מאז היווצרותו לפני כ-4.5 מיליארד שנים, סיבובו של כדור הארץ הואט בהדרגה, והימים שלו התארכו בהדרגה כתוצאה מכך.
בעוד שההאטה של כדור הארץ אינה מורגשת בטווחי זמן אנושיים, זה מספיק כדי לבצע שינויים משמעותיים לאורך עידנים. אחד מהשינויים האלה הוא אולי המשמעותי מכולם, לפחות עבורנו: ימים מתארכים קשורים לחמצון האטמוספירה של כדור הארץ, לפי מחקר מ-2021.
באופן ספציפי, האצות הכחולה-ירוקה (או הציאנובקטריה) שהופיעו והתרבו לפני כ-2.4 מיליארד שנים היו מסוגלות לייצר יותר חמצן כתוצר לוואי מטבולי מכיוון שימי כדור הארץ התארכו.
"שאלה מתמשכת במדעי כדור הארץ הייתה כיצד האטמוספירה של כדור הארץ קיבלה את החמצן שלה, ואילו גורמים נשלטו כאשר החמצון הזה התרחש."המיקרוביולוג גרגורי דיקמאוניברסיטת מישיגן הסביר ב-2021.
"המחקר שלנו מצביע על כך שלקצב שבו כדור הארץ מסתובב - במילים אחרות, אורך היום שלו - עשויה להיות השפעה חשובה על דפוס ותזמון החמצן של כדור הארץ."
ישנם שני מרכיבים עיקריים לסיפור הזה, שבמבט ראשון, נראה שאין להם הרבה קשר זה עם זה. הראשון הוא שהספין של כדור הארץ מאט.
הסיבה שהספין של כדור הארץ מאט היאכי הירחמפעיל משיכה כבידה על הפלנטה, מה שגורם להאטה סיבובית מאזמתרחק בהדרגה.
אנו יודעים, בהתבסס על תיעוד המאובנים, שהימים היו צודקיםבאורך 18 שעותלפני 1.4 מיליארד שנים, וחצי שעה קצר יותרממה שהם היום לפני 70 מיליון שנה. הראיות מצביעות על כך שאנחנו מרוויחים1.8 מילישניות במאה.
הרכיב השני הוא משהו המכונהאירוע חמצון גדול- כאשר ציאנובקטריות צצו בכמויות כה גדולות עד שהאטמוספירה של כדור הארץ חוותה עלייה חדה ומשמעותית בחמצן.
ללא החמצון הזה, מדענים חושבים שהחיים כפי שאנו מכירים אותם לא היו יכולים להופיע; אז, למרות שציאנובקטריה עשויהשוטר קצת מבט צד היום, העובדה היא שכנראה לא היינו כאן בלעדיהם.
יש עדיין הרבה שאנחנו לא יודעים על האירוע הזה, כולל שאלות בוערות כמו למה זה קרה כשקרה ולא מתישהו קודם בהיסטוריה של כדור הארץ.
נדרשו מדענים שעבדו עם חיידקים ציאנובקטריאליים כדי לחבר את הנקודות. בבולען האי התיכון באגם הורון, ניתן למצוא מחצלות מיקרוביאליות הנחשבות כאנלוגיות של הציאנובקטריה האחראית לאירוע החמצון הגדול.
ציאנובקטריות סגולות המייצרות חמצן באמצעות פוטוסינתזה וחיידקים לבנים המעבירים חילוף חומרים גופרית, מתחרים במחצלת מיקרוביאלית על אגם האגם.
בלילה, החיידקים הלבנים עולים לחלק העליון של מחצלת החיידקים ועושים את מעשה הגופרית שלהם. כשהיום מגיע, והשמש זורחת מספיק גבוה בשמים, החיידקים הלבנים נסוגים והציאנובקטריה הסגולה עולים למעלה.
"עכשיו הם יכולים להתחיל לעשות פוטוסינתזה ולייצר חמצן",אמרה הגאומיקרוביולוגית ג'ודית קלאטשל מכון מקס פלנק למיקרוביולוגיה ימית בגרמניה.
"עם זאת, זה לוקח כמה שעות עד שהם באמת יוצאים לדרך, יש פיגור ארוך בבוקר. הציאנובקטריות הן די מאוחרות לקום מאשר אנשים בבוקר, כך נראה."
המשמעות היא שהחלון של היום שבו הציאנובקטריה יכולה לשאוב חמצן מוגבל מאוד - ועובדה זו היא שמשכה את תשומת לבו של האוקיינוגרף בריאן ארביק מאוניברסיטת מישיגן. הוא תהה אם לשינוי אורך היום במהלך ההיסטוריה של כדור הארץ הייתה השפעה על הפוטוסינתזה.
"ייתכן שסוג דומה של תחרות בין חיידקים תרם לעיכוב בייצור החמצן על כדור הארץ המוקדם",קלאט הסביר.
כדי להדגים השערה זו, הצוות ביצע ניסויים ומדידות בחיידקים, הן בסביבתם הטבעית והן במסגרת מעבדה. הם גם ביצעו מחקרי מידול מפורטים על סמך תוצאותיהם כדי לקשר בין אור השמש לייצור חמצן מיקרוביאלי, וייצור חמצן מיקרוביאלי להיסטוריה של כדור הארץ.
"האינטואיציה מציעה שיומיים של 12 שעות צריכים להיות דומים ליום אחד של 24 שעות. אור השמש עולה ויורד מהר פי שניים, וייצור החמצן מתרחש בשלב נעילה".הסביר מדען הים ארג'ון צ'נושל מרכז לייבניץ לחקר ימי טרופי בגרמניה.
"אבל שחרור חמצן מחצלות חיידקים לא עושה זאת, כי הוא מוגבל על ידי מהירות הדיפוזיה המולקולרית. הניתוק העדין הזה של שחרור חמצן מאור השמש הוא לב ליבו של המנגנון".
תוצאות אלו שולבו במודלים עולמיים של רמות חמצן, והצוות מצא כי ימים מתארכים קשורים לעלייה בחמצן של כדור הארץ - לא רק אירוע החמצון הגדול, אלא חימצון אטמוספרי נוסף, שנקרא "אירוע חמצון ניאופרוטרוזואיקלפני כ-550 עד 800 מיליון שנים.
"אנחנו קושרים יחד את חוקי הפיזיקה הפועלים בקנה מידה שונה בתכלית, מדיפוזיה מולקולרית ועד למכניקה פלנטרית. אנחנו מראים שיש קשר מהותי בין אורך היום לבין כמה חמצן יכול להשתחרר על ידי חיידקים השוכנים בקרקע."אמר צ'נו.
"זה די מרגש. בדרך זו אנו מקשרים את הריקוד של המולקולות במזרן המיקרוביאלי לריקוד של הפלנטה שלנו והירח שלו".
המחקר פורסם במדעי הגיאוגרפיה של הטבע.
גרסה קודמת של מאמר זה פורסמה באוגוסט 2021.
