更多的日光有助于氧氣從微生物層中逃逸。

休倫湖中島的天坑内，一條波博特魚在覆蓋着紫色和白色微生物墊的岩石上休息。

(圖片來源:美國國家海洋和大氣管理局雷鳴灣國家海洋保護區菲爾·哈特邁耶)

關于地球是如何成為一個富氧星球，現在有了一個新的觀點:随着地球自轉放緩，微生物沐浴在更長時間的陽光中，這加快了它們向大氣中釋放氧氣的速度。

你可以随意的進行呼吸，因為數十億年前，地球上的第一個生命——密集的藍藻群，開始通過光合作用産生氧氣。但科學家仍不确定是什麼引發了兩次變革性的充氧事件，使地球從一個低氧的星球變成一個富氧、并且複雜生物可以進行進化與多樣化的世界。

 現在，研究人員已經确定了一個可能刺激微生物産生氧氣的釋放的重要因素:大約在24億年前開始的地球自轉放緩。地球在剛誕生的時候旋轉得更快，幾小時就轉完一圈，但在數億年的時間裡，它逐漸減速。根據一項新的研究顯示，一天的長度會達到一定的阈值，可能在那些關鍵的氧化時間裡，更長時間的光照使更多的氧氣分子從高濃度區域(細菌墊)擴散到濃度較低的區域(大氣)。

最近，科學家在休倫湖底部的一個天坑中發現了有關這種聯系的線索。休倫湖與美國的密歇根州和加拿大的安大略省接壤，是世界上最大的淡水湖之一。湖中的中島天坑直徑300英尺(91米)，位于水面以下約80英尺(24米)。在那裡，富含硫的水滋養了色彩斑斓的微生物，這些微生物在低氧環境中茁壯成長，就像地球上最早的細菌一樣。

在天坑寒冷的深處生活着兩種微生物: 通過光合作用産生氧氣、尋找陽光的紫藍藻細菌和消耗硫并釋放硫酸鹽的白色細菌。這些微生物一整天都在争奪位置，早晨和晚上，這些吃硫的細菌會覆蓋它們的紫色鄰居，阻止紫色微生物接觸太陽。然而，當日光最強時，白色微生物避開光線，深入地洞，使紫藍藻暴露在外，從而能夠進行光合作用并釋放氧氣。

 研究人員在寫道，數十億年前，微生物群落之間可能也存在類似的競争，産氧細菌的微生物鄰居阻礙了它們照射陽光。然後，随着地球上的白晝變長，氧氣制造者在陽光下的時間也增加了，并向大氣中釋放了更多的氧氣。

“我們意識到在光動力學和氧氣釋放之間有一個基本的聯系，這個聯系基于分子擴散物理學。”當熱變化導緻分子從高濃度地區遷移到低濃度地區時，該研究的主要作者、來自德國不來梅馬克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究科學家朱迪思·克拉特說。

克拉特在一封電子郵件中告訴《生活科學》雜志:“即使每小時産生的氧氣量相同，但更短的一天會讓更少的氧氣逃離墊子。”

6月，休倫湖中央島天坑内紫色微生物席。小山丘和像墊子上這樣的“手指”是由甲烷和硫化氫等氣體在它們下面冒出來造成的。(圖片來源:美國國家海洋和大氣管理局雷鳴灣國家海洋保護區菲爾·哈特邁耶)

自旋周期

 現在，地球每24小時繞地軸完成一次完整的自轉，但在40億年前，一天隻持續大約6個小時，研究人員報告說。數十億年來，地球與月球持續的舞蹈被一種稱為潮汐摩擦的過程減緩了地球的自轉。

當地球自轉時，月球(太陽也在較小的程度上)吸引着地球上的海洋。這項研究的合著者、密歇根大學文學、科學和藝術學院地球與環境科學系的教授布萊恩·阿比克(Brian Arbic)說，這将海洋拉伸，使它們遠離地球中心，從自轉中吸取能量，并使其減速。

這種減速很小，但在數億年的時間裡，它增加了幾個小時的日照;Arbic在一封電子郵件中告訴Live Science說，如今這種放緩仍在繼續。

阿比克說:“潮汐摩擦會繼續減慢自轉速度——随着地質時間的推移，白天将繼續變長。”

在休倫湖的中島天坑裡，一名潛水者觀察着覆蓋在岩石上的紫色、白色和綠色的微生物。(圖片來源:美國國家海洋和大氣管理局雷鳴灣國家海洋保護區菲爾·哈特邁耶)

呼吸新鮮空氣

研究人員模拟了不同的白晝長度和氧氣從微生物層逃逸的情景。當他們将他們的模型與從中島天坑取樣的競争微生物席的分析進行比較時，他們發現證實了他們的預測:光合作用的細菌在白天更長時釋放更多的氧氣。

 這并不是因為微生物的光合作用更多;研究報告的合著者、布萊梅萊布尼茨熱帶海洋研究中心的研究科學家Arjun Chennu說，相反，這是因為更長時間的陽光意味着更多的氧氣在一天内從墊子中逸出。

Chennu在一份聲明中說:“陽光釋放氧氣的微妙解耦是該機制的核心。”

地球大氣層的行星形成和冷卻成形後,大約46億年前,而主要是由硫化氫、甲烷和二氧化碳(CO2) - 200倍的二氧化碳在大氣中存在的今天,根據史密森環境研究中心。

在大約24億年前的大氧化事件(GOE)之後，這一切都發生了變化，接着是大約20億年後的新元古代氧化事件，使大氣中的氧上升到現在的約21%的水平。這兩個氧化事件以前被認為與光合作用藍藻的活動有關，而這一新證據表明，另一個因素可能是地球上的白天——“一個以前基本上未被考慮的因素”——變得足夠長，從而觸發微生物席釋放更多氧氣，“與之前提出的其他氧合驅動因素并行”，克拉特說。

BY: Mindy Weisberger

FY: 尹怡婷

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