La quantité de biomasse - la vie - dans les anciens océans de la Terre peut avoir été limitée en raison du faible recyclage du phosphore nutritif clé, selon de nouvelles recherches menées par l'Université de Washington et l'Université de St. Andrews en Écosse.

La recherche, publié en ligne le 22 novembre dans la revue Avancées scientifiques , commente également le rôle du volcanisme dans le soutien de la biosphère primitive de la Terre et peut même s'appliquer à la recherche de la vie sur d'autres mondes.

L'auteur principal de l'article est Michael Kipp, un doctorant de l'UW en sciences de la Terre et de l'espace ; co-auteur est Eva Stüeken, chercheur à l'Université de St. Andrews et ancien chercheur postdoctoral de l'UW. Roger Buick, professeur de sciences de la Terre et de l'espace à l'UW, a conseillé les chercheurs.

Leur but, Kipp a dit, était d'utiliser la modélisation théorique pour étudier comment les niveaux de phosphore dans les océans ont changé tout au long de l'histoire de la Terre.

« Nous nous sommes intéressés au phosphore car on pense qu'il s'agit du nutriment qui limite la quantité de vie dans l'océan, avec le carbone et l'azote, " a déclaré Kipp. " Vous changez la quantité relative de ceux-ci et vous changez, essentiellement, le montant de la productivité biologique.

Kipp a déclaré que leur modèle montre que la capacité du phosphore à être recyclé dans l'ancien océan « était beaucoup plus faible qu'aujourd'hui, peut-être de l'ordre de 10 fois moins."

Toute vie a besoin de nourriture abondante pour prospérer, et l'élément chimique phosphore - qui est rejeté dans l'océan par les rivières sous forme de phosphate - est un élément nutritif clé. Une fois dans l'océan, le phosphore est recyclé plusieurs fois car des organismes comme le plancton ou les algues eucaryotes qui le « mangent » sont à leur tour consommés par d'autres organismes.

"Comme ces organismes utilisent le phosphore, ils se font brouter à leur tour, soit ils meurent et d'autres bactéries décomposent leur matière organique, " dit Kipp, "Et ils libèrent une partie de ce phosphore dans l'océan. Il fait en fait plusieurs cycles, " permettant au phosphore libéré de s'accumuler dans l'océan. La quantité de recyclage est un contrôle clé sur la quantité de phosphore total dans l'océan, qui à son tour soutient la vie.

Buick a expliqué:"Chaque jardinier sait que leurs plantes ne poussent que petites et sans engrais phosphatés. Il en va de même pour la vie photosynthétique dans les océans, où le phosphate « fertilisant » provient en grande partie du phosphore libéré par la dégradation du plancton mort. »

Mais tout cela nécessite de l'oxygène. Dans les océans riches en oxygène d'aujourd'hui, presque tout le phosphore est recyclé de cette manière et peu tombe au fond de l'océan. Il y a plusieurs milliards d'années, à l'époque précambrienne, cependant, il y avait peu ou pas d'oxygène dans l'environnement.

"Il existe des alternatives à l'oxygène que certaines bactéries pourraient utiliser, a déclaré le co-auteur Stüeken. "Certaines bactéries peuvent digérer les aliments en utilisant du sulfate. D'autres utilisent des oxydes de fer." Sulfate, elle a dit, était le contrôle le plus important sur le recyclage du phosphore à l'époque précambrienne.

"Notre analyse montre que ces voies alternatives étaient la voie dominante de recyclage du phosphore au Précambrien, quand l'oxygène était très bas, " dit Stüeken. " Cependant, ils sont beaucoup moins efficaces que la digestion à l'oxygène, ce qui signifie que seule une plus petite quantité de biomasse pourrait être digérée. En conséquence, beaucoup moins de phosphore aurait été recyclé, et donc la productivité biologique totale aurait été supprimée par rapport à aujourd'hui."

Kipp a comparé l'océan à faible teneur en oxygène de la Terre primitive à une sorte d'environnement "en conserve", avec de l'oxygène scellé :« C'est un système fermé. Si vous remontez aux premiers océans du Précambrien, il ne se passe pas grand-chose en termes d'activité biologique."

Stüeken a noté que les volcans étaient la plus grande source de sulfate dans le Précambrien, contrairement à maintenant, et ils étaient donc nécessaires pour maintenir une biosphère importante en permettant le recyclage du phosphore.

En réalité, moins un tel sulfate volcanique, Stüeken a dit, La biosphère terrestre aurait été très petite, et n'a peut-être pas survécu pendant des milliards d'années. Les résultats, alors, illustrent « à quel point la vie est fortement liée à des processus géologiques fondamentaux tels que le volcanisme sur la Terre primitive, " elle a dit.

La modélisation de Kipp et Stüeken peut également avoir des implications pour la recherche de la vie au-delà de la Terre.

Les astronomes utiliseront les prochains télescopes terrestres et spatiaux tels que le télescope spatial James Webb, lancement prévu en 2019, rechercher l'impact d'une biosphère marine, comme la Terre l'a fait, sur l'atmosphère d'une planète. Mais faible en phosphore, disent les chercheurs, pourrait faire apparaître un monde habité inhabité, ce qui en ferait une sorte de « faux négatif ».

Kipp a dit, "S'il y a moins de vie, au fond, moins de production photosynthétique - il est plus difficile d'accumuler de l'oxygène atmosphérique que si vous aviez des niveaux de phosphore et des taux de production modernes. Cela pourrait signifier que certaines planètes pourraient sembler inhabitées en raison de leur manque d'oxygène, mais en réalité, ils ont des biosphères dont l'étendue est limitée en raison de la faible disponibilité du phosphore.

"Ces 'faux négatifs' sont l'un des plus grands défis auxquels nous sommes confrontés dans la recherche de la vie ailleurs, " a déclaré Victoria Meadows, Professeur d'astronomie UW et chercheur principal pour le laboratoire planétaire virtuel de l'Institut d'astrobiologie de la NASA, basé à l'UW.

"Mais la recherche sur les premiers environnements de la Terre augmente nos chances de succès en révélant des processus et des propriétés planétaires qui guident notre recherche de vie sur les exoplanètes voisines."