كتب – باسل يوسف:
منذ تشكلها قبل حوالي 4.5 مليار سنة، كان دوران الأرض يتباطأ تدريجيًا، وأصبحت أيامها أطول تدريجيًا نتيجة لذلك.
في حين أن تباطؤ الأرض ليس ملحوظًا على المقاييس الزمنية البشرية، إلا أنه كافٍ لإحداث تغييرات كبيرة على مر العصور. ربما يكون أحد هذه التغييرات هو الأكثر أهمية على الإطلاق، على الأقل بالنسبة لنا: ترتبط إطالة الأيام بأكسدة الغلاف الجوي للأرض، وفقًا لدراسة منذ عام 2021.
على وجه التحديد، كانت الطحالب الخضراء المزرقة (أو البكتيريا الزرقاء) التي ظهرت وانتشرت منذ حوالي 2.4 مليار سنة قادرة على إنتاج المزيد من الأكسجين كمنتج ثانوي أيضي لأن أيام الأرض أصبحت أطول.
قال عالم الأحياء الدقيقة جريجوري ديك من جامعة ميشيجان “كان السؤال الدائم في علوم الأرض هو كيف حصل الغلاف الجوي للأرض على الأكسجين، وما هي العوامل التي تتحكم في حدوث هذا الأكسجين.. تشير أبحاثنا إلى أن معدل دوران الأرض – بمعنى آخر، طول يومها – ربما كان له تأثير مهم على نمط وتوقيت أكسدة الأرض”.
هناك عنصران رئيسيان لهذه القصة، يبدو للوهلة الأولى أنهما لا علاقة لهما ببعضهما البعض كثيرًا. الأول هو أن دوران الأرض يتباطأ.
السبب في تباطؤ دوران الأرض هو أن القمر يمارس قوة جاذبية على الكوكب، ما يتسبب في تباطؤ الدوران حيث يبتعد القمر تدريجيًا.
نعلم، بناءً على السجل الأحفوري، أن اليوم كان 18 ساعة فقط قبل 1.4 مليار سنة، و23.5 ساعة قبل 70 مليون سنة. تشير الأدلة إلى أننا نكسب 1.8 مللي ثانية في القرن.
المكون الثاني هو ما يُعرف بحدث الأكسدة العظيم – عندما ظهرت البكتيريا الزرقاء بكميات كبيرة لدرجة أن الغلاف الجوي للأرض شهد ارتفاعًا حادًا وكبيرًا في الأكسجين.
يعتقد العلماء أنه بدون هذه الأكسدة لم يكن من الممكن أن تنشأ الحياة كما نعرفها؛ لذا، على الرغم من أن البكتيريا الزرقاء قد تتعرض لبعض الاحتقار اليوم، فالحقيقة أننا ربما لم نكن لنوجد بدونها.
في حفرة ميدل آيلاند في بحيرة هورون، يمكن العثور على حصائر ميكروبية يُعتقد أنها نظيرة للبكتيريا الزرقاء المسؤولة عن حدث الأكسدة العظيم.
تتنافس البكتيريا الزرقاء الأرجوانية التي تنتج الأكسجين عن طريق التمثيل الضوئي والميكروبات البيضاء التي تستقلب الكبريت في حصيرة ميكروبية على قاع البحيرة.
في الليل، ترتفع الميكروبات البيضاء إلى أعلى الحصيرة الميكروبية وتقوم بوظيفتها في التهام الكبريت. وعندما يأتي النهار، وترتفع الشمس في السماء بدرجة كافية، تتراجع الميكروبات البيضاء وترتفع البكتيريا الزرقاء الأرجوانية إلى الأعلى.
قالت عالمة الأحياء الدقيقة الجيولوجية جوديث كلات من معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في ألمانيا: “الآن يمكنها أن تبدأ في التمثيل الضوئي وإنتاج الأكسجين.. ومع ذلك، يستغرق الأمر بضع ساعات قبل أن تبدأ في العمل حقًا، فهناك تأخير طويل في الصباح. يبدو أن البكتيريا الزرقاء تستيقظ متأخرة أكثر من كونها من الأشخاص الصباحيين”.
وهذا يعني أن نافذة النهار التي يمكن للبكتيريا الزرقاء خلالها ضخ الأكسجين محدودة للغاية – وكانت هذه الحقيقة هي التي لفتت انتباه عالم المحيطات برايان أربيك من جامعة ميشيجان. وتساءل عما إذا كان تغيير طول اليوم عبر تاريخ الأرض قد أثر على عملية التمثيل الضوئي.
“من الممكن أن يكون نوع مماثل من المنافسة بين الميكروبات قد ساهم في تأخير إنتاج الأكسجين على الأرض في وقت مبكر”، حسب جوديث كلات.
لإثبات هذه الفرضية، أجرى الفريق تجارب وقياسات على الميكروبات، سواء في بيئتها الطبيعية أو في بيئة معملية. كما أجروا دراسات نمذجة مفصلة بناءً على نتائجهم لربط ضوء الشمس بإنتاج الأكسجين الميكروبي، وإنتاج الأكسجين الميكروبي بتاريخ الأرض.
قال عالم البحار أرجون تشينو من مركز ليبنيز لأبحاث البحار الاستوائية في ألمانيا “البديهي أن يومين من 12 ساعة يجب أن يكونا مماثلين ليوم واحد من 24 ساعة. يرتفع ضوء الشمس وينخفض بسرعة مضاعفة، ويتبع إنتاج الأكسجين في نفس الوقت.. لكن إطلاق الأكسجين من الحصائر البكتيرية لا يحدث، لأنه محدود بسرعة الانتشار الجزيئي. هذا الانفصال الدقيق لإطلاق الأكسجين من ضوء الشمس هو جوهر الآلية”.
دُمجت هذه النتائج في نماذج عالمية لمستويات الأكسجين، ووجد الفريق أن إطالة الأيام كانت مرتبطة بزيادة الأكسجين على الأرض – ليس فقط حدث الأكسدة العظيم، ولكن حدث أكسدة جوي ثانٍ آخر يسمى حدث أكسدة النيوبروتيروزوي منذ حوالي 550 إلى 800 مليون سنة.
وقال تشينو: “نربط بين قوانين الفيزياء التي تعمل على مقاييس مختلفة تمامًا، من الانتشار الجزيئي إلى ميكانيكا الكواكب. ونُظهر أن هناك رابطًا أساسيًا بين طول اليوم وكمية الأكسجين التي يمكن أن تطلقها الميكروبات التي تعيش على الأرض.. إنه أمر مثير للغاية. بهذه الطريقة نربط رقص الجزيئات في الحصيرة الميكروبية برقصة كوكبنا وقمره”.
نُشر البحث في مجلة Nature Geoscience.
اقرأ أيضا:
