Was hat der Mond mit Mikroben zu tun? (Jeff Williams/NASA) Seit ihrer Entstehung vor etwa 4,5 Milliarden Jahren hat sich die Rotation der Erde allmählich verlangsamt und ihre Tage wurden dadurch zunehmend länger.
Während die Verlangsamung der Erde auf menschlichen Zeitskalen nicht spürbar ist, reicht sie aus, um über Äonen hinweg erhebliche Veränderungen herbeizuführen. Eine dieser Veränderungen ist, wie neue Forschungsergebnisse zeigen, vielleicht die bedeutsamste von allen, zumindest für uns: Die Verlängerung der Tage wird nun mit der Sauerstoffanreicherung der Erdatmosphäre in Verbindung gebracht.
Insbesondere die Blaualgen (oder Cyanobakterien), die vor etwa 2,4 Milliarden Jahren entstanden und sich vermehrten, wären in der Lage gewesen, mehr Sauerstoff als Stoffwechselnebenprodukt zu produzieren, weil die Tage auf der Erde länger wurden.
„Eine anhaltende Frage in den Geowissenschaften ist, wie die Erdatmosphäre ihren Sauerstoff erhielt und welche Faktoren kontrollierten, wann diese Sauerstoffanreicherung stattfand.“ sagte der Mikrobiologe Gregory Dick der University of Michigan.
„Unsere Forschung legt nahe, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Erde dreht – mit anderen Worten die Tageslänge – einen wichtigen Einfluss auf das Muster und den Zeitpunkt der Sauerstoffanreicherung der Erde gehabt haben könnte.“
Es gibt zwei Hauptkomponenten dieser Geschichte, die auf den ersten Blick nicht viel miteinander zu tun zu haben scheinen. Das erste ist, dass sich die Drehung der Erde verlangsamt.
Der Grund dafür, dass sich die Erdrotation verlangsamt, ist weil der Mond übt eine Anziehungskraft auf den Planeten aus, was zu einer Rotationsverzögerung führt der Mond zieht sich allmählich zurück.
Aufgrund der Fossilienfunde wissen wir, dass die Tage gerecht waren 18 Stunden lang Vor 1,4 Milliarden Jahren und eine halbe Stunde kürzer als heute vor 70 Millionen Jahren. Es gibt Hinweise darauf, dass wir zulegen 1,8 Millisekunden pro Jahrhundert .
Die zweite Komponente ist etwas, das als bekannt ist Tolles Oxidationsereignis - als Cyanobakterien in so großen Mengen auftauchten, dass der Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre stark anstieg. Ohne diese Oxidation glauben Wissenschaftler, dass das Leben, wie wir es kennen, nicht hätte entstehen können; also, obwohl Cyanobakterien möglicherweise Cop heute ein bisschen Side-Eye Tatsache ist, dass wir ohne sie wahrscheinlich nicht hier wären.
Über dieses Ereignis wissen wir immer noch nicht viel, darunter auch so brennende Fragen wie die Frage, warum es zu diesem Zeitpunkt stattfand und nicht zu einem früheren Zeitpunkt in der Erdgeschichte.
Es waren Wissenschaftler nötig, die mit Cyanobakterien-Mikroben arbeiteten, um die Punkte zu verbinden. Im Middle Island Sinkhole im Huronsee können mikrobielle Matten gefunden werden, von denen man annimmt, dass sie ein Analogon der Cyanobakterien sind, die für das große Oxidationsereignis verantwortlich sind.
Lila Cyanobakterien, die durch Photosynthese Sauerstoff produzieren, und weiße Mikroben, die Schwefel verstoffwechseln, konkurrieren in einer mikrobiellen Matte auf dem Seegrund. Nachts steigen die weißen Mikroben an die Spitze der Mikrobenmatte und fressen Schwefel. Wenn der Tag anbricht und die Sonne hoch genug am Himmel steht, ziehen sich die weißen Mikroben zurück und die violetten Cyanobakterien steigen an die Spitze.
„Jetzt können sie mit der Photosynthese beginnen und Sauerstoff produzieren.“ sagte Geomikrobiologin Judith Klatt des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Deutschland.
„Allerdings dauert es ein paar Stunden, bis es richtig losgeht, morgens gibt es eine lange Verzögerung.“ „Die Cyanobakterien sind offenbar eher Langschläfer als Morgenmenschen.“
Das bedeutet, dass das Tagesfenster, in dem die Cyanobakterien Sauerstoff abpumpen können, sehr begrenzt ist – und genau diese Tatsache erregte die Aufmerksamkeit des Ozeanographen Brian Arbic von der University of Michigan. Er fragte sich, ob sich die veränderte Tageslänge im Laufe der Erdgeschichte auf die Photosynthese ausgewirkt hatte.
„Es ist möglich, dass eine ähnliche Art von Konkurrenz zwischen Mikroben zur Verzögerung der Sauerstoffproduktion auf der frühen Erde beigetragen hat“, Klatt erklärte .
Um diese Hypothese zu demonstrieren, führte das Team Experimente und Messungen an den Mikroben durch, sowohl in ihrer natürlichen Umgebung als auch in einer Laborumgebung. Sie führten auf der Grundlage ihrer Ergebnisse auch detaillierte Modellstudien durch, um Sonnenlicht mit der mikrobiellen Sauerstoffproduktion und die mikrobielle Sauerstoffproduktion mit der Erdgeschichte in Verbindung zu bringen.
„Die Intuition legt nahe, dass zwei 12-Stunden-Tage einem 24-Stunden-Tag ähneln sollten. „Das Sonnenlicht steigt und fällt doppelt so schnell und die Sauerstoffproduktion folgt im Gleichschritt“, erklärte der Meeresforscher Arjun Chennu des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung in Deutschland.
„Die Freisetzung von Sauerstoff aus Bakterienmatten ist jedoch nicht der Fall, da sie durch die Geschwindigkeit der molekularen Diffusion begrenzt ist.“ „Diese subtile Entkopplung der Sauerstofffreisetzung aus dem Sonnenlicht ist das Herzstück des Mechanismus.“
Diese Ergebnisse flossen in globale Modelle des Sauerstoffgehalts ein, und das Team fand heraus, dass die Verlängerung der Tage mit der Zunahme des Sauerstoffs auf der Erde zusammenhängt – nicht nur mit dem Großen Oxidationsereignis, sondern auch mit einer weiteren, zweiten atmosphärischen Sauerstoffanreicherung, der so genannten Neoproterozoisches Oxygenierungsereignis vor etwa 550 bis 800 Millionen Jahren.
„Wir verknüpfen Gesetze der Physik, die auf sehr unterschiedlichen Skalen wirken, von der molekularen Diffusion bis zur Planetenmechanik.“ „Wir zeigen, dass es einen grundlegenden Zusammenhang zwischen der Tageslänge und der Menge Sauerstoff gibt, die bodenbewohnende Mikroben freisetzen können“, sagte Chennu .
„Es ist ziemlich aufregend.“ Auf diese Weise verknüpfen wir den Tanz der Moleküle in der Mikrobenmatte mit dem Tanz unseres Planeten und seines Mondes.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturgeowissenschaften .