Les scientifiques ont proposé plusieurs explications à ce que l'on appelle le grand événement d'oxydation (GOE), à savoir l'augmentation soudaine des niveaux d'oxygène qui a commencé il y a environ 2,3 milliards d'années et qui était probablement liée à l'émergence et à la propagation de cyanobactéries. Mais la manière précise dont l’oxygène est passé de bas niveaux à dominer l’atmosphère terrestre reste floue.
"Des études antérieures ont suggéré différentes idées sur la façon dont cela s'est produit, mais elles n'ont généralement pas eu la capacité d'examiner comment l'écosystème en évolution pourrait se répercuter sur l'environnement et influencer la dynamique", explique Jacky Austermann, astrobiologiste à l'Université de Californie à Los Angeles. Ángeles. "Nous montrons ici qu'une fois que les cyanobactéries productrices d'oxygène atteignent une certaine concentration, elles sont réellement capables de conduire la planète dans un état dominé par l'oxygène."
L'un des premiers micro-organismes, les cyanobactéries sont présentes dans presque tous les écosystèmes de la Terre et sont connues sous le nom d'« algues bleu-vert » en raison de la couleur de leur pigment et de leur capacité à effectuer la photosynthèse – un processus qui utilise l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau. en sucres.
Un sous-produit de la photosynthèse est l’oxygène. L'atmosphère actuelle contient 21 % d'oxygène, dont la majeure partie aurait été générée au fil des millions d'années par d'anciens photosynthétiseurs.
Ce que l’on ne sait pas, c’est pourquoi l’atmosphère était si pauvre en oxygène avant l’apparition des cyanobactéries – on estime qu’elle était inférieure à 0,1 % de son niveau actuel, bien que même cela soit suffisant pour soutenir des formes de vie simples.
Pour répondre à cette question, Austermann et ses collègues ont développé un modèle pour étudier l'augmentation et la propagation des cyanobactéries dans les océans, et ont simulé les conditions dans lesquelles les océans deviendraient dominés par l'oxygène.
L’équipe a commencé par développer un modèle d’océan contenant les formes de vie les plus simples, qui ne produisaient pas d’oxygène. Ils ont ensuite introduit un nombre limité de cyanobactéries, dont les populations ont commencé à croître au fur et à mesure que la photosynthèse les poussait à exploiter les ressources disponibles.
Les chercheurs ont exécuté leur modèle plusieurs fois, en faisant varier le nombre de cyanobactéries initiales et les taux de différents processus biochimiques, tels que la photosynthèse, l'altération et la consommation d'oxygène d'autres microbes.
Ils ont découvert qu’il existe un seuil critique de concentration de cyanobactéries au-delà duquel les océans subissent une transition rapide et irréversible d’une domination par des organismes non producteurs d’oxygène à une domination par des cyanobactéries.
Bien que la densité exacte de la population à ce seuil puisse varier selon les circonstances, l’équipe a calculé qu’il fallait que la biomasse totale des cyanobactéries atteigne environ un dix millième du carbone organique total – les éléments constitutifs de tous les organismes vivants – contenus dans l’écosystème.
"Si seulement une infime quantité de cyanobactéries pouvait générer une augmentation incontrôlée de l'oxygène, cela pourrait expliquer la nature relativement abrupte du GOE dans les archives géologiques", explique Benjamin Johnson, paléobiologiste également à l'UCLA.
Leur modèle a également identifié les facteurs les plus responsables du grand événement d’oxydation :il était le plus sensible à la force de l’altération chimique et à la concentration de certains types de bactéries oxydant le fer.
Les chercheurs affirment que la prochaine étape consiste à examiner des scénarios autres que le simple taux de croissance exponentielle des populations cyanobactériennes qu'ils ont utilisés ici, et à explorer les effets de rétroaction d'autres composants du cycle du carbone.
