La Rotazione della Terra e l’Ossigenazione dell’Atmosfera
La Terra, il nostro pianeta, ha iniziato il suo viaggio circa 4,5 miliardi di anni fa e da allora ha subito un lento ma costante rallentamento della sua rotazione. Questo fenomeno ha portato a un allungamento della durata dei giorni, un cambiamento che, sebbene non immediatamente percepibile nell’arco della vita umana, ha avuto ripercussioni significative nel corso di milioni di anni. Uno degli effetti più rilevanti di questo cambiamento è l’ossigenazione della nostra atmosfera. Secondo uno studio recente, questo processo è strettamente legato all’allungamento dei giorni. Le alghe blu-verdi, note come cianobatteri, emerse circa 2,4 miliardi di anni fa, hanno incrementato la produzione di ossigeno come sottoprodotto del loro metabolismo, grazie all’aumento della luce solare disponibile. Gregory Dick, microbiologo dell’Università del Michigan, ha evidenziato come la questione dell’origine dell’ossigeno atmosferico e i fattori che ne hanno determinato il momento storico siano stati oggetto di studio per lungo tempo. La sua ricerca suggerisce che la velocità di rotazione della Terra, e quindi la lunghezza del giorno, potrebbe aver avuto un ruolo cruciale nel modellare e nel cronometrare questo fondamentale processo di ossigenazione.
Il Rallentamento della Rotazione Terrestre
La narrazione di questo fenomeno si articola attorno a due elementi principali, che inizialmente potrebbero sembrare scollegati. Il primo riguarda il rallentamento della rotazione terrestre, causato dalla forza gravitazionale esercitata dalla Luna, la quale si sta lentamente allontanando dal nostro pianeta. Le evidenze fossili indicano che, 1,4 miliardi di anni fa, la durata di un giorno era di sole 18 ore, mentre 70 milioni di anni fa era di mezz’ora inferiore rispetto a oggi. Attualmente, si stima che la Terra guadagni circa 1,8 millisecondi di durata del giorno ogni secolo. Questo rallentamento ha un impatto diretto sulla vita e sull’ecosistema terrestre, influenzando i cicli biologici e le dinamiche ambientali.
Il Grande Evento di Ossidazione
Il secondo elemento è rappresentato dal Grande Evento di Ossidazione, un periodo cruciale in cui i cianobatteri proliferarono in quantità tali da provocare un significativo aumento dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre. Senza questo evento, gli scienziati ritengono che la vita, come la conosciamo, non sarebbe potuta emergere. Pertanto, sebbene i cianobatteri possano talvolta essere sottovalutati, la loro esistenza è stata fondamentale per la nostra stessa sopravvivenza. Tuttavia, permangono molte domande su questo evento, in particolare riguardo al motivo per cui sia avvenuto in quel preciso momento della storia della Terra e non prima. La ricerca condotta da scienziati specializzati in microbiologia cianobatterica ha contribuito a chiarire alcuni di questi misteri, rivelando l’importanza di questi microrganismi nel contesto evolutivo.
I Cianobatteri e i Tappeti Microbici
Un esempio interessante di cianobatteri è rappresentato dai tappeti microbici presenti nel Middle Island Sinkhole, situato nel Lago Huron. Questi microrganismi sono considerati analoghi ai cianobatteri che hanno giocato un ruolo chiave nel Grande Evento di Ossidazione. Qui, cianobatteri di colore viola, capaci di produrre ossigeno attraverso la fotosintesi, competono con microbi bianchi che metabolizzano lo zolfo. Durante la notte, i microbi bianchi risalgono in superficie per svolgere la loro attività di “nutrizione” dello zolfo, mentre durante il giorno, con l’innalzarsi del Sole, i cianobatteri viola emergono e iniziano il loro processo di fotosintesi. Judith Klatt, geomicrobiologa dell’Istituto Max Planck per la Microbiologia Marina in Germania, ha osservato che i cianobatteri sembrano avere un comportamento “nottambulo”, richiedendo alcune ore prima di raggiungere la piena capacità di produzione di ossigeno. Questo ritardo nella fotosintesi ha attirato l’attenzione dell’oceanografo Brian Arbic dell’Università del Michigan, il quale si è chiesto se le variazioni nella lunghezza del giorno nel corso della storia della Terra potessero aver influenzato la fotosintesi.
Esperimenti e Scoperte sulla Produzione di Ossigeno
Per testare questa ipotesi, il team di ricerca ha condotto esperimenti e misurazioni sui microbi, sia nel loro habitat naturale che in laboratorio. Hanno anche sviluppato modelli dettagliati per collegare l’intensità della luce solare alla produzione di ossigeno microbico e, a sua volta, la produzione di ossigeno alla storia della Terra. L’idea di base suggerisce che due giorni di 12 ore possano equivalere a un giorno di 24 ore, poiché la luce solare sorge e tramonta due volte più rapidamente, accelerando così la produzione di ossigeno. Tuttavia, il rilascio di ossigeno dai tappeti batterici non avviene con la stessa rapidità, essendo limitato dalla velocità della diffusione molecolare. Questo disaccoppiamento tra la produzione di ossigeno e la luce solare è al centro del meccanismo studiato. I risultati ottenuti sono stati integrati in modelli globali dei livelli di ossigeno, rivelando che l’allungamento dei giorni è correlato all’aumento dell’ossigeno atmosferico, non solo durante il Grande Evento di Ossidazione, ma anche in un secondo evento noto come Evento di Ossidazione Neoproterozoico, avvenuto tra 550 e 800 milioni di anni fa.
Conclusioni sulla Ricerca e le Dinamiche della Vita sulla Terra
Questa ricerca ha permesso di stabilire un legame fondamentale tra la lunghezza del giorno e la quantità di ossigeno rilasciata dai microbi terrestri, dimostrando come leggi fisiche operanti a scale enormemente diverse, dalla diffusione molecolare alla meccanica planetaria, possano interagire. Arjun Chennu, biologo marino del Centro Leibniz per la Ricerca Marina Tropicale in Germania, ha descritto questa scoperta come emozionante, poiché collega la danza delle molecole nei tappeti microbici alla danza del nostro pianeta e della sua Luna. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati su Nature Geoscience, contribuendo a una comprensione più profonda delle dinamiche che hanno plasmato la vita sulla Terra. Una versione preliminare di questo articolo era stata pubblicata nell’agosto 2021, evidenziando l’importanza di continuare a esplorare le interazioni tra microbi e ambiente.
