كتبت – شيرين فرج:
منذ تشكلها قبل حوالي 4.5 مليار سنة، بدأ دوران الأرض يتباطأ تدريجيًا، ونتيجةً لذلك، ازداد طول أيامها تدريجيًا.
مع أن تباطؤ دوران الأرض لا يُلاحظ على نطاقات الزمن البشري، فإنه كافٍ لإحداث تغييرات كبيرة على مر العصور. ولعل أحد هذه التغييرات هو الأهم على الإطلاق، على الأقل بالنسبة لنا: يرتبط طول الأيام بأكسجة الغلاف الجوي للأرض، وفقًا لدراسة أجريت عام 2021.
على وجه التحديد، كانت الطحالب الخضراء المزرقة (أو البكتيريا الزرقاء) التي ظهرت وتكاثرت قبل حوالي 2.4 مليار سنة قادرة على إنتاج المزيد من الأكسجين كمنتج ثانوي أيضي لأن أيام الأرض ازدادت طولًا.
أوضح عالم الأحياء الدقيقة، جريجوري ديك، من جامعة ميشيجان، عام ٢٠٢١: “من الأسئلة الدائمة في علوم الأرض كيفية حصول الغلاف الجوي للأرض على الأكسجين، وما هي العوامل التي تحكمت في حدوث هذه الأكسجة.. تشير أبحاثنا إلى أن معدل دوران الأرض – أي طول يومها – ربما كان له تأثير مهم على نمط وتوقيت أكسجة الأرض”.
هناك عنصران رئيسيان لهذه القصة، يبدو للوهلة الأولى أنهما غير مرتبطين ببعضهما البعض. الأول هو تباطؤ دوران الأرض.
يعود سبب تباطؤ دوران الأرض إلى تأثير جاذبية القمر عليها، ما يتسبب في تباطؤ دورانها نظرًا لتباعدها التدريجي.
نعلم، استنادًا إلى السجل الأحفوري، أن طول اليوم كان 18 ساعة فقط قبل 1.4 مليار سنة، أي أقل بنصف ساعة مما هو عليه اليوم قبل 70 مليون سنة. تشير الأدلة إلى أننا نكسب 1.8 مللي ثانية كل قرن.
المكون الثاني هو ما يُعرف بحدث الأكسدة العظيم – عندما ظهرت البكتيريا الزرقاء بكميات هائلة لدرجة أن الغلاف الجوي للأرض شهد ارتفاعًا حادًا وكبيرًا في الأكسجين.
يعتقد العلماء أنه لولا هذه الأكسدة لما ظهرت الحياة كما نعرفها؛ لذا، على الرغم من أن البكتيريا الزرقاء قد تُلقي نظرة جانبية اليوم، إلا أننا ربما لم نكن لنكون هنا لولاها.
لا يزال هناك الكثير مما نجهله عن هذا الحدث، بما في ذلك أسئلة ملحة مثل سبب حدوثه في ذلك الوقت وليس في وقت سابق من تاريخ الأرض.
تطلب الأمر من العلماء العمل على ميكروبات البكتيريا الزرقاء لربط النقاط. في حفرة الجزيرة الوسطى ببحيرة هورون، يمكن العثور على حصائر ميكروبية يُعتقد أنها تُشبه البكتيريا الزرقاء المسؤولة عن ظاهرة الأكسدة الكبرى.
تتنافس البكتيريا الزرقاء الأرجوانية التي تُنتج الأكسجين عبر عملية التمثيل الضوئي مع الميكروبات البيضاء التي تُحلل الكبريت، في حصائر ميكروبية على قاع البحيرة.
في الليل، ترتفع الميكروبات البيضاء إلى أعلى الحصائر الميكروبية وتقوم بعملية التهام الكبريت. عندما يأتي النهار، وترتفع الشمس عالياً في السماء، تتراجع الميكروبات البيضاء وترتفع البكتيريا الزرقاء الأرجوانية إلى الأعلى.
قالت جوديث كلات، عالمة الأحياء الدقيقة الجيولوجية من معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في ألمانيا: “الآن يُمكنها البدء في عملية التمثيل الضوئي وإنتاج الأكسجين”.
ومع ذلك، يستغرق الأمر بضع ساعات قبل أن تبدأ نشاطها، فهناك تأخير طويل في الصباح. يبدو أن البكتيريا الزرقاء تستيقظ متأخراً أكثر من كونها صباحية.
هذا يعني أن فترة النهار التي تستطيع البكتيريا الزرقاء خلالها ضخ الأكسجين محدودة للغاية – وهذه الحقيقة هي التي لفتت انتباه عالم المحيطات برايان أربيك من جامعة ميشيجان. تساءل عما إذا كان لتغير طول النهار على مر تاريخ الأرض تأثير على عملية التمثيل الضوئي.
وأوضحت كلات: “من المحتمل أن يكون نوع مماثل من التنافس بين الميكروبات قد ساهم في تأخر إنتاج الأكسجين على الأرض في مراحلها المبكرة”.
ولإثبات هذه الفرضية، أجرى الفريق تجارب وقياسات على الميكروبات، سواء في بيئتها الطبيعية أو في بيئة مختبرية. كما أجروا دراسات نمذجة مفصلة بناءً على نتائجهم لربط ضوء الشمس بإنتاج الأكسجين الميكروبي، وإنتاج الأكسجين الميكروبي بتاريخ الأرض.
وأوضح عالم البحار أرجون تشينو من مركز لايبنيز لأبحاث البحار الاستوائية في ألمانيا: “يشير الحدس إلى أن يومين من 12 ساعة يجب أن يكونا مماثلين ليوم واحد من 24 ساعة. يرتفع ضوء الشمس وينخفض أسرع بمرتين، ويتبعه إنتاج الأكسجين بنفس السرعة”.
لكن إطلاق الأكسجين من حصائر البكتيريا لا يحدث، لأنه محدود بسرعة الانتشار الجزيئي. هذا الانفصال الدقيق لإطلاق الأكسجين من ضوء الشمس هو جوهر الآلية.
أُدمجت هذه النتائج في نماذج عالمية لمستويات الأكسجين، ووجد الفريق أن طول الأيام مرتبط بزيادة أكسجين الأرض – ليس فقط بحدث الأكسدة العظيم، بل أيضًا بحدث أكسجة جوي ثانٍ آخر يُسمى حدث أكسجة الطلائع الحديثة، والذي حدث منذ حوالي 550 إلى 800 مليون سنة.
قال تشينو: “نربط قوانين الفيزياء التي تعمل على مقاييس مختلفة تمامًا، من الانتشار الجزيئي إلى ميكانيكا الكواكب. نُظهر وجود صلة جوهرية بين طول اليوم وكمية الأكسجين التي يمكن أن تطلقها الميكروبات الأرضية”.
إنه أمر مثير للاهتمام. بهذه الطريقة نربط حركة الجزيئات في الطبقة الميكروبية بحركة كوكبنا وقمره.
نُشر البحث في مجلة Nature Geoscience.
المصدر: Science Alert
اقرأ أيضا:
