Jak wyglądała ziemia, zanim sprawy zwolniły?

Naukowcy odkryli, że dni na Ziemi były krótsze niż sześć godzin, a złożone życie było możliwe tylko wtedy, gdy zaczęło się ono wolniej obracać.

Krótkie dni były wynikiem siły grawitacyjnej Księżyca działającej na Ziemię, która stała się znacznie silniejsza niż obecnie, powodując, że obraca się ona szybciej wokół własnej osi. Z biegiem czasu tarcie spowolniło prędkość Ziemi, a jeden obrót zajmuje teraz niecałe 24 godziny.

„Kiedy uformował się układ Ziemia-Księżyc, dni były znacznie krótsze, może nawet sześć godzin” – powiedział dr Brian Arbeck, fizyk oceanograf z University of Michigan.

Ale w tym czasie, około 2,4 miliarda lat temu, warunki na Ziemi były niekorzystne i nie było możliwe przetrwanie powstającego życia mikrobiologicznego. Gdy Ziemia zaczęła się wolniej obracać, wyewoluowały drobnoustroje zwane sinicami – znane również jako niebiesko-zielone algi – które były w stanie wykorzystać światło słoneczne do generowania energii i uwalniania tlenu.

Ten proces fotosyntezy wspiera obecnie całe życie na Ziemi, a sukces prymitywnych glonów eony temu oznacza, że ​​tlen przeszedł ze śladowych poziomów do wytworzenia jednej na pięć cząsteczek w dzisiejszym powietrzu — wystarczająco, by mogły się rozwijać zwierzęta i rośliny morskie i lądowe.

Dr Arbic zbadał interakcję między dwoma rodzajami drobnoustrojów w pozbawionych tlenu wodach na dnie jeziora Huron w Michigan, aby zrozumieć, w jaki sposób inicjowana jest produkcja tlenu przez glony.

W strumieniu znajdują się maty zbudowane z dwóch rodzajów drobnoustrojów – sinic i bakterii siarkożernych – żyjących obok siebie. W ciągu dnia dominują algi wytwarzające tlen, które wznoszą się na szczyt, a nocą przejmują je bakterie zjadające siarkę.

W swoich badaniach, opublikowanych w Nature Geoscience, naukowcy piszą, że podobny symbiotyczny związek mógł mieć miejsce w latach formowania się Ziemi.

„Jednakże mija kilka godzin, zanim naprawdę zaczniesz” – powiedziała mikrobiolog Judith Clatt. „Wydaje się, że cyjanobakterie dość późno wstają”.

Uważa, że ​​krótsze dni prawdopodobnie lepiej pasowały do ​​sinic niż inne formy życia, co pozwoliło im się rozwijać, a model wytwarzania tlenu stał się modelem dla przyszłych form życia.

„W ciągu krótkich dni jest mniej czasu na rozwój gradientów, więc mniej tlenu może uciec z mat” – powiedziała Klatt.

Arjun Cheno, mikrobiolog morski, powiedział: „Intuicja sugeruje, że dwa 12-godzinne dni powinny być podobne do jednego w ciągu 24. Światło słoneczne wschodzi i opada dwa razy szybciej, a produkcja tlenu następuje w stałym tempie.

„Ale uwalnianie tlenu z mat bakteryjnych nie występuje, ponieważ jest ono ograniczone szybkością dyfuzji molekularnej. To precyzyjne oddzielenie uwalniania tlenu od światła słonecznego jest sercem mechanizmu”.