Iako te promjene nisu primjetne tokom ljudskog života, one su kroz geološka razdoblja rezultirale značajnim transformacijama uključujući i jednu od ključnih prekretnica u istoriji planeta: oksigenaciju atmosfere.
Prema naučnoj studiji objavljenoj 2021. godine u časopisu Nature Geoscience, upravo su produženi 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 geonaukama 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 dužina 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 postepeno udaljava i time usporava rotaciju naše planete. Fosilni zapisi pokazuju da su prije 1,4 milijarde godina dani trajali samo 18 sati, a čak i prije „samo“ 70 miliona godina bili su za pola sata kraći nego danas. Trenutno se dan produžuje 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 naučnici, život na Zemlji – barem onakav kakav poznajemo – ne bi bio moguć.
Međutim, ostaje pitanje: zašto se taj događaj nije dogodio ranije? Odgovor su naučnici 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.
Produženje dana omogućilo više kisika
Oceanograf Brian Arbic sa Sveučilišta Michigan postavio je pitanje – je li dužina dana kroz istoriju Zemlje utjecala na učinkovitost fotosinteze? Kako bi to istražili, tim naučnika 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 naučnik 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 produženje dana ne samo da je povezano s Velikim događajem oksigenacije, već i s Neoproterozojskim događajem oksigenacije, koji se dogodio prije otprilike 550 do 800 miliona godina.
„Uspjeli smo povezati zakone fizike koji djeluju na vrlo različitim razmjerima – od molekularne difuzije do planetarne mehanike. Pokazali smo temeljnu vezu između dužine 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.”