Вчені з’ясували, чому на Землі так багато кисню і “звинуватили” в цьому Місяць і мікроби

Якщо б ми могли повернутися на Землю приблизно на три мільярди років назад, було б розумно взяти з собою засоби життєзабезпечення. На нашій планеті в той час було так мало кисню, що ми б швидко задихнулися.

Без придатного для дихання повітря ми б не змогли засвідчити ще одну особливість ранньої Землі – Сонце сходило приблизно кожні 6 годин. Нова теорія припускає, що більш короткі світлові дні і мінімальний вміст кисню в атмосфері в той час – не просто збіг.

На самому початку наша планета майже не містила кисню, але потім його рівень різко виріс приблизно до кількох відсотків від нинішньої кількості. Це сталося близько двох мільярдів років тому – епізод, який отримав назву Великої кисневої події.

Потім рівень кисню вирівнявся і тримався в одному діапазоні протягом тривалого періоду часу, який вчені називають Нудним мільярдом, перш ніж відбулося ще одне різке підвищення його кількості.

Кому ми можемо дякувати за повітря, придатне для дихання? Біологи вважають, що заслуга повинна бути віддана фотосинтезуючим мікробам, які виділяють кисень, виробляючи енергію з сонячного світла.

Ось тільки час подій не збігається. Такі мікроби еволюціонували задовго до того, як стався перший стрибок рівня кисню, і неясно, що могло їх уповільнити під час Нудного мільярда.

Тепер німецькі вчені з Інституту морської мікробіології Макса Планка виявили закономірність: з підвищенням рівня кисню дні на Землі ставали все довшими.

Дайвер досліджує мікробні мати в озері Гурон, штат Мічиган, США. Зображення: Phil Hartmeyer, NOAA Thunder Bay National Marine Sanctuary

На початку свого існування Земля здійснювала повний оборот приблизно за кожні шість годин. Але потім обертання поступово сповільнилося через сили тяжіння Місяця і приливне тертя, а дні стали довшими.

Але це поступове уповільнення не було постійним. Одна з теорій стверджує, що два типи припливів, – одні в океані, а інші в атмосфері, – могли протистояти і нейтралізувати один одного, утримуючи протяжність дня близько 21 години протягом приблизно мільярда років (період Нудного мільярда).

Вчені вирішили з’ясувати, як мікроби тієї епохи могли відреагувати на більш тривалі дні. Важливо відзначити, що виробництво кисню залежало від того, наскільки швидко змінюється денне світло. Коли Земля оберталася занадто швидко, ціанобактерії не могли досягти максимального вироблення кисню до настання сутінків. Але оскільки добове обертання Землі сповільнилося, вони змогли повністю реалізувати свій потенціал у виробництві кисню.

Вчені відзначили, що цей дуже незначний ефект, який працює кожен сонячний день протягом мільйонів років, міг зробити зміни, які тепер мають глобальне значення.

Щоб перевірити свою теорію, дослідники витягли зразки мікробних матів (багатошарових мікробних спільнот) з озера Гурон. Це були складні колонії з багатьма типами мікробів, в тому числі тими, які конкурують з ціанобактеріями за поглинання сонячних променів.

Частина мікробного мату в озері Гурон – бульбашки газу створюють витягнуту фігуру в центрі. Зображення: Phil Hartmeyer, NOAA Thunder Bay National Marine Sanctuary

Коли дослідники змоделювали тривалість дня в 12, 16, 21 і 24 години з використанням штучного світла, з’ясувалося, що бактерії виділяли найбільше кисню в найдовші дні – і навіть більше, ніж передбачала первісна модель.

Автори роботи відзначають, що їх висновки грунтуються на декількох припущеннях. Наприклад, згідно з літописом скам’янілостей, мікробних матів мало бути дуже багато. Але знання дослідників про швидкість обертання Землі і вміст кисню в далекому минулому також досить нечіткі.

Якщо пауза в уповільненні обертання Землі дійсно збігається зі Нудним мільярдом, їх теорія відповідає на всі інші питання. Довші дні приводили до збільшення кількості кисню, поки ціанобактерії не змогли подолати природну здатність Землі поглинати кисень, що викликало Велику кисневу подію. Потім обертання стабілізувалося (Нудний мільярд) і, нарешті, дні знову стали збільшуватися й рівень кисню підвищився.

Вчені чекають, що місячні камені, які будуть витягнуті в майбутніх місіях, можуть містити більш детальну інформацію про те, як Місяць сповільнював Землю під час припливів з плином часу. Вона може пролити світло на зв’язок між обертанням планети і кількістю повітря, яким ми дихаємо.