นับตั้งแต่กำเนิดโลกเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน การหมุนของโลกค่อยๆ ช้าลง และวันเวลาก็นานขึ้นเรื่อยๆ
แม้ว่าการชะลอตัวของโลกจะไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจนในช่วงเวลาของมนุษย์ แต่ก็เพียงพอที่จะดำเนินการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในช่วงเวลาต่างๆ การเปลี่ยนแปลงอย่างหนึ่งอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุด อย่างน้อยสำหรับเรา วันที่ยาวนานขึ้นนั้นเชื่อมโยงกับการเติมออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลก ตามการศึกษาในปี 2021
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว (หรือไซยาโนแบคทีเรีย) ที่เกิดขึ้นและแพร่ขยายเมื่อประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อนจะสามารถผลิตออกซิเจนได้มากขึ้นเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญเนื่องจากวันเวลาของโลกยาวนานขึ้น
“คำถามที่ยั่งยืนในวิทยาศาสตร์โลกคือชั้นบรรยากาศของโลกได้รับออกซิเจนได้อย่างไร และปัจจัยใดที่ควบคุมได้เมื่อออกซิเจนเกิดขึ้น”นักจุลชีววิทยา Gregory Dickของมหาวิทยาลัยมิชิแกนอธิบายไว้ในปี 2021
“การวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าอัตราการหมุนของโลก หรืออีกนัยหนึ่งคือ ความยาววันของมัน อาจมีผลกระทบสำคัญต่อรูปแบบและจังหวะเวลาของการให้ออกซิเจนของโลก”
มีองค์ประกอบหลักสองประการในเรื่องนี้ ซึ่งเมื่อดูเผินๆ ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกันมากนัก ประการแรกคือการหมุนของโลกช้าลง
สาเหตุที่โลกหมุนช้าลงก็คือเพราะว่าพระจันทร์ทำให้เกิดแรงดึงดูดของโลกซึ่งทำให้เกิดการชะลอตัวของการหมุนตั้งแต่นั้นเป็นต้นมากำลังค่อยๆดึงออกไป
ตามบันทึกฟอสซิล เรารู้ว่าวันนั้นเป็นเพียงยาว 18 ชม1.4 พันล้านปีก่อน และสั้นลงครึ่งชั่วโมงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันเมื่อ 70 ล้านปีก่อน หลักฐานแสดงให้เห็นว่าเรากำลังได้รับ1.8 มิลลิวินาทีต่อศตวรรษ-
องค์ประกอบที่สองคือสิ่งที่เรียกว่าเหตุการณ์ออกซิเดชั่นครั้งใหญ่– เมื่อไซยาโนแบคทีเรียเกิดขึ้นในปริมาณมากจนชั้นบรรยากาศของโลกมีออกซิเจนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีนัยสำคัญ
หากไม่มีการเกิดออกซิเดชันนี้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าชีวิตอย่างที่เรารู้ว่ามันไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ดังนั้นถึงแม้ว่าไซยาโนแบคทีเรียอาจจะวันนี้ตาข้างหน่อยนะครับความจริงก็คือเราคงไม่อยู่ที่นี่ถ้าไม่มีพวกเขา
ยังมีอะไรอีกมากที่เราไม่รู้เกี่ยวกับเหตุการณ์นี้ รวมถึงคำถามอันร้อนแรงว่าทำไมมันถึงเกิดขึ้นเมื่อมันเกิดขึ้น และไม่ใช่ก่อนหน้านี้ในประวัติศาสตร์โลก
นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้จุลินทรีย์ไซยาโนแบคทีเรียเพื่อเชื่อมต่อจุดต่างๆ ในหลุมยุบเกาะกลางในทะเลสาบฮูรอน สามารถพบเสื่อจุลินทรีย์ที่คิดว่าคล้ายคลึงกับไซยาโนแบคทีเรียที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่
