بر اساس یافته‌های نوین علمی، سرعت دوران زمین حول محور خود، از زمان شکل‌گیری آن در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، به طور پیوسته با روندی کاهشی مواجه بوده است. این فرآیند تدریجی سبب افزایش طول شبانه‌روز در مقیاس اعصار زمین گردیده است.
اگرچه چرخش کند سیاره زمین در مقیاس زمانی حیات انسانی محسوس نمی‌باشد، لیکن در طول دوره‌های زمین‌شناسی تغییرات قابل توجهی را رقم زده است. یکی از مهم‌ترین این تحولات، که برای تداوم حیات بر روی کره زمین از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است، ارتباط تنگاتنگ میان افزایش طول روزها و فرآیند اکسیژن‌دار شدن جو زمین می‌باشد.
مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۱ میلادی صورت پذیرفت، حاکی از آن است که افزایش تدریجی طول شبانه‌روز با ارتقاء سطح اکسیژن در جو زمین رابطه‌ای مستقیم دارد. به طور اخص، جلبک‌های سبز-آبی (سیانوباکتری‌ها)، که حدود ۲.۴ میلیارد سال پیش ظهور یافته و تکثیر یافتند، با بهره‌مندی از ساعات طولانی‌تر روز، قادر به تولید مقادیر بیشتری اکسیژن به عنوان محصول جانبی متابولیسم خود گردیدند.
تحقیقات متمرکز بر چرخش کند سیاره زمین
پروفسور گریگوری دیک، میکروبیولوژیست دانشگاه میشیگان، در سال ۲۰۲۱ میلادی در این خصوص اظهار داشتند:
«یکی از پرسش‌های دیرینه در علوم زمین، مکانیسم اکتساب اکسیژن توسط جو زمین و عوامل مؤثر در تعیین زمان‌بندی این فرآیند اکسیژن‌رسانی بوده است. تحقیقات ما نشان می‌دهد که سرعت دوران زمین، به عبارت دیگر، طول روز آن، می‌تواند تأثیر بسزایی بر الگو و زمان‌بندی اکسیژن‌رسانی زمین داشته باشد.»
در این پژوهش، دو عامل اساسی مورد بررسی قرار گرفته‌اند که در وهله نخست ممکن است فاقد ارتباط مستقیم به نظر آیند. عامل نخست، کاهش سرعت دوران سیاره زمین می‌باشد. علت اصلی این کاهش سرعت، نیروی گرانشی اعمال شده از سوی کره ماه بر سیاره زمین است.
این نیروی گرانشی سبب کاهش تدریجی سرعت دوران زمین می‌گردد، زیرا کره ماه نیز به تدریج از زمین دورتر می‌شود. شواهد به دست آمده از سوابق فسیلی مؤید آن است که ۱.۴ میلیارد سال پیش، طول روز تنها ۱۸ ساعت بوده است و ۷۰ میلیون سال پیش، روزها حدود نیم ساعت کوتاه‌تر از وضعیت کنونی بوده‌اند. همچنین، بررسی‌ها نشان می‌دهد که زمین در هر قرن حدود ۱.۸ میلی‌ثانیه به طول روز خود می‌افزاید.
عامل دوم در این پژوهش، پدیده‌ای است که تحت عنوان رویداد بزرگ اکسیژناسیون شناخته می‌شود. این رویداد به بازه زمانی اطلاق می‌گردد که سیانوباکتری‌ها به میزان قابل توجهی تکثیر یافته و در نتیجه، جو زمین شاهد افزایش چشمگیر و معناداری در سطح اکسیژن بوده است. دانشمندان بر این باورند که بدون وقوع این رویداد اکسیژناسیون، حیات به شکلی که امروزه شاهد آن هستیم، امکان ظهور بر روی کره زمین را نمی‌یافت. بنابراین، اگرچه ممکن است امروزه سیانوباکتری‌ها چندان مورد توجه قرار نگیرند، لیکن احتمالا بدون وجود آن‌ها، ما نیز وجود نمی‌داشتیم.
با این وجود، هنوز ابهامات متعددی در خصوص این رویداد وجود دارد، از جمله پرسش‌های مهمی نظیر اینکه چرا این رویداد در آن بازه زمانی خاص به وقوع پیوست و نه در زمان‌های پیشین در تاریخ زمین.
دانشمندانی که در زمینه میکروب‌های سیانوباکتری به تحقیق مشغول هستند، موفق به کشف ارتباطی بین این دو عامل گردیده‌اند. در گودال جزیره میانی واقع در دریاچه هورون، ساختارهای میکروبی شناسایی شده‌اند که تصور می‌رود مشابه سیانوباکتری‌های مسئول رویداد بزرگ اکسیژناسیون در اعصار گذشته باشند. در این ساختارها، سیانوباکتری‌های بنفش که از طریق فرآیند فتوسنتز اکسیژن تولید می‌کنند و میکروب‌های سفید که گوگرد را متابولیزه می‌نمایند، در یک تعامل همزیستی رقابتی برای بقا به سر می‌برند.
