Les recherches menées par Mojtaba Fakhraee, étudiant diplômé de l'Université du Minnesota Duluth (UMD) et par le professeur agrégé Sergei Katsev, ont repoussé une étape importante dans l'évolution de l'environnement terrestre d'environ 250 millions d'années. Alors que l'on pense que l'oxygène s'est accumulé pour la première fois dans l'atmosphère terrestre il y a environ 2,45 milliards d'années, de nouvelles recherches montrent que les océans contenaient beaucoup d'oxygène bien avant cette époque, fournir un habitat riche en énergie pour les premiers stades de la vie. Les résultats des deux scientifiques de l'UMD et de leur co-auteur Sean Crowe de l'Université de la Colombie-Britannique ont été publiés dans la revue à comité de lecture Avancées scientifiques .

"Quand de minuscules bactéries dans l'océan ont commencé à produire de l'oxygène, ce fut un tournant majeur et a changé la chimie de la terre, " a expliqué Katsev. "Notre travail indique le moment où l'océan a commencé à accumuler de l'oxygène à des niveaux qui modifieraient considérablement la chimie de l'océan et c'est environ 250 millions d'années plus tôt que ce que nous savions pour l'atmosphère. C'est à peu près le temps écoulé depuis la première apparition des dinosaures jusqu'à aujourd'hui."

Les résultats sont importants, selon les auteurs, parce qu'ils approfondissent notre compréhension des conditions sur Terre lorsque toute la vie était constituée de microbes unicellulaires et que leurs métabolismes que nous connaissons aujourd'hui ne faisaient qu'émerger.

"Cela nous aide à théoriser non seulement sur les débuts de la vie sur Terre, mais aussi sur les signatures de la vie que nous pourrions trouver sur d'autres planètes, ", a déclaré Fakhraee.

Les conclusions de l'étude sont le résultat de la création d'un modèle informatique détaillé des réactions chimiques qui ont eu lieu dans les sédiments de l'océan. Les chercheurs se sont concentrés sur le cycle du soufre et ont simulé les modèles dans lesquels trois isotopes différents du soufre pourraient se combiner dans d'anciennes roches sédimentaires. En comparant les résultats du modèle à une grande quantité de données provenant de roches anciennes et d'eau de mer, ils ont pu déterminer comment les niveaux de soufre et d'oxygène étaient liés et contrôlaient les concentrations d'oxygène et de sulfate dans l'eau de mer ancienne.

"Nous essayons de reconstruire le fonctionnement des premiers âges et des premiers environnements, " a déclaré Katsev. " Personne ne regardait vraiment comment les signaux isotopiques qui étaient générés dans l'atmosphère et l'océan étaient transformés dans les sédiments. Mais tout ce que nous pouvons observer maintenant, c'est ce qui a été conservé sous forme de roches, et les schémas isotopiques auraient pu être modifiés au cours du processus."

Une grande partie de cette recherche s'appuie sur le travail passé des membres de l'équipe, et les résultats de la modélisation aident à rassembler certaines des observations qui semblaient contradictoires. "Nous avons résolu quelques énigmes dans la chronologie historique et les contradictions qui existaient dans les enregistrements des isotopes du soufre, " dit Fakhraee.