自從大約45億年前形成以來，地球的自轉速度逐漸減慢，白天也逐漸變長。
雖然地球的減速在人類時間尺度上並不明顯，但足以在億萬年的時間裡產生重大變化。其中一個變化可能是所有變化中最重要的，至少對我們來說是這樣：根據 2021 年的一項研究，白晝的延長與地球大氣層的氧化有關。
具體來說，大約 24 億年前出現並增殖的藍綠藻（或藍藻）能夠產生更多的氧氣作為代謝副產品，因為地球的白天變長了。
“地球科學中一個持久的問題是地球大氣層如何獲得氧氣，以及當這種氧化發生時哪些因素受到控制，”微生物學家格雷戈里·迪克密歇根大學在 2021 年做出了解釋。
“我們的研究表明，地球自轉的速度——換句話說，它的晝長——可能對地球氧合的模式和時間產生重要影響。”
這個故事有兩個主要組成部分，乍一看，彼此之間似乎沒有太多關係。首先是地球自轉速度正在減慢。
地球自轉減慢的原因是因為月亮對行星施加引力，從而導致自轉減速正在逐漸遠離。
我們知道，根據化石記錄，那些日子只是時長18小時14億年前，以及縮短半小時與七千萬年前的今天相比。證據表明我們正在取得進展一世紀 1.8 毫秒。
第二個組成部分被稱為大氧化事件– 當藍藻大量出現時，地球大氣中的氧氣含量急劇上升。
科學家們認為，如果沒有這種氧化作用，我們所知的生命就不可能出現。因此，儘管藍藻可能今天警察有點側眼，事實是，如果沒有他們，我們可能不會在這裡。
關於這一事件，我們還有很多不了解的地方，包括一些緊迫的問題，比如為什麼它會在它發生的時候發生，而不是在地球歷史的更早的某個時間發生。
科學家們通過研究藍藻微生物將這些點聯繫起來。在休倫湖的中島天坑中，可以發現微生物墊，這些微生物墊被認為是導致大氧化事件的藍藻細菌的類似物。
通過光合作用產生氧氣的紫色藍藻和代謝硫的白色微生物在湖床上的微生物墊中競爭。
到了晚上，白色微生物會上升到微生物墊的頂部，開始咀嚼硫磺。當黎明破曉，太陽在天空中升起足夠高的高度時，白色微生物退卻，紫色藍細菌升到頂部。
“現在它們可以開始光合作用並產生氧氣，”地球微生物學家朱迪思·克拉特說德國馬克斯·普朗克海洋微生物學研究所的教授。
“然而，它們需要幾個小時才能真正開始行動，早上有很長的延遲。看來藍藻比早起的人更晚起。”
這意味著藍藻在白天釋放氧氣的時間非常有限，正是這一事實引起了密歇根大學海洋學家布萊恩·阿爾比克的注意。他想知道地球歷史上白天長度的變化是否對光合作用產生了影響。
“微生物之間類似的競爭可能導致了早期地球氧氣產生的延遲，”克拉特解釋道。
為了證明這一假設，研究小組在自然環境和實驗室環境中對微生物進行了實驗和測量。他們還根據結果進行了詳細的建模研究，將陽光與微生物產氧、微生物產氧與地球歷史聯繫起來。
“直覺表明，兩個 12 小時的一天應該與一個 24 小時的一天相似。陽光升起和落下的速度是其兩倍，氧氣的產生也同步進行，”海洋科學家 Arjun Chennu 解釋道德國萊布尼茨熱帶海洋研究中心的教授。
“但細菌墊釋放的氧氣卻不會，因為它受到分子擴散速度的限制。陽光中氧氣釋放的這種微妙的解偶聯是該機制的核心。”
這些結果被納入全球氧氣水平模型中，研究小組發現，白天的延長與地球氧氣的增加有關——不僅僅是大氧化事件，還有另一種稱為“大氧化事件”的第二次大氣氧化事件。新元古代氧化事件大約550至8億年前。
“我們將在不同尺度上運行的物理定律聯繫在一起，從分子擴散到行星力學。我們表明，白天的長度和地面微生物可以釋放多少氧氣之間存在著根本的聯繫。”陳努說。
“這非常令人興奮。通過這種方式，我們將微生物墊中分子的舞蹈與我們的星球及其月球的舞蹈聯繫起來。”
該研究發表於自然地球科學。
本文的早期版本於 2021 年 8 月發布。
