Sejak terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun lalu, rotasi Bumi secara bertahap melambat, dan hari-harinya pun semakin panjang sebagai akibatnya.

Meskipun perlambatan Bumi tidak terlihat dalam skala waktu manusia, hal itu cukup untuk menyebabkan perubahan signifikan selama ribuan tahun.

Salah satu perubahan tersebut mungkin yang paling signifikan dari semuanya, setidaknya bagi kita: hari-hari yang memanjang terkait dengan oksigenasi atmosfer Bumi, menurut sebuah studi dari tahun 2021.

Secara khusus, alga biru-hijau (atau cyanobacteria) yang muncul dan berkembang biak sekitar 2,4 miliar tahun lalu akan mampu menghasilkan lebih banyak oksigen sebagai produk sampingan metabolisme karena hari-hari Bumi bertambah panjang.

"Pertanyaan yang terus ada dalam ilmu Bumi adalah bagaimana atmosfer Bumi memperoleh oksigennya, dan faktor apa yang mengendalikan kapan oksigenasi ini terjadi," jelas ahli mikrobiologi Gregory Dick dari Universitas Michigan pada tahun 2021.

"Penelitian kami menunjukkan bahwa laju perputaran Bumi – dengan kata lain, panjang harinya – mungkin memiliki efek penting pada pola dan waktu oksigenasi Bumi."

Ada dua komponen utama dalam cerita ini yang, sekilas, tampaknya tidak banyak berhubungan satu sama lain. Yang pertama adalah perputaran Bumi melambat.

Alasan perputaran Bumi melambat adalah karena Bulan memberikan tarikan gravitasi pada planet tersebut, yang menyebabkan perlambatan rotasi karena Bulan secara bertahap menjauh.

Kita tahu, berdasarkan catatan fosil, bahwa hari-hari hanya berdurasi 18 jam 1,4 miliar tahun yang lalu, dan setengah jam lebih pendek dari hari ini 70 juta tahun yang lalu. Bukti menunjukkan bahwa kita memperoleh 1,8 milidetik per abad.

Komponen kedua adalah sesuatu yang dikenal sebagai Peristiwa Oksidasi Besar – ketika sianobakteri muncul dalam jumlah yang sangat besar sehingga atmosfer Bumi mengalami peningkatan oksigen yang tajam dan signifikan.

Tanpa oksidasi ini, para ilmuwan berpikir kehidupan seperti yang kita ketahui tidak mungkin muncul; jadi, meskipun sianobakteri mungkin sedikit dipandang sebelah mata saat ini, kita mungkin tidak akan berada di sini tanpa mereka.

Masih banyak yang tidak kita ketahui tentang peristiwa ini, termasuk pertanyaan-pertanyaan yang membara seperti mengapa hal itu terjadi pada saat itu dan bukan pada suatu waktu di awal sejarah Bumi.

Para ilmuwan yang bekerja dengan mikroba sianobakteri untuk menghubungkan titik-titik tersebut.

Di Middle Island Sinkhole di Danau Huron, lapisan mikroba dapat ditemukan yang dianggap sebagai analog dari sianobakteri yang bertanggung jawab atas Peristiwa Oksidasi Besar.

Sianobakteri ungu yang menghasilkan oksigen melalui fotosintesis dan mikroba putih yang memetabolisme sulfur, bersaing dalam lapisan mikroba di dasar danau.

Pada malam hari, mikroba putih naik ke atas lapisan mikroba dan melakukan tugasnya mengunyah sulfur.

Saat hari mulai terang, dan Matahari terbit cukup tinggi di langit, mikroba putih mundur dan sianobakteri ungu naik ke atas.

"Sekarang mereka dapat mulai berfotosintesis dan menghasilkan oksigen," kata geomikrobiologi Judith Klatt dari Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Kelautan di Jerman.

"Namun, butuh beberapa jam sebelum mereka benar-benar mulai beraktivitas, ada jeda yang panjang di pagi hari. Tampaknya, sianobakteri lebih suka bangun agak siang daripada bangun pagi."

Ini berarti jendela waktu siang hari di mana sianobakteri dapat memompa oksigen sangat terbatas – dan fakta inilah yang menarik perhatian ahli kelautan Brian Arbic dari Universitas Michigan.

Ia bertanya-tanya apakah perubahan panjang hari sepanjang sejarah Bumi berdampak pada fotosintesis.

"Mungkin saja jenis persaingan serupa antara mikroba berkontribusi pada keterlambatan produksi oksigen di Bumi purba," jelas Klatt.

Untuk menunjukkan hipotesis ini, tim tersebut melakukan eksperimen dan pengukuran pada mikroba, baik di lingkungan alami maupun di laboratorium.

Mereka juga melakukan studi pemodelan terperinci berdasarkan hasil mereka untuk menghubungkan sinar matahari dengan produksi oksigen mikroba, dan produksi oksigen mikroba dengan sejarah Bumi.

"Intuisi menunjukkan bahwa dua hari yang berdurasi 12 jam seharusnya sama dengan satu hari yang berdurasi 24 jam."

"Sinar matahari terbit dan terbenam dua kali lebih cepat, dan produksi oksigen mengikutinya secara bersamaan," jelas ilmuwan kelautan Arjun Chennu dari Pusat Leibniz untuk Penelitian Kelautan Tropis di Jerman.

"Namun, pelepasan oksigen dari lapisan bakteri tidak demikian, karena dibatasi oleh kecepatan difusi molekuler. Pelepasan oksigen yang halus dari sinar matahari ini merupakan inti dari mekanisme tersebut."

Hasil ini dimasukkan ke dalam model global kadar oksigen, dan tim tersebut menemukan bahwa hari yang lebih panjang dikaitkan dengan peningkatan oksigen Bumi - bukan hanya Peristiwa Oksidasi Besar, tetapi juga oksigenasi atmosfer kedua yang disebut Peristiwa Oksigenasi Neoproterozoikum sekitar 550 hingga 800 juta tahun yang lalu.

"Kami menggabungkan hukum fisika yang beroperasi pada skala yang sangat berbeda, dari difusi molekuler hingga mekanika planet. Kami menunjukkan bahwa ada hubungan mendasar antara panjang hari dan seberapa banyak oksigen yang dapat dilepaskan oleh mikroba penghuni tanah," kata Chennu.

"Ini cukup menarik. Dengan cara ini kami menghubungkan tarian molekul dalam lapisan mikroba dengan tarian planet kita dan Bulannya."

Penelitian ini telah dipublikasikan di Nature Geoscience.