La ralentización de la rotación de la Tierra podría afectar el contenido de oxígeno de la atmósfera.

El buceador observa los microbios morados, blancos y verdes que cubren las rocas en la isla central del lago Heron. Préstamo: Phil Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de NOAA

Días largos para los gérmenes ացում Aumento de oxígeno a la Tierra.

Prácticamente todo el oxígeno producido en la Tierra se produce mediante la fotosíntesis, inventada por pequeños organismos llamados cianobacterias cuando nuestro planeta aún estaba bastante deshabitado. Las ianobacterias Yan evolucionaron hace más de 2.400 millones de años, pero la Tierra evolucionó lentamente hasta convertirse en el planeta rico en oxígeno que conocemos hoy. «No entendemos completamente por qué tomó tanto tiempo determinar qué factores controlaban la saturación de oxígeno de la Tierra», dijo el geomicrobiólogo Jud Udid Klatt. «Pero cuando estaba investigando alfombras de cianobacterias en el lago Huron de la isla central de Horseshoe, que viven en condiciones similares a las de la Tierra, tuve una idea».

Mapa de la Cuenca de los Grandes Lagos, que muestra el contexto geológico. La flecha և círculo rojo indica la ubicación de varios agujeros sumergidos en el lago Huron, incluido el pozo de Middle Island. Préstamo Figura Biddanda et al. 2012, publicado en la revista Nature Education Knowledge ն Fuente: Granneman et al. 2000

Yan obobacteria se despierta tarde

Clett trabajó con un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan alrededor de Greg Dick. El agua de la cavidad de la isla central, donde el agua subterránea sale del fondo del lago, tiene muy poco oxígeno. «La vida en el fondo del lago es principalmente bacteriológica; sirve como un análogo funcional de las condiciones que han existido en nuestro planeta durante miles de millones de años», dijo Bobi Bidanda, microbiólogo y microbiólogo de la Universidad Estatal de Grand Valley. Las bacterias son principalmente cianobacterias púrpuras productoras de oxígeno que compiten con las bacterias oxidantes de azufre blancas. El primero produce energía a través de la luz solar, el segundo a través del azufre.

Alfombras bacteriológicas moradas en la cavidad de Middle Island, lago Huron, 2019 Junio: Las pequeñas colinas y esos «dedos» en las alfombras son causados ​​por gases como el metano, el sulfuro de hidrógeno, que son turbios debajo de ellos. Préstamo: Phil Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de la NOAA

Estas bacterias realizan un pequeño baile todos los días para sobrevivir. Las bacterias que comen azufre desde el anochecer hasta el amanecer se encuentran encima de las cianobacterias, bloqueando su acceso a la luz solar. Cuando sale el sol por la mañana, los comedores de azufre entran y las cianobacterias suben a la superficie de la alfombra. «Ahora pueden comenzar a realizar la fotosíntesis para producir oxígeno», explicó Klatt. «Sin embargo, pasan algunas horas antes de que realmente empiecen a trabajar, hay un gran retraso por la mañana. «Las yanobacterias se despiertan mucho más tarde que la gente por la mañana». Como resultado, su tiempo para la fotosíntesis se limita a unas pocas horas al día. Cuando el físico-oceanógrafo de la Universidad de Michigan Brian Arbik se enteró de este dilema de la danza bacteriológica, planteó una pregunta interesante.

Un pez picador posado sobre rocas cubiertas con alfombras bacteriológicas de color blanco púrpura dentro del arroyo del lago Huron Middle Island. Préstamo: Phil Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de la NOAA

La lluvia sobre la tierra no siempre ha sido las 24 horas del día. «Cuando se formó el sistema Tierra-Luna, los días eran mucho más cortos, posiblemente incluso seis horas», explicó Arbik. Luego, la rotación de nuestro planeta se ralentizó debido a la atracción gravitacional de la Luna, los días se alargaron. Algunos investigadores también estiman que la rotación de la Tierra se desaceleró durante aproximadamente mil millones de años, coincidiendo con un largo período de bajos niveles globales de oxígeno. Después de esa interrupción, cuando la rotación de la Tierra comenzó a desacelerarse nuevamente hace unos 600 millones de años, tuvo lugar otro cambio importante en la concentración global de oxígeno.

