白昼短暂时,蓝细菌会在工作和休息模式中不断切换,白昼较长时,它们进行光合作用的时间也更长,这样就能够在周围积累氧气浓度,直到一些氧气从微生物垫释出并升到大气层。事实上,Klatt的实验室实验表明,当湖底微生物的样本暴露在日光下的时间较长时,它们就会向大气中贡献更多的氧气。
Klatt使用的自转速度模型预测,在35亿年前到22.5亿年前,白昼时长在逐渐增加。一旦地球、月球和潮汐达到共振状态,一天就会保持在21小时, 直到大约5.5亿年前,地球的自转再次开始放缓。适应这种长而稳定的白昼是蓝细菌大步前进的关键,在稳定的白昼长度下,它们的生物过程得到了优化。
地外星球的白昼长度
这一结果为未来研究早期地球及地球以外的各种情况提供了新路径。
“白昼长度效应可能是解决地球氧含量变化之谜的关键。”马克斯·普朗克研究所的计算生物学模型师Arjun Chennu说道,他与Klatt共同完成了这一研究。
“这对研究其他全球地球化学过程如何受白昼长度变化的影响也是大有裨益的,”例如,白昼长度和氧气水平的变化可能影响了全球碳循环和早期大陆的风化。
在佐治亚理工学院地质学家Devon Cole看来,这项研究对其他星球上的生命进化也有着潜在的意义。天体生物学家以前曾考虑将系外行星的自转速度作为寻找生命的一个因素,但通过Klatt的工作,他们现在对白昼长度如何影响外星生物圈和大气有了更清晰的认识。
在科学家发现的数千颗围绕其他恒星运行的行星中,有一些处于潮汐锁定状态,一侧是持续的白天,另一侧是永恒的黑夜。“可能会有一个生物圈存在吗?一个能够重新设计大气的生物圈,我们可以在这样的行星上真正探测到,”Cole问道。“唯一真正适合居住的地方可能是边缘的永久’日落’圈。”
她补充说,当考虑到关于氧气和生命的崛起这些问题时,“人们不一定会立马联想到白昼长度,所以我认为这样的研究很酷。”
(译者:陌上花开)