Zemljina rotacija od samog nastanka planeta prije otprilike 4,5 milijardi godina postupno se usporava, a dani na našem planetu postaju sve duži. Iako te promjene nisu primjetne tijekom ljudskog života, one su kroz geološka razdoblja rezultirale značajnim transformacijama – uključujući i jednu od ključnih prekretnica u povijesti planeta: oksigenaciju atmosfere.

Prema znanstvenoj studiji objavljenoj 2021. godine u časopisu Nature Geoscience, upravo su produljeni dani omogućili cijanobakterijama, mikroorganizmima poznatim i kao plavozelene alge, da proizvode više kisika kao nusprodukt fotosinteze, što je rezultiralo velikim porastom kisika u atmosferi.

Zašto se oksigenacija dogodila baš tada?

„Jedno od temeljnih pitanja u geoznanostima jest kako je Zemljina atmosfera postala bogata kisikom i koji su čimbenici utjecali na taj proces,” izjavio je 2021. godine mikrobiolog Gregory Dick sa Sveučilišta Michigan, prenosi Science Alert.

Njegov tim sugerira da je brzina Zemljine rotacije – odnosno duljina dana – mogla igrati važnu ulogu u vremenskom okviru kada je došlo do oksigenacije.

Mjesec usporava Zemlju

Zemlja se usporava zbog gravitacijskog djelovanja Mjeseca, koji se postupno udaljava i time usporava rotaciju našeg planeta. Fosilni zapisi pokazuju da su prije 1,4 milijarde godina dani trajali samo 18 sati, a čak i prije „samo“ 70 milijuna godina bili su za pola sata kraći nego danas. Trenutno se dan produljuje za oko 1,8 milisekundi po stoljeću.

Cijanobakterije su se pojavile prije otprilike 2,4 milijarde godina, a njihova masovna pojava dovela je do tzv. Velikog događaja oksigenacije, kada je došlo do naglog i značajnog porasta količine kisika u atmosferi. Bez tog događaja, smatraju znanstvenici, život na Zemlji – barem onakav kakav poznajemo – ne bi bio moguć.

Međutim, ostaje pitanje: zašto se taj događaj nije dogodio ranije? Odgovor su znanstvenici počeli tražiti u današnjim mikrobima u Srednjootočnoj ponikvi (Middle Island Sinkhole) u jezeru Huron, gdje se nalaze mikrobni slojevi koji predstavljaju suvremene analoge drevnih cijanobakterija.

U tim slojevima dolazi do dnevne smjene – noću se na površinu penju bijeli mikrobi koji konzumiraju sumpor, a s izlaskom Sunca oni se povlače i ustupaju mjesto ljubičastim cijanobakterijama koje započinju proces fotosinteze.

„Ipak, potrebno je nekoliko sati da cijanobakterije započnu proizvodnju kisika. Čini se da su više 'noćne ptice' nego 'jutarnji tipovi',” objasnila je geomikrobiologinja Judith Klatt iz Instituta Max Planck za morsku mikrobiologiju u Njemačkoj.

Produljenje dana omogućilo više kisika

Oceanograf Brian Arbic sa Sveučilišta Michigan postavio je pitanje – je li duljina dana kroz povijest Zemlje utjecala na učinkovitost fotosinteze? Kako bi to istražili, tim znanstvenika proveo je eksperimente i mjerenja i u prirodnom okruženju i u laboratorijima, a potom i modelirao procese povezivanja Sunčeve svjetlosti, fotosinteze i povijesti Zemljine rotacije.

„Intuitivno bismo rekli da su dva dana od 12 sati jednaka jednom danu od 24 sata – Sunce izlazi i zalazi dvostruko brže, a kisik se proizvodi proporcionalno. No zapravo nije tako, jer je otpuštanje kisika iz bakterijskih slojeva ograničeno brzinom molekularne difuzije,” objasnio je morski znanstvenik Arjun Chennu iz Leibnizovog centra za tropska morska istraživanja u Njemačkoj.

Upravo je to „suptilno razdvajanje” između proizvodnje kisika i svjetlosnog ciklusa ključno za razumijevanje mehanizma kojim se dani povezuju s razinama kisika.

Veza između molekula i gibanja planeta

Rezultati su ugrađeni u globalne modele koji prikazuju razine kisika kroz povijest, a pokazalo se da produljenje dana ne samo da je povezano s Velikim događajem oksigenacije, već i s Neoproterozojskim događajem oksigenacije, koji se dogodio prije otprilike 550 do 800 milijuna godina.

„Uspjeli smo povezati zakone fizike koji djeluju na vrlo različitim razmjerima – od molekularne difuzije do planetarne mehanike. Pokazali smo temeljnu vezu između duljine dana i količine kisika koju mogu proizvesti mikroorganizmi na tlu,” rekao je Chennu.

„To je doista uzbudljivo. Na taj način povezujemo ples molekula u mikrobnom sloju s plesom našeg planeta i njegova Mjeseca.”