研究揭示月球、微生物和更长白昼是如何给我们提供更多氧气的

就像现在氧气对生命的重要性一样，曾经有一段时间地球上的居民认为氧气是一种毒药。在地球生命周期的前一半，大气中主要是二氧化碳，早期的生命形式在这种环境中蓬勃发展。但约24亿年前，蓝藻出现了，并开始消耗二氧化碳、释放氧气。

这些微生物从根本上改变了大气的成分并消灭了当时存在的大量生命，这跟我们当前的气候状况有着可怕的相似之处。然而这个巨大的氧化事件并不是一夜之间发生的–它花费了数亿年的时间，它是如何发生的以及为什么发生的仍然是一个谜。但这项新研究调查了一个可能的原因。

这项研究的论文首席作者Judith Klatt指出：“我们不完全明白为什么花了这么长的时间以及是什么因素控制了地球的氧合作用。但在研究密歇根州休伦湖中岛天坑的蓝藻菌群时，我有了一个想法。”

在低氧环境中，研究小组注意到，在微生物席中形成的两种细菌之间每天都在跳舞。一夜之间，吃硫的细菌坐在上面，从它们周围的水中吸取营养。但一旦太阳升起，它们下面的蓝藻就会上升到顶部，这样它们就可以从阳光中汲取能量。

“现在它们可以开始光合作用并产生氧气，”Klatt说道，“然而，在他们真正开始之前需要几个小时，早上有一个很长的延迟。蓝藻菌似乎比早起的人起得晚些。”

该团队意识到，这种滞后可能有助于解释地球的缓慢氧合。过去，一天比24小时短得多，但在数十亿年的时间里，月球的引力减慢了地球的自转、延长了一天并增加了白天的时间。

“地月系统形成时，白天要短得多，甚至可能只有6个小时，”该研究的论文作者之一Brian Arbic说道，“这是否意味着改变白昼长度会影响地球历史上的光合作用？”

研究人员发现，在长期尺度上，大气中的氧气水平和白昼时间之间存在粗略关联。在约10亿年的时间里，旋转速度没有太大变化，这跟低氧水平相吻合。大约6亿年前，自转再次开始放缓，氧气含量开始上升，这被称为新元古代氧化事件。

Klatt指出：“我意识到，白天的长度和微生物席的氧气释放有一个非常基本的概念：在短的日子里，梯度形成的时间更少，因此有更少的氧气可以从席中释放出来。”

研究小组模拟了阳光动力学如何影响微生物席中氧气的释放。他们发现，阳光照射时间越长，确实会释放出更多的氧气，因为微生物有更多的时间进行生产而不是停止和开始。

“直觉告诉我们，一天12小时和一天24小时应该是差不多的，”该研究的论文作者之一Arjun Chennu说道，“太阳上升和下降的速度是太阳上升和下降速度的两倍，氧气的产生也紧随其后。但从细菌席中释放氧气却没有，因为它受到分子扩散速度的限制。这种从阳光中释放氧气的微妙解耦是机制的核心。”