El geomicrobiólogo Jud Udit Clatt, ex becario postdoctoral en el Laboratorio de UM de Greg Dick y ahora el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, está raspando una alfombra bacteriológica de la parte superior de un núcleo sedimentario que se ha recolectado en la isla mediterránea. Crédito: Jim my Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

Después de notar un parecido sorprendente entre el patrón de velocidad de rotación de la oxigenación de la Tierra en escalas de tiempo geológico, Clatin tuvo la idea de que podría haber una conexión entre los dos. El abismo de la isla. “Me di cuenta de que la duración del día և el oxígeno se libera del concepto muy básico և básico de las alfombras bacterianas. «Hay menos tiempo para que los gradientes se desarrollen en días cortos, por lo que puede salir menos oxígeno de la alfombra», dijo Klatt.

El geomicrobiólogo de la UM, el oceanógrafo Greg Dick, a la izquierda, Kirk Olsen, graduado en ingeniería ambiental de la UM, estudia uno de los núcleos sedimentarios recolectados en el abismo de la Isla Media de Huron. Los granos contienen muestras de esteras microbianas que son análogas a las especies de microorganismos que florecieron en la Tierra hace miles de millones de años. Crédito: Jim my Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

De las esteras bacterianas al oxígeno global

Klat se unió a Arjun Chennu, quien en ese momento trabajaba en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina y ahora dirige su grupo en el Centro Leibniz de Estudios Marinos Retrospectivos (ZMT) en Bremen. Para este estudio, basado en software de código abierto desarrollado por Chennu, estudiaron cómo la dinámica de la luz solar está relacionada con la liberación de oxígeno de las alfombras. «La intuición sugiere que dos días de 12 horas deberían ser como un día de 24 horas. La luz de Ar sube y baja dos veces más rápido y la producción de oxígeno vuelve a la cerradura. Pero la liberación de oxígeno de las esteras bacterianas no significa que esté limitada por la velocidad de difusión molecular. «Esta sutil liberación de oxígeno de la luz de Ar está en el corazón del mecanismo», dijo Chenu.

Los buzos con trajes secos están listos para ingresar a las heladas aguas del lago Huron para recolectar muestras de alfombras bacterianas de la cueva de Middle Island en septiembre de 2017. la temperatura en el fondo del pozo, donde el agua menos rica en oxígeno y menos rica en oxígeno fluye hacia el fondo del lago. , puede estar a temperaturas inferiores a 40 ° C. Crédito: Jim my Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

Para comprender cómo los procesos cotidianos pueden afectar la oxigenación a largo plazo, Klat և y sus colegas incorporaron sus resultados en modelos globales de niveles de oxígeno. El análisis sugiere que el aumento de la liberación de oxígeno debido al cambio de día puede aumentar el nivel de oxígeno a nivel mundial. Es una conexión entre los «procesos globales» de la actividad de los pequeños organismos. “Conectamos las leyes de la física, que funcionan en escalas muy diferentes, desde la difusión molecular hasta la mecánica planetaria. «Demostramos que existe un vínculo fundamental entre la duración del día y la cantidad de oxígeno que pueden liberar las bacterias que viven en el suelo», dijo Chenu. «Simplemente llegó a nuestro conocimiento entonces. De esta manera conectamos la danza de las moléculas en la alfombra microbiana con la danza de nuestro planeta, su Luna ”.

El Sc racer salta desde el borde del Huracán R / V antes de aterrizar a unos 80 pies por debajo del fondo del submarino de Middle Island en septiembre de 2017. Préstamo Jim my Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

En general, los dos principales eventos de oxigenación en la historia de la Tierra (saltos en la concentración de oxígeno), hace más de dos mil millones de años, el Gran Evento de Oxidación, y más tarde el Evento de Oxigenación Neoproterozoica, pueden estar relacionados con el aumento de la luz del día. En consecuencia, aumentar las horas de luz podría ser suficiente para aumentar la productividad neta del bentos lo suficiente como para afectar los niveles de oxígeno atmosférico. «Tratar con esta amplia gama de escalas espaciales de tempo fue perturbador, muy divertido», concluye Klatt.

Referencia. «Posible conexión entre la rotación y la oxigenación de la Tierra» 2021 2 de agosto Geografía natural,
DOI: 10.1038 / s41561-021-00784-3: