تسبب تباطؤ دوران الأرض في زيادة الأكسجين

ساعد المزيد من ضوء النهار الأكسجين على الهروب من الحصائر الميكروبية.

إليكم فكرة جديدة حول كيف أصبحت الأرض كوكبًا غنيًا بالأكسجين: مع تباطؤ دوران كوكبنا ، تم غمر الميكروبات في فترات أطول من ضوء الشمس مما أدى إلى تسريع إطلاقها للأكسجين في الغلاف الجوي.إعلان

كل نفس تأخذه ممكنًا لأنه منذ بلايين السنين ، بدأت الحصائر الكثيفة من البكتيريا الزرقاء – أول حياة على الأرض – في إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي من . لكن العلماء ما زالوا لا يعرفون على وجه اليقين ما الذي أدى إلى حدوث حدثين تحوليين للأكسجين حولا الأرض من كوكب منخفض الأكسجين إلى عالم غني بالأكسجين حيث يمكن للكائنات المعقدة أن تتطور وتتنوع.

الآن ، حدد الباحثون عاملًا مهمًا كان من الممكن أن يحفز إطلاق الأكسجين الناتج عن الميكروبات: التباطؤ في دوران الأرض الذي بدأ منذ حوالي 2.4 مليار سنة. كانت الأرض تدور بسرعة أكبر عندما كانت كوكبًا حديث الولادة ، واستكملت منعطفًا في بضع ساعات فقط ، لكنها تباطأت تدريجيًا على مدى مئات الملايين من السنين. بمجرد وصول طول اليوم إلى عتبة معينة – ربما خلال فترات الأوكسجين الرئيسية هذه – قد تكون فترات أطول من ضوء الشمس قد مكنت المزيد من جزيئات الأكسجين من القفز من مناطق التركيز العالي (داخل حصائر البكتيريا) إلى مناطق التركيز المنخفض (الغلاف الجوي) حسب دراسة جديد.

وجد العلماء مؤخرًا أدلة على هذا الرابط في حفرة في قاع بحيرة هورون. يحدها ميتشجان في الولايات المتحدة وأونتاريو في كندا ، بحيرة هورون هي واحدة من أكبر بحيرات المياه العذبة في العالم. يبلغ قطر حفرة الجزيرة الوسطى بالبحيرة 300 قدم (91 مترًا) وتقع حوالي 80 قدمًا (24 مترًا) تحت السطح. هناك ، تغذي المياه الغنية بالكبريت الميكروبات الملونة التي تزدهر في بيئة منخفضة الأكسجين ، مثلما فعلت أشكال البكتيريا المبكرة على الأرض .

تعيش في أعماق المجاري الباردة نوعان من الميكروبات: البكتيريا الزرقاء التي تبحث عن ضوء الشمس ، والتي تنتج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي ، والبكتيريا البيضاء التي تستهلك الكبريت وتطلق الكبريتات بدلاً من ذلك. تتسابق الميكروبات على مدار اليوم ، حيث تغطي البكتيريا الآكلة للكبريت جيرانها الأرجواني في ساعات الصباح والمساء ، مما يمنع وصول الميكروبات الأرجوانية إلى الشمس. ومع ذلك ، عندما يكون ضوء النهار أقوى ، فإن الميكروبات البيضاء تتجنب الضوء وتهاجر إلى عمق المجرى ، تاركة البكتيريا الزرقاء الأرجوانية مكشوفة وبالتالي قادرة على التمثيل الضوئي وإطلاق الأكسجين.

كتب الباحثون في الدراسة أنه ربما كانت هناك منافسات مماثلة بين مجتمعات الميكروبات منذ مليارات السنين ، حيث أعاق تعرض البكتيريا المنتجة للأكسجين لأشعة الشمس من قبل الميكروبات المجاورة لها. بعد ذلك ، عندما أصبحت الأيام على الأرض أطول ، اكتسب صانعو الأكسجين مزيدًا من الوقت في ضوء الشمس – وأطلقوا المزيد من الأكسجين في الغلاف الجوي.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة: “لقد أدركنا أن هناك صلة أساسية بين ديناميات الضوء وإطلاق الأكسجين ، وأن هذا الارتباط يرتكز على فيزياء الانتشار الجزيئي ،” عندما تتسبب التغيرات الحرارية في هجرة الجزيئات من مناطق التركيز الأعلى إلى المناطق الأقل. جوديث كلات ، عالمة أبحاث في معهد ماكس بلانك للأحياء الدقيقة البحرية في بريمن ، ألمانيا.

