Повышение кислорода на Земле связали с изменением скорости вращения планеты

Повышение уровня кислорода в начале истории Земли произошло вследствие замедления вращения планеты и увеличения продолжительности дня, определили ученые в исследовании, опубликованном 2 августа в журнале Nature Geoscience.

Международная исследовательская группа предположила, что увеличение продолжительности дня на ранней Земле, происходившее в связи с постепенным замедлением вращения молодой планеты, могло повысить количество кислорода, выделяемого фотосинтетическими цианобактериями.

Вывод ученых был основан на исследовании современных микробных сообществ, обитающих в экстремальных условиях на дне затопленной воронки озера Гурон, на глубине 25 метров. Вода в воронке на Мидл-Айленде богата серой и низким содержанием кислорода, а ярко окрашенные бактерии, которые там процветают, считаются хорошими аналогами одноклеточных организмов, которые образовали похожие колонии миллиарды лет назад, покрывая как поверхность суши, так и поверхность морского дна.

Исследователи показали, что увеличение продолжительности дня повышает количество кислорода, выделяемого фотосинтетическими микробными матами. Это открытие, в свою очередь, указывает на ранее не рассматривавшуюся связь между историей насыщения Земли кислородом и скоростью ее вращения. В то время как Земля сейчас вращается вокруг своей оси каждые 24 часа, продолжительность дня во время зарождения планеты составляла всего около 6 часов.

Цианобактерии, ранее известные как сине-зеленые водоросли, существуют уже миллиарды лет и были первыми организмами, которые поняли, как улавливать энергию солнечного света и использовать ее для получения органических соединений путем фотосинтеза, выделяя кислород в качестве побочного продукта. Считается, что распространение этих простых организмов, живущих в первобытных морях, позднее привело к появлению многоклеточных животных.

Танец микробов, который ежедневно повторяется на дне воронки на Мидл-Айленде, тонкие пурпурные и белые микробы пытаются занять свое положение в течение дня и по мере того, как условия окружающей среды медленно меняются. Белые бактерии, поедающие серу, физически покрывают пурпурные цианобактерии утром и вечером, блокируя их доступ к солнечному свету и не давая им осуществлять фотосинтез, производящий кислород.

Но когда уровень солнечного света повышается до критического порога, бактерии, окисляющие серу, мигрируют обратно под фотосинтезирующие цианобактерии, позволяя им начать производить кислород.

«Идея состоит в том, что при более короткой продолжительности дня и более коротком окне для условий высокой освещенности во второй половине дня эти белые бактерии, поедающие серу, будут находиться на вершине фотосинтетических бактерий в течение большей части дня, ограничивая выработку кислорода», — сказал научный сотрудник лаборатории Мичиганского университета Грегори Дик.

Ключом к пониманию предполагаемой связи между изменением продолжительности дня и насыщением Земли кислородом является то, что более длинные дни продлевают дневной период высокой освещенности, позволяя фотосинтетическим цианобактериям выделять больше кислорода.