako sa do atmosféry dostalo toľko kyslíka?
„Stálou otázkou vo vedách o Zemi bolo, ako sa do atmosféry Zeme dostal kyslík a ktoré faktory riadili, keď k tomuto okysličovaniu došlo,“ vysvetlil v roku 2021 mikrobiológ Gregory Dick z University of Michigan. „Náš výskum naznačuje, že rýchlosť, ktorou sa Zem otáča - inými slovami dĺžka dňa - mohla mať dôležitý vplyv na priebeh a načasovanie okysličovania Zeme.“
V tomto príbehu sú dve hlavné zložky, ktoré na prvý pohľad spolu nemajú veľa spoločného. Prvým je, že rotácia Zeme sa spomaľuje. Dôvod, prečo sa rotácia Zeme spomaľuje, je ten, že Mesiac pôsobí na planétu gravitačnou silou, ktorá spôsobuje spomalenie rotácie, pretože Mesiac sa od nás postupne vzďaľuje.
Na základe fosílnych záznamov vieme, že pred 1,4 miliardami rokov boli dni len 18 hodín dlhé a pred 70 miliónmi rokov o pol hodiny kratšie ako dnes. Dôkazy naznačujú, že deň naberá 1,8 milisekundy za storočie. Druhou zložkou je veľká oxidačná udalosť – keď sa sinice objavili v takom veľkom množstve, že v zemskej atmosfére došlo k prudkému nárastu kyslíka.
Bez siníc by sme neboli
Vedci si myslia, že bez tejto oxidácie by nemohol vzniknúť život, ako ho poznáme; takže, aj keď sinice nám dnes veľa radosti neprinášajú, faktom je, že bez nich by sme tu asi neboli. Je toho ešte veľa, čo o tejto udalosti nevieme, vrátane takých pálčivých otázok, ako prečo sa to stalo, keď sa to stalo a nie niekedy skôr v histórii Zeme.
Pospájanie bodov sa podarilo vedcom pracujúcim s mikróbmi siníc. V priehlbine Middle Island Sinkhole v Hurónskom jazere možno nájsť mikrobiálne podložky, ktoré sú považované za analógy cyanobaktérií zodpovedných za veľkú oxidačnú udalosť. Fialové sinice, ktoré produkujú kyslík prostredníctvom fotosyntézy, a biele mikróby, ktoré metabolizujú síru, súťažia v mikrobiálnej podložke na dne jazera.
V noci biele mikróby stúpajú na vrch mikrobiálnej podložky a žujú síru. Keď príde deň a Slnko vyjde dostatočne vysoko na oblohu, biele mikróby ustúpia a fialové sinice vystúpia na vrchol. „Teraz môžu začať fotosyntetizovať a produkovať kyslík,” povedala geomikrobiologička Judith Klatt z Inštitútu Maxa Plancka pre morskú mikrobiológiu v Nemecku.
Modelové štúdie
Avšak trvá niekoľko hodín, kým sa skutočne rozbehnú, takže ráno je tam veľké oneskorenie. To znamená, že denné okno, počas ktorého môžu sinice pumpovať kyslík, je veľmi obmedzené – a práve táto skutočnosť upútala pozornosť oceánografa Briana Arbica z University of Michigan. Zaujímalo ho, či zmena dĺžky dňa v histórii Zeme mala vplyv na fotosyntézu.
„Je možné, že podobný typ konkurencie medzi mikróbmi prispel k oneskoreniu produkcie kyslíka na ranej Zemi,” vysvetlil Klatt. Na preukázanie tejto hypotézy tím vykonal experimenty a merania na mikróboch v ich prirodzenom prostredí aj v laboratórnom prostredí.
Vykonali tiež podrobné modelové štúdie založené na ich výsledkoch, aby spojili slnečné svetlo s produkciou mikrobiálneho kyslíka a produkciu mikrobiálneho kyslíka s históriou Zeme. „Intuícia naznačuje, že dva 12-hodinové dni by mali byť podobné jednému 24-hodinovému dňu. Slnečné lúče stúpajú a klesajú dvakrát rýchlejšie a produkcia kyslíka nasleduje krok za krokom,” vysvetlil námorný vedec Arjun Chennu z Leibniz Center for Tropical Marine Research v Nemecku.
Tanec molekúl aj Zeme s Mesiacom
„Ale uvoľňovanie kyslíka z bakteriálnych podložiek nie, pretože je obmedzené rýchlosťou molekulárnej podložky. Toto jemné odpojenie uvoľňovania kyslíka zo slnečného žiarenia je jadrom mechanizmu.”
Tieto výsledky boli začlenené do globálnych modelov hladín kyslíka a tím zistil, že predlžujúce sa dni súviseli so zvýšením množstva kyslíka na Zemi – nielen s veľkou oxidačnou udalosťou, ale aj s ďalším, druhým atmosférickým okysličovaním nazývaným neoproterozoická okysličovacia udalosť okolo 550 až 800 miliónov rokmi.
„Spájame fyzikálne zákony fungujúce v úplne odlišných mierkach, od molekulárnej difúzie po planetárnu mechaniku. Ukazujeme, že existuje zásadná súvislosť medzi dĺžkou dňa a množstvom kyslíka, ktoré môžu mikróby žijúce na zemi uvoľniť,” povedal Chennu.
„Je to celkom vzrušujúce. Týmto spôsobom spájame tanec molekúl v mikrobiálnej podložke s tancom našej planéty a jej Mesiaca,” dodal na záver.