ไซยาโนแบคทีเรียสีม่วงที่ผลิตออกซิเจนผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงและจุลินทรีย์สีขาวที่เผาผลาญกำมะถัน แข่งขันกันในแผ่นจุลินทรีย์บนพื้นทะเลสาบ
ในเวลากลางคืน จุลินทรีย์สีขาวจะลอยขึ้นไปบนแผ่นจุลินทรีย์และทำสิ่งที่เคี้ยวกำมะถัน เมื่อถึงเวลารุ่งสาง และดวงอาทิตย์ขึ้นสูงเพียงพอบนท้องฟ้า จุลินทรีย์สีขาวจะล่าถอยและไซยาโนแบคทีเรียสีม่วงจะลอยขึ้นไปด้านบน
“ตอนนี้พวกมันสามารถเริ่มสังเคราะห์แสงและผลิตออกซิเจนได้แล้ว”จูดิธ แคลตต์ นักธรณีจุลชีววิทยากล่าวของสถาบันมักซ์พลังค์ด้านจุลชีววิทยาทางทะเลในประเทศเยอรมนี
“อย่างไรก็ตาม มันต้องใช้เวลาสองสามชั่วโมงก่อนที่พวกมันจะออกเดินทางจริงๆ ช่วงเช้ามีเวลาล่าช้ามาก ดูเหมือนว่าไซยาโนแบคทีเรียจะตื่นสายมากกว่าคนตอนเช้า”
ซึ่งหมายความว่าช่วงเวลากลางวันที่ไซยาโนแบคทีเรียสามารถสูบออกซิเจนออกมานั้นมีจำกัดมาก และข้อเท็จจริงนี้เองที่ดึงดูดความสนใจของนักสมุทรศาสตร์ Brian Arbic จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน เขาสงสัยว่าการเปลี่ยนแปลงความยาววันในประวัติศาสตร์โลกมีผลกระทบต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือไม่
"เป็นไปได้ว่าการแข่งขันที่คล้ายคลึงกันระหว่างจุลินทรีย์มีส่วนทำให้การผลิตออกซิเจนบนโลกยุคแรกเกิดล่าช้า"คลัตต์อธิบาย-
เพื่อแสดงให้เห็นถึงสมมติฐานนี้ ทีมงานได้ทำการทดลองและตรวจวัดจุลินทรีย์ทั้งในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและในห้องปฏิบัติการ พวกเขายังทำการศึกษาการสร้างแบบจำลองโดยละเอียดโดยอาศัยผลลัพธ์ในการเชื่อมโยงแสงแดดกับการผลิตออกซิเจนของจุลินทรีย์ และการผลิตออกซิเจนของจุลินทรีย์เข้ากับประวัติศาสตร์โลก
"สัญชาตญาณแนะนำว่าสองวันที่มี 12 ชั่วโมงควรจะคล้ายกับหนึ่งวันที่มี 24 ชั่วโมง แสงแดดขึ้นและตกเร็วเป็นสองเท่า และการผลิตออกซิเจนจะตามมาในขั้นตอนล็อค"อธิบายนักวิทยาศาสตร์ทางทะเล Arjun Chennuของศูนย์วิจัยทางทะเลเขตร้อนไลบ์นิซในประเทศเยอรมนี
"แต่การปล่อยออกซิเจนจากแผ่นแบคทีเรียไม่ได้เกิดขึ้น เพราะมันถูกจำกัดด้วยความเร็วของการแพร่กระจายของโมเลกุล การแยกออกซิเจนออกจากแสงแดดอย่างแนบเนียนนี้เป็นหัวใจสำคัญของกลไกนี้"
ผลลัพธ์เหล่านี้รวมอยู่ในแบบจำลองระดับออกซิเจนทั่วโลก และทีมงานพบว่าวันที่ยาวนานขึ้นนั้นเชื่อมโยงกับการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนในโลก ไม่ใช่แค่เหตุการณ์ Great Oxidation Event เท่านั้น แต่ยังมีออกซิเจนในชั้นบรรยากาศครั้งที่สองที่เรียกว่าเหตุการณ์ออกซิเจน Neoproterozoicเมื่อประมาณ 550 ถึง 800 ล้านปีก่อน
"เราเชื่อมโยงกฎฟิสิกส์ที่ทำงานในระดับต่างๆ กันอย่างมากมาย ตั้งแต่การแพร่กระจายของโมเลกุลไปจนถึงกลศาสตร์ของดาวเคราะห์ เราแสดงให้เห็นว่ามีความเชื่อมโยงพื้นฐานระหว่างความยาวของวันกับปริมาณออกซิเจนที่สามารถปล่อยออกมาจากจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่บนพื้นโลก"เฉินหนูกล่าว-
“มันน่าตื่นเต้นทีเดียว ด้วยวิธีนี้เราจึงเชื่อมโยงการเต้นรำของโมเลกุลในแผ่นจุลินทรีย์เข้ากับการเต้นรำของโลกและดวงจันทร์ของมัน”
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในธรณีศาสตร์ธรรมชาติ-
บทความนี้ฉบับก่อนหน้าเผยแพร่ในเดือนสิงหาคม 2021
