Více kyslíku díky prodlužování denního světla mohla pozemská atmosféra získat konkrétně ze sinic. Ty se na Zemi objevily a začaly se množit asi před 2,4 miliardou let, přičemž mohly produkovat kyslík jako vedlejší produkt svého metabolismu. Uvádí to nová studie, zveřejněná v Nature Geoscience.

"Otázkou, kde se vzal v pozemské atmosféře kyslík a jaké faktory to ovlivnily, se trvale zabývají vědci různých oborů. Náš výzkum naznačuje, že důležitý vliv na načasování a strukturu okysličování Země mohla mít rychlost, s jakou se Země otáčí kolem své osy, jinými slovy délka pozemského dne," sdělil serveru EurekAlert mikrobiolog  Gregory Dick z Michiganské univerzity.

Měsíc a sinice

Celý příběh lze podle studie, citované serverem Science Alert, nahlížet ze dvou rovin, jež spolu na první pohled příliš nesouvisejí. Tím prvním náhledem je fakt, že se rotace Země zpomaluje, což je dáno gravitačním působením Měsíce - ten se od Země postupně odtahuje, čímž zpomaluje její otáčení.

Podle vědců fosilní záznamy dokazují, že před 1,4 miliardou let trval jeden pozemský den pouze 18 hodin a ještě před 70 miliony let byl o půl hodiny kratší než dnes. To by naznačovalo, že během jednoho sta let získáme k dobru zhruba 1,8 milisekundy denní délky.

Druhou rovinu příběhu pak tvoří jistý dějinný okamžik, který je znám jako tzv. Velká oxidační událost - tedy chvíle, kdy se sinice objevily na Zemi v tak velkém množství, až došlo k prudkému a výraznému nárůstu kyslíku v pozemské atmosféře.

Bez této oxidace by život, jak ho známe, nemohl vzniknout; jakkoli tedy dnes nenahlížíme na výskyt sinic příliš přívětivě, faktem zůstává, že bez nich bychom tu pravděpodobně nebyli.

Jenže o této události, která měla tak zásadní dopad na celý další vývoj Země, vlastně stále ještě mnoho nevíme, včetně tak zásadních otázek, jako proč k ní došlo, když k ní konečně došlo, ani proč se to stalo právě před 2,4 miliardou let a ne někdy dříve v rané historii Země. 

Tajemství v jezerní propasti

Vědci studující mikroby sinic si ale nakonec přece jen začali jednotlivé dílky této skládačky spojovat. Napomohl jim k tomu objev mikrobiálních rohoží v podvodní propasti Sinkhole u pobřeží Středního ostrova v Huronském jezeře ve Spojených státech amerických. Právě tyto rohože, ležící na jezerním dně, považují vědci za obdobu sinic, jež vyvolaly Velkou oxidační událost.

Tyto rohože totiž tvoří zčásti fialové sinice produkující prostřednictvím fotosyntézy kyslík a zčásti bílé mikroby schopné trávit síru. V noci se dostávají na povrch rohoží mikroby živící se sírou a po rozednění, když Slunce vystoupá na obloze dostatečně vysoko, uvolní své místo purpurovým sinicím a opět se stáhnou.

"Sinice pak mohou prostřednictvím fotosyntézy začít produkovat kyslík. Trvá však několik hodin, než se opravdu rozjedou, ráno mívají velké zpoždění. Nejsou moc ranní ptáčata, jak se zdá, budí se spíš později," říká geomikrobioložka Judith Klattová z Ústavu Maxe Plancka pro mořskou mikrobiologii v Německu.

Z toho ovšem vyplývá, že denní doba, během níž mohou sinice vydávat kyslík, je velmi omezená - a právě tato skutečnost upoutala pozornost oceánografa Briana Arbica z Michiganské univerzity, který začal s Klattovou a jejími kolegy spolupracovat. Zajímalo ho, zda měla změna délky dne během historie Země vliv na fotosyntézu.

"Je možné, že právě podobný typ soutěže mezi různými druhy mikrobů přispěl k tomu, že se produkce kyslíku v raných dějinách Země zpozdila," vysvětluje Klattová.

Její tým se rozhodl dokázat tuto hypotézu tím, že začal provádět experimenty a měření jak na mikrobech žijících ve svém přirozeném prostředí, tak v umělých laboratorních podmínkách. Na základě dosažených výsledků pak vědci provedli podrobné modelové studie, které měly na jedné straně ukázat vztah mezi slunečním svitem a mikrobiální produkcí kyslíku a na druhé souvislost mikrobiální produkce kyslíku s planetární historií Země.

Mikrobi nestíhají

"Intuice by napovídala, že dva dvanáctihodinové dny budou podobné jednomu čtyřiadvacetihodinovému. Slunce bude stoupat a zapadat dvakrát rychleji, a návazně na to se bude stejně vyvíjet i produkce kyslíku. Jenže u uvolňování kyslíku z bakteriálních povlaků to tak nefunguje, protože toto uvolňování omezuje rychlost molekulární difuze. A právě toto jemné odpojení tempa výroby kyslíku od tempa slunečního svitu představuje jádro mechanismu," vysvětlil mořský vědec Arjun Chennu z německého Leibnizova střediska pro výzkum tropických moří.

Tým začlenil výsledky svých experimentů do globálních modelů kyslíkových hladin v atmosféře a zjistil, že zvýšení objemu kyslíku na Zemi ovlivnily prodlužující se dny - a že nešlo jen o Velkou oxidační událost, ale také o další, druhé atmosférické okysličení, nazývané Neoproterozoická okysličovací událost, k níž došlo zhruba před 800 milony až 550 miliony let. 

"V našem výzkumu spojujeme fyzikální zákony fungující v naprosto odlišných měřítcích, od molekulárních difuzí až po planetární mechaniku. To je docela vzrušující. Pohyb molekul v mikrobiálních povlacích tím propojujeme s pohybem naší planety a Měsíce a ukazujeme, že existuje zásadní souvislost mezi délkou pozemského dne a tím, kolik kyslíku mohou uvolnit mikrobi žijící na Zemi," uzavírá Chennu.