Древни бактерии са се нуждаели от повече слънчеви часове за фотосинтеза

От самото си формиране преди около 4,5 милиарда години нашата планета постепенно забавя своето въртене около оста си. Този процес, макар и незабележим в рамките на човешкия живот, е изиграл решаваща роля за еволюцията на биосферата. Според мащабно изследване, публикувано в авторитетното списание Nature Geoscience, именно удължаването на земните дни е ключът към едно от най-важните събития в историята – насищането на атмосферата с кислород.

Научният екип е открил пряка връзка между физичните закони на планетната механика и биологичните процеси на микроскопично ниво. Удължената продължителност на слънчевото греене е дала възможност на древните цианобактерии да произведат достатъчно кислород, за да се случи т.нар. Голямо кислородно събитие (Great Oxidation Event) преди около 2,4 милиарда години.

Битката на микробите в езерото Хюрън

За да докажат теорията си, учените са използвали уникална природна лаборатория – потъналата долина Мидъл Айлънд (Middle Island Sinkhole) в езерото Хюрън, САЩ. Условията там наподобяват тези на ранната Земя – водата е богата на сяра и бедна на кислород.

В тази среда се наблюдава динамично съревнование между два вида микроорганизми. Едните са бели бактерии, които се хранят със сяра, а другите са лилави фотосинтезиращи цианобактерии. През нощта, когато няма светлина, серните бактерии покриват дъното. Щом слънцето изгрее, те се оттеглят надолу, отстъпвайки място на цианобактериите, които започват да произвеждат кислород.

"Интуицията подсказва, че два 12-часови дни би трябвало да са еквивалентни на един 24-часов ден. Но слънчевата светлина изгрява и залязва два пъти по-бързо, а производството на кислород следва този ритъм," обясни морският учен Арджун Чену от Центъра за тропически морски изследвания в Германия.

Проблемът при по-късите дни в древността е бил, че цианобактериите имат нужда от време, за да "заработят" на пълни обороти. Те започват да отделят кислород с няколкочасово закъснение след изгрева. Когато денят е бил твърде кратък (например 6 или 18 часа), времевият прозорец за ефективна фотосинтеза е бил минимален.

Ролята на Луната

Забавянето на земното въртене е резултат основно от гравитационното влияние на Луната, която бавно се отдалечава от планетата ни. Този процес на "приливно триене" действа като спирачка за въртенето на Земята.

Палеонтологичните данни сочат, че преди 1,4 милиарда години едно денонощие е продължавало само 18 часа. Преди 70 милиона години то е било с около половин час по-кратко от днешното. Учените изчисляват, че продължителността на деня нараства средно с 1,8 милисекунди на всеки век.

Океанографът Брайън Арбик от Университета в Мичиган е първият, който допуска, че именно тази промяна в продължителността на деня е липсващото звено в пъзела на еволюцията.

Моделиране на историята

Чрез компютърни модели екипът е установил, че удължаването на дните е повлияло не само на първоначалното насищане с кислород, но и на втори ключов етап – Неопротерозойската кислородна революция, настъпила преди между 550 и 800 милиона години. Това потвърждава хипотезата, че ритъмът на въртене на планетата е предопределил темпото, с което животът е могъл да се развие и усложни.