در طول شب، میکروب‌های سفید به لایه‌های فوقانی این ساختار میکروبی مهاجرت نموده و فعالیت گوگردخواری خود را به انجام می‌رسانند. با طلوع خورشید و افزایش شدت نور، میکروب‌های سفید به لایه‌های تحتانی عقب‌نشینی نموده و سیانوباکتری‌های بنفش به سطح می‌آیند.
دکتر جودیت کلات، ژئومیکروبیست از موسسه میکروبیولوژی دریایی ماکس پلانک در آلمان، در این خصوص بیان داشتند:
«در حال حاضر سیانوباکتری‌ها قادر به آغاز فرآیند فتوسنتز و تولید اکسیژن می‌باشند. با این حال، چند ساعت به طول می‌انجامد تا فعالیت واقعی آن‌ها آغاز گردد؛ در ساعات اولیه صبح یک تأخیر قابل توجه وجود دارد. به نظر می‌رسد سیانوباکتری‌ها در مقایسه با موجودات سحرخیز، با تأخیر بیشتری فعالیت خود را آغاز می‌نمایند.»
این تأخیر در آغاز فرآیند فتوسنتز و تولید اکسیژن در طول روزهای کوتاه‌تر زمین اولیه، بدان معنا بود که بازه زمانی که سیانوباکتری‌ها قادر به تولید اکسیژن بودند، به شدت محدود بوده است. این واقعیت توجه دکتر برایان آربیک، اقیانوس‌شناس از دانشگاه میشیگان را به خود جلب نمود. ایشان این پرسش را مطرح نمودند که آیا تغییر طول روز در طول تاریخ زمین بر میزان فتوسنتز این میکروارگانیسم‌ها تأثیرگذار بوده است یا خیر.
دکتر کلات در ادامه تشریح نمودند:
«احتمال وجود نوع مشابهی از رقابت بین میکروارگانیسم‌ها در تأخیر تولید اکسیژن در زمین اولیه وجود دارد.»
به منظور اثبات این فرضیه، تیم تحقیقاتی آزمایش‌ها و اندازه‌گیری‌هایی را بر روی این میکروارگانیسم‌ها، هم در محیط طبیعی و هم در شرایط آزمایشگاهی، به انجام رساند. ایشان همچنین بر اساس نتایج حاصله، مطالعات مدل‌سازی دقیقی را جهت بررسی ارتباط بین نور خورشید و تولید اکسیژن میکروبی، و در نهایت ارتباط این تولید اکسیژن با تاریخ زمین، انجام دادند.
دکتر آرجون چنو، دانشمند علوم دریایی از مرکز تحقیقات دریایی گرمسیری لایبنیز در آلمان، در این زمینه توضیح دادند:
«شهود اولیه ممکن است این تصور را ایجاد نماید که دو دوره ۱۲ ساعته روشنایی باید از نظر میزان اکسیژن تولید شده مشابه یک دوره ۲۴ ساعته باشد. در این حالت، تابش و غروب خورشید با سرعتی دو برابر رخ می‌دهد و به نظر می‌رسد تولید اکسیژن نیز به طور متناوب از آن تبعیت می‌نماید.»
با این حال، آزادسازی اکسیژن از ساختارهای باکتریایی فرآیندی ساده نبوده و با محدودیت سرعت انتشار مولکولی مواجه است. این تفکیک ظریف بین دریافت نور خورشید و آزادسازی اکسیژن، در مرکز این مکانیسم ارتباطی قرار دارد.
نتایج این تحقیقات در مدل‌های جهانی سطح اکسیژن در طول تاریخ زمین گنجانده شد. تیم تحقیقاتی دریافت که افزایش طول روزها با ارتقاء سطح اکسیژن زمین مرتبط است – نه تنها در رویداد بزرگ اکسیژناسیون، بلکه در یک رویداد اکسیژن‌رسانی جوی ثانویه موسوم به رویداد اکسیژن‌رسانی نئوپروتروزوئیک که حدود ۵۵۰ تا ۸۰۰ میلیون سال پیش به وقوع پیوست نیز این ارتباط مشاهده می‌گردد.
دکتر چنو در خاتمه اظهار داشتند:
«ما در این پژوهش، قوانین فیزیک را که در مقیاس‌های بسیار متفاوتی عمل می‌کنند، از انتشار مولکولی در سطح میکروبی گرفته تا مکانیک سیاره‌ای در سطح کلان، به یکدیگر پیوند می‌دهیم. ما نشان می‌دهیم که بین طول روز و میزان اکسیژنی که میکروارگانیسم‌های ساکن زمین قادر به آزادسازی آن هستند، یک ارتباط بنیادین وجود دارد. این یافته بسیار حائز اهمیت است، زیرا از این طریق ما رقص مولکول‌ها در بستر میکروبی را به رقص سیاره‌مان و قمر آن مرتبط می‌سازیم.»
__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __
