Nous et tous les autres animaux ne serions pas ici aujourd'hui si notre planète n'avait pas beaucoup d'oxygène dans son atmosphère et ses océans. Mais à quel point les niveaux élevés d'oxygène étaient-ils cruciaux pour la transition de simples, formes de vie unicellulaires à la complexité que nous voyons aujourd'hui ?

Une étude de l'Université de Californie, Les géochimistes de Berkeley présentent de nouvelles preuves que des niveaux élevés d'oxygène n'étaient pas essentiels à l'origine des animaux.

Les chercheurs ont découvert que la transition vers un monde avec un océan profond oxygéné s'est produite il y a entre 540 et 420 millions d'années. Ils attribuent cela à une augmentation de l'O2 atmosphérique à des niveaux comparables aux 21 pour cent d'oxygène dans l'atmosphère aujourd'hui.

Cette augmentation inférée survient des centaines de millions d'années après l'apparition des animaux, qui s'est produit il y a entre 700 et 800 millions d'années.

"L'oxygénation de l'océan profond et notre interprétation de cela à la suite d'une augmentation de l'O2 atmosphérique était un événement assez tardif dans le contexte de l'histoire de la Terre, " a déclaré Daniel Stolper, professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Berkeley. « Ceci est important car il fournit de nouvelles preuves que l'origine des premiers animaux, qui nécessitaient de l'O2 pour leur métabolisme, peut-être s'est-il passé dans un monde dont l'atmosphère avait des niveaux d'oxygène relativement bas par rapport à aujourd'hui."

Lui et Brenhin Keller, boursier postdoctoral, rendront compte de leurs conclusions dans un article publié en ligne le 3 janvier avant la publication dans la revue. La nature . Keller est également affilié au Berkeley Geochronology Center.

L'oxygène a joué un rôle clé dans l'histoire de la Terre, non seulement en raison de son importance pour les organismes qui respirent de l'oxygène, mais en raison de sa tendance à réagir, souvent violemment, avec d'autres composés pour, par exemple, faire rouiller le fer, les plantes brûlent et le gaz naturel explose.

Suivi de la concentration d'oxygène dans l'océan et l'atmosphère au cours des 4,5 milliards d'années d'histoire de la Terre, cependant, n'est pas facile. Pendant les 2 premiers milliards d'années, la plupart des scientifiques pensent que très peu d'oxygène était présent dans l'atmosphère ou l'océan. Mais il y a environ 2,5 à 2,3 milliards d'années, les niveaux d'oxygène atmosphérique ont d'abord augmenté. Les effets géologiques de ceci sont évidents :les roches sur terre exposées à l'atmosphère ont soudainement commencé à rougir alors que le fer qu'elles contenaient réagissait avec l'oxygène pour former des oxydes de fer similaires à la façon dont le fer rouille.

Les scientifiques de la Terre ont calculé qu'à cette époque, les niveaux d'oxygène atmosphérique ont d'abord dépassé le cent millième du niveau actuel (0,001 pour cent), mais restait trop bas pour oxygéner l'océan profond, qui est resté en grande partie anoxique.

Il y a 400 millions d'années, des gisements de charbon fossile apparaissent pour la première fois, une indication que les niveaux d'O2 atmosphérique étaient suffisamment élevés pour supporter les incendies de forêt, qui nécessitent environ 50 à 70 pour cent des niveaux d'oxygène modernes, et oxygéner les profondeurs de l'océan. Comment les niveaux d'oxygène atmosphérique variaient entre 2, Il y a 500 et 400 millions d'années est moins certain et reste un sujet de débat.

"Remplir l'histoire des niveaux d'oxygène atmosphérique d'environ 2,5 milliards à 400 millions d'années a été d'un grand intérêt étant donné le rôle central de l'O2 dans de nombreux processus géochimiques et biologiques. Par exemple, une explication de la raison pour laquelle les animaux se présentent quand ils le font est que c'est à peu près à ce moment-là que les niveaux d'oxygène se sont approchés pour la première fois des concentrations atmosphériques élevées observées aujourd'hui, " Stolper a déclaré. " Cette explication exige que les deux soient liés de manière causale de telle sorte que le changement vers les niveaux d'O2 atmosphériques presque modernes était un moteur environnemental pour l'évolution de nos prédécesseurs nécessitant de l'oxygène. "

En revanche, certains chercheurs pensent que les deux événements sont largement indépendants. Pour aider à résoudre ce débat, il est essentiel de déterminer quand les niveaux d'oxygène atmosphérique ont atteint des niveaux proches des niveaux modernes. Mais les estimations passées du moment où cette oxygénation s'est produite vont de 800 à 400 millions d'années, chevauchant la période d'origine des animaux.

Quand les niveaux d'oxygène ont-ils changé pour la deuxième fois ?

Stolper et Keller espéraient identifier une étape clé dans l'histoire de la Terre :lorsque les niveaux d'oxygène sont devenus suffisamment élevés - environ 10 à 50 % du niveau actuel - pour oxygéner les profondeurs de l'océan. Leur approche est basée sur l'étude de l'état d'oxydation du fer dans les roches ignées formées sous les éruptions volcaniques sous-marines (appelées « sous-marines »), qui produisent des "coussins" et des flux massifs de basalte lorsque la roche en fusion sort des dorsales océaniques. De manière critique, après l'éruption, l'eau de mer circule à travers les rochers. Aujourd'hui, ces fluides circulants contiennent de l'oxygène et oxydent le fer des basaltes. Mais dans un monde avec des océans profonds dépourvus d'O2, ils s'attendaient à peu de changement dans l'état d'oxydation du fer dans les basaltes après l'éruption.

"Notre idée était d'étudier l'histoire de l'état d'oxydation du fer dans ces basaltes et de voir si nous pouvions déterminer quand le fer a commencé à montrer des signes d'oxydation et donc quand l'océan profond a commencé à contenir des quantités appréciables d'O2 dissous, " a déclaré Stolper.

Pour faire ça, ils ont compilé plus de 1, 000 mesures publiées de l'état d'oxydation du fer des anciens basaltes sous-marins. Ils ont découvert que le fer basaltique ne s'oxyde de manière significative par rapport aux valeurs magmatiques qu'il y a environ 540 à 420 millions d'années, des centaines de millions d'années après la naissance des animaux. Ils attribuent ce changement à l'augmentation des niveaux d'O2 atmosphérique à des niveaux proches de la modernité. Cette constatation est cohérente avec certaines histoires de concentrations d'O2 atmosphérique et océanique, mais pas toutes.

"Ce travail indique qu'une augmentation de l'O2 atmosphérique à des niveaux suffisants pour oxygéner l'océan profond et créer un monde similaire à celui que l'on voit aujourd'hui n'était pas nécessaire pour l'émergence des animaux, " Stolper a dit. " De plus, le record de basalte sous-marin fournit une nouvelle, fenêtre quantitative sur l'état géochimique de l'océan profond il y a des centaines de millions à des milliards d'années."