Πώς έγινε η Γη πλούσια σε οξυγόνο; Σύμφωνα με μια νέα θεωρία, καθώς η περιστροφή του πλανήτη μας επιβραδύνθηκε, τα μικρόβια εκτίθονταν σε περισσότερο ηλιακό φως, με αποτέλεσμα να απελευθερώνουν περισσότερο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα.
Κάθε αναπνοή που παίρνετε είναι δυνατή επειδή πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, πυκνές στρώσεις κυανοβακτηρίων – των πρώτων οργανισμών στη Γη – άρχισαν να παράγουν οξυγόνο ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης. Ωστόσο οι επιστήμονες δεν γνώριζαν ακόμη με βεβαιότητα τι προκάλεσε τα δύο μετασχηματιστικά γεγονότα οξυγόνωσης που μετέτρεψαν τη Γη από έναν πλανήτη με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο σε έναν κόσμο πλούσιο σε αυτό, όπου οι πολύπλοκοι οργανισμοί μπορούσαν να εξελιχθούν και να διαφοροποιηθούν.
Τώρα, οι ερευνητές εντόπισαν έναν σημαντικό παράγοντα που θα μπορούσε να ωθήσει την απελευθέρωση του οξυγόνου που παράγεται από τα μικρόβια: τις επιβραδύνσεις στην περιστροφή της Γης που άρχισαν πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Η Γη περιστρεφόταν ταχύτερα όταν ήταν ένας νεογέννητος πλανήτης και ολοκλήρωνε μια περιστροφή σε μόλις μερικές ώρες, αλλά επιβραδύνθηκε σταδιακά κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών. Μόλις η διάρκεια της ημέρας έφτανε ένα ορισμένο όριο – πιθανώς κατά τη διάρκεια αυτών των βασικών περιόδων οξυγόνωσης – οι μεγαλύτερες αποστάσεις ηλιακού φωτός μπορεί να επέτρεπαν σε περισσότερα μόρια οξυγόνου να μεταπηδούν από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης (στο εσωτερικό των βακτηριακών στρωμάτων) σε περιοχές χαμηλότερης συγκέντρωσης (στην ατμόσφαιρα), σύμφωνα με μια νέα μελέτη.
Οι επιστήμονες βρήκαν πρόσφατα ενδείξεις για τη σχέση αυτή σε μια καταβόθρα στον πυθμένα της λίμνης Χιούρον, η οποία συνορεύει με το Μίσιγκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες και με το Οντάριο στον Καναδά. Πρόκειται για μία από τις μεγαλύτερες λίμνες γλυκού νερού στον κόσμο. Η καταβόθρα Middle Island Sinkhole της λίμνης έχει διάμετρο 91 μέτρα και βρίσκεται περίπου 24 μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Εκεί, το πλούσιο σε θείο νερό, τρέφει πολύχρωμα μικρόβια που ευδοκιμούν σε ένα περιβάλλον με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο, όπως έκαναν και οι πρώτες μορφές βακτηρίων στη Γη.
Στα ψυχρά βάθη της καταβόθρας ζουν δύο είδη μικροβίων: τα μωβ κυανοβακτήρια που αναζητούν το ηλιακό φως και παράγουν οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης, και τα λευκά βακτήρια, τα οποία καταναλώνουν θείο και απελευθερώνουν θειικά άλατα. Τα λευκά βακτήρια καλύπτουν τους μωβ γείτονές τους τις πρωινές και τις βραδινές ώρες, εμποδίζοντας την πρόσβαση των μωβ μικροβίων στον ήλιο. Ωστόσο, τα λευκά μικρόβια αποφεύγουν το έντονο φως της ημέρας και μεταναστεύουν βαθύτερα μέσα στην καταβόθρα, αφήνοντας τα μωβ κυανοβακτήρια ελεύθερα να φωτοσυνθέσουν και να απελευθερώσουν οξυγόνο.
Μπορεί να υπήρχαν παρόμοιοι ανταγωνισμοί μεταξύ των κοινοτήτων των μικροβίων πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, έγραψαν οι ερευνητές στη μελέτη. Στη συνέχεια, καθώς οι ημέρες στη Γη γίνονταν μεγαλύτερες, οι παραγωγοί οξυγόνου κέρδιζαν περισσότερο χρόνο στο φως του ήλιου – και απελευθέρωναν περισσότερο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα.
«Συνειδητοποιήσαμε ότι υπάρχει μια θεμελιώδης σχέση μεταξύ της δυναμικής του φωτός και της απελευθέρωσης οξυγόνου, και αυτή η σχέση βασίζεται στη φυσική της μοριακής διάχυσης, όταν οι θερμικές αλλαγές προκαλούν τη μετανάστευση μορίων από περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης σε χαμηλότερες», δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Τζούντιθ Κλατ, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Max Planck για τη θαλάσσια μικροβιολογία, στη Βρέμη της Γερμανίας.
«Μια μικρότερη σε διάρκεια ημέρα θα επέτρεπε σε λιγότερο οξυγόνο να διαφύγει από ένα στρώμα, ακόμη και αν παράγεται η ίδια ποσότητα ανά ώρα», πρόσθεσε η επιστήμονας.
Κύκλος περιστροφής
Τώρα, η Γη ολοκληρώνει μια πλήρη περιστροφή γύρω από τον άξονά της μία φορά κάθε 24 ώρες, αλλά πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η ημέρα διαρκούσε περίπου έξι ώρες, ανέφεραν οι ερευνητές. Με την πάροδο δισεκατομμυρίων ετών, ο συνεχής «χορός» της Γης με το φεγγάρι επιβράδυνε την περιστροφή του πλανήτη μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως παλιρροϊκή τριβή. Καθώς η Γη περιστρέφεται, η έλξη του φεγγαριού -και του ήλιου, σε μικρότερο βαθμό- έλκει τους ωκεανούς της Γης με αποτέλεσμα οι θάλασσες να διογκώνονται μακριά από το κέντρο της Γης, απορροφώντας ενέργεια από την περιστροφή και επιβραδύνοντας την, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Μπράιαν Άρμπικ, καθηγητής στο τμήμα Γεωεπιστημών και Περιβαλλοντικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.
Αυτή η επιβράδυνση είναι μικρή, αλλά προστέθηκε σε ώρες πρόσθετου φωτός ημέρας κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, και η επιβράδυνση συνεχίζεται ακόμη και σήμερα, δήλωσε ο Άρμπικ στο Live Science.
«Η παλιρροϊκή τριβή συνεχίζει να επιβραδύνει τον ρυθμό περιστροφής και έτσι οι ημέρες θα συνεχίσουν να επιμηκύνονται κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου», δήλωσε ο επιστήμονας.
Οι ερευνητές μοντελοποίησαν σενάρια που διαφοροποιούσαν τη διάρκεια της ημέρας και τη διαφυγή οξυγόνου από τα μικροβιακά στρώματα. Όταν συνέκριναν τα μοντέλα τους με μια ανάλυση των ανταγωνιστικών μικροβιακών στρωμάτων που πήραν δείγμα από την καταβόθρα Middle Island Sinkhole, επιβεβαιώθηκαν οι προβλέψεις τους. Τα φωτοσυνθετικά βακτήρια απελευθέρωναν περισσότερο οξυγόνο όταν οι ημέρες ήταν μεγαλύτερες σε διάρκεια.
Αυτό δεν συνέβαινε επειδή τα μικρόβια φωτοσυνθέτουν περισσότερο- αλλά μάλλον επειδή στις μεγαλύτερες περιόδους ηλιακού φωτός, διέφευγε περισσότερο οξυγόνο από τα στρώματα μέσα σε μία ημέρα, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Άρτζουν Τσένου, ερευνητής στο Κέντρο Τροπικών Θαλάσσιων Ερευνών Leibniz στη Βρέμη.
«Αυτή η μικρή αποσύνδεση της απελευθέρωσης οξυγόνου από το ηλιακό φως βρίσκεται στην καρδιά του μηχανισμού», δήλωσε ο ερευνητής.
Η ατμόσφαιρα της Γης διαμορφώθηκε μετά το σχηματισμό και την ψύξη του πλανήτη, πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, και αποτελούνταν κυρίως από υδρόθειο, μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) – έως και 200 φορές μεγαλύτερη ποσότητα CO2 από ό,τι υπάρχει σήμερα στην ατμόσφαιρα, σύμφωνα με το Κέντρο Περιβαλλοντικών Ερευνών Smithsonian.
Όλα αυτά άλλαξαν μετά το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης (Great Oxidation Event – GOE) πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, το οποίο ακολουθήθηκε από το Νεοπροτεροζωικό Γεγονός Οξυγόνωσης περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, φέρνοντας το ατμοσφαιρικό οξυγόνο στο σημερινό επίπεδο του 21% περίπου. Αυτά τα δύο γεγονότα οξυγόνωσης έχουν προηγουμένως συνδεθεί με τη δραστηριότητα των κυανοβακτηρίων που φωτοσυνθέτουν, και αυτά τα νέα στοιχεία υποδηλώνουν ότι ένας άλλος παράγοντας θα μπορούσε να αποτελεί τη μέρα στη Γη. ‘Ένας παράγοντας που δεν είχε προηγουμένως ληφθεί υπόψη σε μεγάλο βαθμό ο οποίος θα μπορούσε να γίνει αρκετά μεγάλος ώστε να προκαλέσει την απελευθέρωση ακόμη περισσότερου οξυγόνου από μικροβιακά στρώματα, λειτουργώντας «παράλληλα με τους άλλους προηγουμένως προτεινόμενους παράγοντες οξυγόνωσης», δήλωσε η Κλατ.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στις 2 Αυγούστου στο επιστημονικό περιοδικό «Nature Geoscience».
ΠΗΓΗ: Live Science
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος