A földtörténeti kutatások jelenlegi állása szerint hozzávetőlegesen 2,4 milliárd évvel ezelőtt az oxigénkatasztrófa vagy oxigénkrízis, más néven a nagy oxigenizációs esemény (Great Oxygenation Event) drasztikus környezeti változást hozott, jelentősen megnőtt a Föld légkörének molekuláris oxigéntartalma. Ez tette lehetővé a ma ismert élet kialakulását a bolygón. Számos elmélet született már a hogyanról és a mikéntről, de a legújabb teória az eddigiektől eltérő magyarázattal rukkolt elő.

A Nature Geoscience folyóiratban hétfőn megjelent tanulmányukban német és amerikai kutatók összefüggést találtak az oxigenizáció és a Föld tengely körüli forgási sebessége között. A bolygó korai időszakának csillagászati modellezése és a kanadai Huron-tó sekély öbleinek alját borító mikrobiális szőnyegekből származó bizonyíték alapján szerintük a forgás lassulásával hosszabbodó nappalok tették lehetővé a fotoszintézis növekedését, így azt, hogy az ősi tengerekben molekuláris oxigén halmozódjon fel, majd innen a légkörbe kerüljön.

A tanulmányt ismertető Science szerint 2016-ban egy véletlenszerű felvetés nyomán Judith Klatt, a jelenleg a Max Planck Tengeri Mikrobiológiai Intézet biogeokémikusa felismerte, hogy összefüggés lehet a Föld forgási sebessége és a légköri oxigén mennyiségének növekedésében tapasztalható jelentős ugrások között.

A Hold Földtől való távolságának és az ebből eredő légköri és óceáni árapályoknak a modellezése alapján már korábban tudott volt, hogy a bolygó sokkal gyorsabban forgott a tengelye körül, mint ma. ezek szerint 4,5 milliárd évvel ezelőtt egy nap alig 6 óra hosszú volt. A modellek szerint körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt a Hold tömegvonzása 21 órásra növelte egy teljes nap időtartamát. A Föld forgási sebessége ezután körülbelül egymilliárd évig állandó maradt, mivel a Föld gravitációs vonzása ellensúlyozta a Holdét. Ezek az erők körülbelül 700 millió évvel ezelőtt felborultak, mivel a Föld és a Hold közötti rezonanciaciklus nem teljesen stabil, és a bolygó forgása lelassult a jelenlegi sebességre, ami 24 órás napot eredményezett.

Ismeretes az is, hogy a 2,4 milliárd évvel ezelőtti nagy oxigenizációs esemény után egymilliárd évvel ezelőtt is bekövetkezett egy jelentős mennyiségnövekedés, amit 400 millió évvel ezelőtt egy újabb követett. Klatt a Huron-tó üledékén növekvő mikrobiális szőnyegeket tanulmányozta, ahol a víz kellően sekély ahhoz, hogy a cianobaktériumok elegendő napfényt kapjanak a fotoszintézishez. És mivel a tó fenekéről oxigénhiányos víz és kéngéz bugyog fel, a körülmények a korai Föld viszonyait idézik. A mikrobiális szőnyegekből vett minták a biogeokémikus laboratóriumban vizsgálta, azt firtatva, hogy a halogénlámpákkal szimulált különböző időtartamú nappalok alatt mennyi oxigén szabadul fel – nem volt meglepő, hogy minél tovább tartott a fényexpozíció, annál nagyobb mennyiség.

Klatt és kollégái készítettek egy számítógépes modellt a globális oxigénkibocsátás kiszámítására, valamint annak kiderítésére, hogy a nappalok növekvő hossza valóban eredményezhette-e az oxigenizációs eseményeket. Kalkulációik szerint közvetlen a kölcsönhatás a napfényes órák száma és a mikrobiális szőnyegek oxigéntermelése között. Vagyis a nappalok hosszának növekedésével az egyébként éjszaka oxigént „beélegző” cianobaktériumok többletet kezdtek előállítani.

A teória arra is magyarázatot ad, hogy az oxigenizációs esemnyek előtt bő egymilliárd évvel már bizonyítottan gigantikus telepeket alkotó cianobaktériumok korábban miért nem voltak képesek erre a produkcióra, vagyis arra, hogy jelentős mennyiségű molekuláris oxigénnel töltsék meg a Föld korai légkörét.

Korábbi kapcsolódó cikkeink:

Ha az élet keletkezéséről van szó, a legkreatívabb fantázia sem tud versenyre kelni több százmillió év kémiai kísérleteivel

Vajna Tamás tudomány 2020. szeptember 21.

Az evolúciós átmenetek néven ismertté vált elméletet továbbfejlesztő budapesti iskola tagjai az elmúlt három évtized hazai eredményeit foglalták össze a Nature Reviews Chemistry-ben megjelent cikkükben. A tanulmány társszerzőjét, Szilágyi András biofizikust kérdeztük az élet eredetét firtató kutatásokról.

Magyar kutatók: a mai élet alapja egy komplex kémiai önreprodukáló automata

Vajna Tamás tudomány 2020. július 24.

A Nature Review Chemistry vaskos tanulmányban ismerteti a Szathmáry Eörs nevével fémjelzett magyar elméleti biológiai iskola eredményeit, amelyek feltárják a földi élet kialakulásának biokémiai folyamatait.

3,5 milliárd éves a legősibb földi életforma, amelyet ausztrál kutatók azonosítottak

Qubit.hu tudomány 2019. szeptember 30.

Mostantól biztosnak mondható, hogy a cianobaktériumok által létrehozott üledékszerkezetek, azaz a sztromatolitok a Földi élet legősibb nyomai.