La desaceleración de la rotación de la Tierra puede haber afectado el contenido de oxígeno de la atmósfera.

El buceador observa microbios púrpuras, blancos y verdes que cubren las rocas en el sumidero de la isla central del lago Huron. Crédito: Bill Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de NOAA

Día largo para los microbios y aumento del oxígeno en la Tierra.

Todo el oxígeno de la Tierra es producido por la fotosíntesis, que fue descubierta por criaturas diminutas, las cianobacterias, cuando nuestro planeta aún era inhabitable. Las cianobacterias se originaron hace 2.400 millones de años, pero la Tierra se convirtió lentamente en el planeta rico en oxígeno que conocemos hoy. “No entendemos completamente por qué esto tomó tanto tiempo y qué factores controlaron la oxidación de la Tierra”, dijo la microbióloga terrestre Judith Claude. “Pero mientras estudiaba las esteras de cianobacterias en el sumidero de la isla central en el lago Huron en Michigan, mientras vivía en condiciones similares a las de la Tierra primitiva, tuve una idea”.

Mapa patiométrico de la cuenca de los Grandes Lagos

Mapa de cuenca de grandes lagos que muestra el entorno geográfico. La flecha y el círculo rojo indican varios sumideros Huron sumergidos, incluido el Singhole de Middle Island. Crédito: Imagen de Pithanda et al. 2012, publicado en Nature Education Knowledge, derivado originalmente de Granneman et al. 2000

Las cianobacterias surgen tarde

Claude trabajó con un equipo de investigadores en torno a Greg Tick de la Universidad de Michigan. El agua de la cuenca mediterránea, donde el agua subterránea sale del fondo del lago, tiene muy poco oxígeno. Bobby Pitanda, ecologista microbiológico conjunto de la Universidad Estatal de Grand Valley, dice: El primero genera energía con la luz solar, el segundo con la ayuda de azufre.

Microbios morados sumergen la Isla Central

Micro esteras púrpuras en Central Island Singol en el lago Huron, junio de 2019. Pequeñas colinas y “dedos” en los tapetes causados ​​por gases como el metano y el sulfuro de hidrógeno. Crédito: Bill Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de NOAA

Para sobrevivir, esta bacteria realiza un pequeño baile todos los días: desde el anochecer hasta el amanecer, las bacterias que comen azufre se encuentran encima de las cianobacterias y bloquean el acceso a la luz solar. Cuando sale el sol de la mañana, los comedores de azufre se mueven hacia abajo y las cianobacterias suben a la superficie de la alfombra. “Ahora pueden empezar a producir fotosíntesis y oxígeno”, explicó Claude. “Sin embargo, en realidad les quedan unas pocas horas, y hay un gran revés por la mañana. Las cianobacterias parecen despertarse más tarde que las de la mañana. Como resultado, su tiempo para la fotosíntesis es de solo unas pocas horas al día. Cuando preguntó, planteó una pregunta intrigante: “¿Significa esto que cambiar la duración de la luz del día afectará la fotosíntesis en la historia de la Tierra?”

Pez barbot descansando sobre rocas

Un pez lota descansando sobre rocas cubiertas por micro-esteras púrpuras y blancas dentro de Singhole, la isla central del lago Huron. Crédito: Bill Hartmeyer, Santuario Marino Nacional Thunder Bay de NOAA

La duración del día en la tierra no siempre es de 24 horas. “Cuando se formó el sistema Tierra-Luna, los días eran muy cortos, tal vez incluso menos de seis horas”, explicó Orbic. La rotación de nuestro planeta disminuye debido a la gravedad y la fricción de las mareas de la luna y los días son más largos. Algunos investigadores afirman que la rotación de la Tierra se ha interrumpido durante aproximadamente mil millones de años, lo que es consistente con los niveles globales de oxígeno a largo plazo. Después de esa interrupción, cuando la rotación de la Tierra comenzó a disminuir nuevamente hace unos 600 millones de años, ocurrió otro cambio importante en las concentraciones globales de oxígeno.

