Rotace Země se postupně zpomaluje, což nám pomohlo vysvětlit, proč máme kyslík

Od svého vzniku před zhruba 4,5 miliardami let se rotace Země postupně zpomaluje, a proto se její dny postupně prodlužují.

Zpomalování Země sice není v lidském měřítku patrné, ale stačí k tomu, aby se v průběhu eónů odehrály významné změny. Jedna z těchto změn je možná nejvýznamnější ze všech, alespoň pro nás: prodlužování dnů souvisí s okysličováním zemské atmosféry, jak vyplývá ze studie z roku 2021. Konkrétně sinice (neboli cyanobakterie), které se objevily a rozmnožily asi před 2,4 miliardami let, mohly produkovat více kyslíku jako vedlejší metabolický produkt, protože se na Zemi prodlužoval den.

„Trvalou otázkou ve vědách o Zemi bylo, jak se do zemské atmosféry dostával kyslík a jaké faktory řídily, kdy k tomuto okysličování docházelo,“ vysvětlil v roce 2021 mikrobiolog Gregory Dick z Michiganské univerzity. „Náš výzkum naznačuje, že rychlost, jakou se Země otáčí – jinými slovy délka jejího dne – mohla mít důležitý vliv na průběh a načasování okysličování Země.“

Tento příběh má dvě hlavní složky, které spolu na první pohled příliš nesouvisí. První je, že se rotace Země zpomaluje. Důvodem, proč se rotace Země zpomaluje, je gravitační přitažlivost Měsíce, která způsobuje zpomalení rotace, protože se Měsíc postupně vzdaluje.

Na základě fosilních záznamů víme, že před 1,4 miliardy let byly dny dlouhé jen 18 hodin a před 70 miliony let byly o půl hodiny kratší než dnes. Důkazy naznačují, že získáváme 1,8 milisekundy za století. Druhou složkou je něco, čemu se říká Velká oxidační událost – kdy se sinice objevily v tak velkém množství, že v zemské atmosféře došlo k prudkému a výraznému nárůstu kyslíku.

Vědci se domnívají, že bez této oxidace by život, jak ho známe, nemohl vzniknout; takže i když se na sinice dnes možná díváme trochu skrz prsty, faktem je, že bez nich bychom tu pravděpodobně nebyli. O této události toho stále mnoho nevíme, včetně palčivých otázek, proč k ní došlo právě tehdy, a ne někdy dříve v historii Země. Až vědci pracující s mikroby sinic to dokázali propojit. V propadlině Middle Island v Huronském jezeře se nacházejí mikrobiální rohože, které jsou považovány za obdobu sinic zodpovědných za Velkou oxidační událost.

V mikrobiální rohoži na dně jezera spolu soupeří fialové sinice, které fotosyntézou produkují kyslík, a bílé mikroby, které metabolizují síru. V noci se bílé mikroby dostávají na vrchol mikrobiální rohože a rozkládají síru. Když se rozední a Slunce vystoupá dostatečně vysoko na oblohu, bílé mikroby ustoupí a fialové sinice se dostanou nahoru. „Nyní mohou začít fotosyntetizovat a produkovat kyslík,“ řekla geomikrobioložka Judith Klattová z Ústavu Maxe Plancka pro mořskou mikrobiologii v Německu.

„Trvá však několik hodin, než se skutečně rozběhnou, ráno je dlouhá prodleva. Zdá se, že sinice jsou spíše opozdilci než ranní ptáčata.“ To znamená, že denní okno, ve kterém mohou sinice čerpat kyslík, je velmi omezené – a právě tato skutečnost upoutala pozornost oceánografa Briana Arbica z Michiganské univerzity. Zajímalo ho, zda změna délky dne v průběhu historie Země měla vliv na fotosyntézu.

„Je možné, že podobný typ konkurence mezi mikroby přispěl ke zpoždění produkce kyslíku na rané Zemi,“ vysvětlil Klatt. Aby tuto hypotézu prokázal, prováděl tým experimenty a měření na mikrobech, a to jak v jejich přirozeném prostředí, tak v laboratorních podmínkách. Na základě svých výsledků také provedli podrobné modelové studie, aby propojili sluneční světlo s mikrobiální produkcí kyslíku a mikrobiální produkci kyslíku s historií Země.

„Intuice napovídá, že dva dvanáctihodinové dny by měly být podobné jednomu 24hodinovému dni. Sluneční světlo stoupá a klesá dvakrát rychleji a produkce kyslíku se řídí stejným tempem,“ vysvětlil mořský vědec Arjun Chennu z Leibnizova centra pro tropický mořský výzkum v Německu. „Uvolňování kyslíku z bakteriálních rohoží však nikoli, protože je omezeno rychlostí molekulární difuze. Toto jemné odpojení uvolňování kyslíku od slunečního záření je jádrem mechanismu.“

Tyto výsledky byly začleněny do globálních modelů hladiny kyslíku a tým zjistil, že prodlužování dne souvisí s nárůstem množství kyslíku na Zemi – nejen s Velkou oxidační událostí, ale i s dalším, druhým okysličením atmosféry, které se nazývá neoproterozoická oxidační událost před přibližně 550 až 800 miliony let. „Propojujeme fyzikální zákony fungující na velmi rozdílných škálách, od molekulární difúze po planetární mechaniku. Ukázali jsme, že existuje zásadní souvislost mezi délkou dne a množstvím kyslíku, které mohou uvolnit mikrobi žijící na zemi,“ řekl Chennu.

„Je to docela vzrušující. Spojujeme tak tanec molekul v mikrobiální podložce s tancem naší planety a jejího Měsíce.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: nature.com, eurekalert.org, eurekalert.org