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地球大气层中氧气含量的增加 ， 可能与地球自转速度变慢有关 。
2019年6月19日拍摄的休伦湖天坑底部紫色毯状菌落 。 细长的“手指”其实是从湖底冒出的甲烷或硫化氢气泡 。 地球自转速度正在变慢 ， 但这是好事 。 若非如此 ， 我们无法呼吸 。
我们之所以存在 ， 可能要感谢地球自转速度的变慢 。 这是一个国际科研团队在一种存在于水下极端环境中的微生物群落身上得到的启示 。
生命在地球上的枝繁叶茂 ， 得益于地球大气层中有足够多的氧 。 可是在远古时期 ， 地球的大气层中几乎没有氧 。 地球大气层中的氧据信是植物和藻类通过光合作用产生的 。 但它究竟为何能够从无到有 ， 并逐渐稳定在这样一个较高的水平 ， 却一直是个谜 。
蓝藻或称蓝绿藻 ， 是一种能够进行光合作用的微生物 ， 并不是我们日常所说的藻类 ， 因此也有人叫它蓝细菌 。 它在今天的名声并不好 ， 因为某些蓝藻有毒害 ， 还是水体污染的标志 。 但在远古时期 ， 蓝藻是地球上最早有能力进行光合作用的生命 。 它能够从阳光中汲取能量 ， 合成有机分子 ， 同时产生氧气 。
这些简单的生物体在原始海洋中为地球默默奉献着氧气 ， 使得多细胞动物最终得以出现 。 地球得益于这一进程 ， 从一个令人窒息的世界 ， 变成了今天这样一个大气氧含量高达21%的生机勃勃的行星 。 但这一过程究竟是如何发生的？为何此前地球一直维持着一个基本无氧的环境？
北美休伦湖的水下天坑底部生活着的两种不同的菌类 ， 构成了一个微型的生态系统 。 这两种微生物一种即是紫色的蓝藻 ， 另一种是白色的食硫菌 。 科学家发现 ， 它们之间存在着奇妙的生存竞争 。
每天清晨和夜晚 ， 白色的食硫菌都会覆盖在紫色的蓝藻上 ， 阻止蓝藻进行光合作用 。 但是假如阳光照射的时间长度突破某个极限 ， 食硫菌就会“钻”到蓝藻下方 ， 把自己隐藏起来 。 蓝藻获得了充足的阳光之后 ， 便会开始制造氧气 。
这种奇妙的现象并非第一次见 。 但是这一次 ， 科学家把它以及地球大气中氧的产生速度 ， 与地球自转速度的变化 ， 也就是白天长度的变化联系在了一起 。
研究人员认为 ， 类似的生存竞争 ， 可能也曾出现在早期地球的海洋中 ， 以及陆地上 。 地球大气中的含氧量 ， 可能也是因为地球自转速度过快 ， 白天过短 ， 而一直维持在一个较低的水平上 。 随着地球的自转速度越来越慢 ， 白天也越来越长 ， 太阳能够保持较高角度的时间越来越多 ， 蓝藻能够获取的阳光越来越多 ， 释出的氧气也越来越多 。
以休伦湖天坑底部的环境为例 ， 较短的白天意味着只有在午后较短的时间内 ， 阳光才能以较高的角度照射到湖底 。 在一天中的大部分时间内 ， 白色的食硫菌都覆盖在光合菌的顶部 ， 产氧受到了抑制 。 但是假如那里在一天的大部分时间内都能被阳光照到 ， 食硫菌就会受到抑制 ， 能够进行光合作用的蓝藻就会占据生存的主导地位 。
科学家之所以选择栖息在休伦湖底的菌类作为研究对象 ， 部分原因是它们的生存环境和早期地球的浅海环境有许多相似之处 。
休伦湖所在地区大约4亿年前是海洋 。 那里的地下岩层中有许多是石灰岩 。 随着时间的推移 ， 岩层被地下水侵蚀 ， 出现了许多洞穴和裂缝 ， 以及岩层坍塌形成的所谓“天坑（sinkhole）” 。 这些“天坑”有的在陆地上 ， 有的则在水下 。 天坑中水温很低 ， 富硫且缺氧 。 大部分动植物无法在此生存 ， 但却是某些特殊微生物的家园 。
根据研究人员的理论模型 ， 日照时间和氧气产量间的联系 ， 适用于所有建立在氧传递基础上的菌落 。
理论模型显示 ， 日照时间的长度 ， 能够给这些微生物群落产生氧气的方式带来非常大的影响 。 而地球自转速度的变慢 ， 在推动地球大气氧含量上升的过程中扮演了重要角色 。 它能够解释地球大气含氧量上升的机制 ， 并能够解释为什么地球历史上曾经长期被一个缺乏氧气的大气所笼罩 。
通观整个演化史 ， 地球大气层中的氧含量是在经历两次所谓的“富氧化事件”后开始跃升的 。 一次是发生在距今大约24亿年前的“大富氧化事件（The Great Oxidation Event）” ， 这次事件的背后推手是第一批光合蓝藻；而第二次事件是发生在距今约4亿年前的所谓“新元古代富氧化事件（Neoproterozoic Oxygenation Event）” 。
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