Microbióloga terrestre Judith Claude

La geomicrobióloga Judith Claude, ex investigadora de posgrado en el Laboratorio de UM de Greg Dick, ahora examina una estera microscópica en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, recolectando sedimentos de la parte superior de un centro sedimentario recolectado en Central Island Singol en Huron Lake. Crédito: Jim Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

Después de observar las similitudes entre las tasas de oxidación y rotación de la Tierra en escalas de tiempo geográficas, Claude se inspiró en la idea de que podría haber una conexión entre los dos: el surco de la isla de enlace que iba más allá de la regresión fotosintética del “aumento tardío”. “Me di cuenta de que la duración de la luz del día y la liberación de oxígeno de las esteras microbianas están relacionadas con un concepto muy básico y básico: en días cortos, hay menos tiempo para que se formen pendientes, de modo que pueda escapar menos oxígeno de las esteras”, considera Claude.

Greg Dick y Kirk Olson

El geofísico e investigador marino de la UM Greg Dick, a la izquierda y el alumno de ingeniería ambiental de la UM, Kirk Olson, examinan uno de los núcleos sedimentarios recolectados en el agujero único de la isla central en el lago Huron. Los núcleos contienen especímenes de microorganismos que son análogos a los tipos de microorganismos que crecieron en la Tierra hace miles de millones de años. Crédito: Jim Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

De las esteras bacterianas al oxígeno universal

Claude se unió a Arjun Sennu y luego trabajó en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina, ahora dirigiendo su propio equipo en el Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical (ZMT) en Bremen. Basado en un software de código abierto desarrollado por Sennu para este estudio, exploraron cómo la dinámica solar combina la liberación de oxígeno de las esteras. “La intuición sugiere que dos días de 12 horas deberían ser equivalentes a uno de 24 horas. La luz del sol sube y baja dos veces más rápido y continúa después de que se bloquea la producción de oxígeno, pero no libera oxígeno de las esteras bacterianas porque está definida por la velocidad de Difusión molecular. En el corazón de este mecanismo está la sutil desconexión de la liberación de oxígeno ”, dijo Sennu.

Buzos Lago Horon

Scuba Divers in Dry Suite se está preparando para ingresar a las frías aguas del lago Huron en septiembre de 2017 para recolectar muestras de esterillas microbianas en Central Island Singol. La temperatura en el fondo del acuífero pasa por debajo del agua subterránea rica en azufre y del lago bajo en oxígeno, que puede llegar a los 40 grados Fahrenheit. Crédito: Jim Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

Para comprender cómo los procesos cotidianos afectan la oxidación a largo plazo, Claude y sus colegas vincularon sus resultados a modelos globales de niveles de oxígeno. El análisis sugiere que el aumento de la producción de oxígeno debido a los cambios de la luz del día puede tener niveles elevados de oxígeno en todo el mundo. Es el vínculo entre la actividad de los pequeños organismos y los procesos globales. “Combinamos las leyes de la física que operan a diferentes niveles, desde la difusión molecular hasta la cinética planetaria. Demostramos que existe una relación fundamental entre la duración del día y la cantidad de oxígeno que pueden liberar los microorganismos que viven en la Tierra”, dijo Chen. De esta forma conectamos la danza de las moléculas en la alfombra microbiana con la danza de nuestro planeta y su luna.

Buzo fluye de la tormenta de RV

El buzo saltó unos 80 pies por debajo del fondo de la tormenta R / V antes de aterrizar debajo del Agujero de la Isla Central en septiembre de 2017. Crédito: Jim Erickson, Noticias de la Universidad de Michigan

En general, dos eventos antioxidantes importantes (saltos en la concentración de oxígeno) en la historia de la Tierra, el evento antioxidante más importante hace dos mil millones de años y el evento posterior de oxigenación neoprotrozoica, pueden estar relacionados con el aumento de la duración de la luz del día. Por lo tanto, aumentar la duración del día puede haber aumentado la productividad de la red Pentium lo suficiente como para afectar el nivel de oxígeno atmosférico. “Hacer trampa con esta amplia gama de medidas temporales y espaciales fue cautivador y muy divertido”, concluye Claude.

Nota: “Posible vínculo entre la tasa de rotación de la Tierra y la oxidación” 2 de agosto de 2021, Ciencias naturales de la tierra.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00784-3

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