Buzz
Kể từ khi Trái Đất hình thành, tốc độ quay của hành tinh đã giảm dần, dẫn đến những thay đổi lớn trong khí quyển, đặc biệt là sự gia tăng nồng độ oxy. Nghiên cứu mới cho thấy rằng ngày dài hơn đã tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lam thực hiện quá trình quang hợp hiệu quả hơn, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của sự sống trên Trái Đất.
Từ khi hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, Trái Đất đã trải qua một quá trình biến đổi dài và phức tạp. Một hiện tượng ít được chú ý nhưng có ý nghĩa lớn là sự quay chậm dần của hành tinh. Mặc dù sự thay đổi này không rõ rệt trong đời người, nhưng qua hàng triệu năm, nó đã tạo ra những thay đổi đáng kể, đặc biệt là sự gia tăng oxy trong khí quyển.
Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng tạo ra thủy triều, khiến các đại dương trên Trái Đất phồng lên về phía Mặt Trăng. Ma sát giữa nước biển và đáy đại dương làm chậm dần tốc độ quay của Trái Đất.
Sự giảm tốc độ quay của Trái Đất bắt nguồn từ lực hấp dẫn của Mặt Trăng. Lực này không chỉ làm chậm quá trình quay mà còn khiến Mặt Trăng dần di chuyển ra xa Trái Đất. Các nghiên cứu địa chất và hóa thạch cho thấy rằng cách đây 1,4 tỷ năm, một ngày chỉ kéo dài khoảng 18 giờ. Thậm chí, 70 triệu năm trước, một ngày ngắn hơn hiện tại khoảng 30 phút. Hiện nay, tốc độ quay của Trái Đất giảm trung bình 1,8 mili giây mỗi thế kỷ.
Điều đáng chú ý là sự chậm lại này có liên quan mật thiết đến một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử Trái Đất: Sự kiện Oxy hóa Lớn (Great Oxidation Event - GOE). Khoảng 2,4 tỷ năm trước, vi khuẩn lam (tảo xanh lam) bắt đầu phát triển mạnh mẽ. Thông qua quá trình quang hợp, chúng giải phóng một lượng lớn oxy vào khí quyển, tạo tiền đề cho sự xuất hiện của các sinh vật sống như ngày nay.
Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là tại sao sự kiện này lại xảy ra vào thời điểm đó mà không phải sớm hơn trong lịch sử Trái Đất . Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng độ dài ngày có thể là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất oxy của vi khuẩn lam.
Sự kiện Oxy hóa Lớn là một trong những cột mốc quan trọng nhất trong lịch sử Trái Đất. Đây là giai đoạn bầu khí quyển của hành tinh chúng ta chuyển từ trạng thái gần như không có oxy sang trạng thái giàu oxy như hiện nay.
Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà khoa học đã đến Hố sụt Middle Island ở Hồ Huron, nơi có những thảm vi sinh vật tương tự vi khuẩn lam từ thời kỳ GOE. Tại đây, vi khuẩn lam màu tím thực hiện quang hợp và sản xuất oxy vào ban ngày, trong khi vi khuẩn trắng cạnh tranh chuyển hóa lưu huỳnh vào ban đêm.
Theo nhà địa vi sinh vật học Judith Klatt, vi khuẩn lam có một đặc điểm thú vị: chúng cần nhiều thời gian để bắt đầu quang hợp sau khi mặt trời mọc. Klatt ví von rằng chúng là "những kẻ dậy muộn", vì sản xuất oxy chỉ tăng mạnh sau vài giờ đầu buổi sáng.
Hố sụt Middle Island là một trong những kỳ quan thiên nhiên ấn tượng nhất thế giới, nổi tiếng với vẻ đẹp hoang sơ và hệ sinh thái độc đáo. Nằm giữa đại dương, hố sụt này như một "ốc đảo" bí ẩn thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và nhà thám hiểm.
Nhận thấy sự hạn chế của thời gian ban ngày đối với vi khuẩn lam, nhà hải dương học Brian Arbic đặt câu hỏi liệu sự thay đổi độ dài ngày trong lịch sử Trái Đất có ảnh hưởng đến sản lượng oxy hay không. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm trong tự nhiên và phòng thí nghiệm, kết hợp mô hình hóa dữ liệu để tìm hiểu mối liên hệ giữa ánh sáng mặt trời và sản xuất oxy.
Kết quả cho thấy rằng ngày dài hơn giúp vi khuẩn lam có thêm thời gian quang hợp, từ đó giải phóng nhiều oxy hơn vào khí quyển. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến GOE mà còn đóng vai trò quan trọng trong Sự kiện Oxy hóa Tân Nguyên Sinh (Neoproterozoic Oxygenation Event) xảy ra khoảng 550 đến 800 triệu năm trước.
Nhà khoa học biển Arjun Chennu từ Trung tâm Nghiên cứu Biển Nhiệt đới Leibniz giải thích: "Việc giải phóng oxy từ thảm vi khuẩn không xảy ra ngay lập tức mà bị giới hạn bởi tốc độ khuếch tán phân tử. Đây là yếu tố quan trọng kết nối giữa độ dài ngày và lượng oxy sản xuất."
Những phát hiện này không chỉ giúp lý giải cơ chế sản xuất oxy trong lịch sử Trái Đất mà còn làm rõ mối liên hệ phức tạp giữa các hiện tượng vật lý và sinh học. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng độ dài ngày tác động đến sự phát triển của vi khuẩn lam, từ đó định hình khí quyển hành tinh. Chennu so sánh: "Chúng tôi đã kết nối vũ điệu của các phân tử trong thảm vi sinh vật với vũ điệu của hành tinh và Mặt Trăng của nó."
Mặc dù nghiên cứu đã mang đến góc nhìn mới về lịch sử oxy hóa của Trái Đất , vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp. Các nhà khoa học hy vọng rằng những thí nghiệm và mô hình tiếp theo sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về mối quan hệ giữa vòng quay hành tinh, sự sống vi sinh vật và biến đổi khí quyển.
Nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về quá khứ mà còn nhắc nhở về tầm quan trọng của những thay đổi nhỏ trong thời gian dài. Qua đó, chúng ta nhận ra rằng ngay cả những hiện tượng tưởng chừng nhỏ bé, như độ dài ngày, cũng có thể đóng góp vào sự hình thành sự sống như ngày nay.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.