قال كلات لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “سيتيح اليوم الأقصر كمية أقل من الأكسجين للهروب من السجادة ، حتى لو تم إنتاج نفس الكمية من الأكسجين في الساعة”.الحصائر الميكروبية الأرجوانية في مجوعة الجزيرة الوسطى في بحيرة هورون ، يونيو 2019. التلال الصغيرة و “الأصابع” مثل هذه الموجودة في الحصير ناتجة عن غازات مثل الميثان وكبريتيد الهيدروجين تتصاعد تحتها.

دوران الارض

الآن ، تكمل الأرض دورانًا كاملًا حول محورها مرة واحدة كل 24 ساعة ، ولكن منذ أكثر من 4 مليارات سنة ، كان اليوم يستمر حوالي ست ساعات فقط ، حسبما أفاد الباحثون. على مدى مليارات السنين ، أدى الرقص المستمر للأرض مع القمر إلى إبطاء دوران الكوكب من خلال عملية تُعرف باسم احتكاك المد والجزر. عندما تدور الأرض ، فإن سحب القمر (والشمس ، بدرجة أقل) يجذب محيطات الأرض. قال المؤلف المشارك في الدراسة بريان أربيك ، الأستاذ في قسم علوم الأرض والبيئة في كلية الآداب بجامعة ميشيغان ، إن هذا يمتد البحار بحيث ينتفخ بعيدًا عن مركز الأرض ، ويسحب الطاقة بعيدًا عن الدوران ويبطئها. العلوم والفنون.

هذا التباطؤ ضئيل ، لكنه أضاف ما يصل إلى ساعات من ضوء النهار الإضافي على مدى مئات الملايين من السنين ؛ وقال Arbic لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني إن التباطؤ لا يزال مستمراً اليوم.

وقال أربيك: “يستمر الاحتكاك بالمد والجزر في إبطاء معدل الدوران – ستستمر الأيام في الإطالة بمرور الوقت الجيولوجي”.غواص يراقب الميكروبات الأرجواني والأبيض والأخضر التي تغطي الصخور في حوض بحيرة هورون الأوسط.

نسمة من الهواء النقي

وضع الباحثون نموذجًا لسيناريوهات تختلف طول اليوم وهروب الأكسجين من الحصائر الميكروبية. عندما قارنوا نماذجهم بتحليل للحصائر الميكروبية المتنافسة المأخوذة من حفرة بالجزيرة الوسطى ، وجدوا تأكيدًا لتوقعاتهم: أطلقت بكتيريا التمثيل الضوئي المزيد من الأكسجين عندما كانت الأيام أطول.إعلان

لم يكن هذا بسبب أن الميكروبات أصبحت أكثر قدرة على التمثيل الضوئي. وقال المؤلف المشارك في الدراسة أرجون تشينو ، وهو عالم أبحاث في مركز لايبنيز للبحوث البحرية الاستوائية في بريمن ، إن السبب في ذلك هو أن الفترات الطويلة من ضوء الشمس تعني أن المزيد من الأكسجين يهرب من الحصائر في يوم واحد.

وقال تشينو في بيان “هذا الفصل الدقيق من الأكسجين المنبعث من ضوء الشمس هو جوهر الآلية.”

تشكل الغلاف الجوي للأرض بعد تشكل الكوكب وتبريده ، منذ حوالي 4.6 مليار سنة ، وكان يتكون في الغالب من كبريتيد الهيدروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون (CO2) – ما يعادل 200 ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغلاف الجوي اليوم ، وفقًا لمركز ابحاث البيئة سيمثسونيان.

تغير كل هذا بعد حدث الأكسدة العظيم (GOE) منذ حوالي 2.4 مليار سنة ، تلاه حدث الأكسجة في الأحياء الحديثة بعد حوالي 2 مليار سنة ، مما رفع الأكسجين في الغلاف الجوي إلى المستوى الحالي البالغ حوالي 21٪. تم ربط هذين الحدثين بالأكسجين سابقًا بنشاط البكتيريا الزرقاء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، ويشير هذا الدليل الجديد إلى أن هناك عاملًا آخر يمكن أن يكون نهارًا على الأرض – “وهو عامل لم يُنظر إليه إلى حد كبير سابقًا” – أصبح طويلاً بما يكفي لتحفيز إطلاق المزيد من الأكسجين من وقال كلات إن الحصائر الميكروبية تعمل “بالتوازي مع العوامل الأخرى التي سبق اقتراحها للأكسجين”.

نُشرت النتائج في 2 أغسطس في مجلة Nature Geoscience.

نُشر في الأصل على Live Science.