自从大约45亿年前形成以来，地球的自转速度逐渐减慢，白天也逐渐变长。
虽然地球的减速在人类时间尺度上并不明显，但足以在亿万年的时间里产生重大变化。其中一个变化可能是所有变化中最重要的，至少对我们来说是这样：根据 2021 年的一项研究，白昼的延长与地球大气层的氧化有关。
具体来说，大约 24 亿年前出现并增殖的蓝绿藻（或蓝藻）能够产生更多的氧气作为代谢副产品，因为地球的白天变长了。
“地球科学中一个持久的问题是地球大气层如何获得氧气，以及当这种氧化发生时哪些因素受到控制，”微生物学家格雷戈里·迪克密歇根大学在 2021 年做出了解释。
“我们的研究表明，地球自转的速度——换句话说，它的昼长——可能对地球氧合的模式和时间产生重要影响。”
这个故事有两个主要组成部分，乍一看，彼此之间似乎没有太多关系。首先是地球自转速度正在减慢。
地球自转减慢的原因是因为月亮对行星施加引力，从而导致自转减速正在逐渐远离。
我们知道，根据化石记录，那些日子只是时长18小时14亿年前，以及缩短半小时与七千万年前的今天相比。证据表明我们正在取得进展一世纪 1.8 毫秒。
第二个组成部分被称为大氧化事件– 当蓝藻大量出现时，地球大气中的氧气含量急剧上升。
科学家们认为，如果没有这种氧化作用，我们所知的生命就不可能出现。因此，尽管蓝藻可能今天警察有点侧眼，事实是，如果没有他们，我们可能不会在这里。
关于这一事件，我们还有很多不了解的地方，包括一些紧迫的问题，比如为什么它会在它发生的时候发生，而不是在地球历史的更早的某个时间发生。
科学家们通过研究蓝藻微生物将这些点联系起来。在休伦湖的中岛天坑中，可以发现微生物垫，这些微生物垫被认为是导致大氧化事件的蓝藻细菌的类似物。
通过光合作用产生氧气的紫色蓝藻和代谢硫的白色微生物在湖床上的微生物垫中竞争。
到了晚上，白色微生物会上升到微生物垫的顶部，开始咀嚼硫磺。当黎明破晓，太阳在天空中升起足够高的高度时，白色微生物退却，紫色蓝细菌升到顶部。
“现在它们可以开始光合作用并产生氧气，”地球微生物学家朱迪思·克拉特说德国马克斯·普朗克海洋微生物学研究所的教授。
“然而，它们需要几个小时才能真正开始行动，早上有很长的延迟。看来蓝藻比早起的人更晚起。”
这意味着蓝藻在白天释放氧气的时间非常有限，正是这一事实引起了密歇根大学海洋学家布莱恩·阿尔比克的注意。他想知道地球历史上白天长度的变化是否对光合作用产生了影响。
“微生物之间类似的竞争可能导致了早期地球氧气产生的延迟，”克拉特解释道。
为了证明这一假设，研究小组在自然环境和实验室环境中对微生物进行了实验和测量。他们还根据结果进行了详细的建模研究，将阳光与微生物产氧、微生物产氧与地球历史联系起来。
“直觉表明，两个 12 小时的一天应该与一个 24 小时的一天相似。阳光升起和落下的速度是其两倍，氧气的产生也同步进行，”海洋科学家 Arjun Chennu 解释道德国莱布尼茨热带海洋研究中心的教授。
“但细菌垫释放的氧气却不会，因为它受到分子扩散速度的限制。阳光中氧气释放的这种微妙的解偶联是该机制的核心。”
这些结果被纳入全球氧气水平模型中，研究小组发现，白天的延长与地球氧气的增加有关——不仅仅是大氧化事件，还有另一种称为“大氧化事件”的第二次大气氧化事件。新元古代氧化事件大约550至8亿年前。
“我们将在不同尺度上运行的物理定律联系在一起，从分子扩散到行星力学。我们表明，白天的长度和地面微生物可以释放多少氧气之间存在着根本的联系。”陈努说。
“这非常令人兴奋。通过这种方式，我们将微生物垫中分子的舞蹈与我们的星球及其月球的舞蹈联系起来。”
该研究发表于自然地球科学。
本文的早期版本于 2021 年 8 月发布。
