L'oxygénation de l'atmosphère terrestre était grâce, en partie, aux particules de fer et de silice dans l'eau de mer ancienne, selon une nouvelle étude réalisée par des géomicrobiologistes de l'Université de l'Alberta. Mais ces résultats ne résolvent qu'une partie de cet ancien mystère.

Les premiers organismes appelés cyanobactéries produisaient de l'oxygène par photosynthèse oxygénée, entraînant l'oxygénation de l'atmosphère terrestre. Mais les cyanobactéries avaient besoin d'une protection contre les rayons UV du soleil pour évoluer. C'est là qu'interviennent les particules de fer et de silice dans l'eau de mer ancienne, selon Aleksandra Mloszewska, un ancien Ph.D. étudiant qui a mené la recherche sous la supervision des professeurs Kurt Konhauser et George Owttrim.

L'équipe de recherche a caractérisé l'effet du stress UV sur les cyanobactéries et le degré de rayonnement à travers l'eau de mer grâce à une combinaison de facteurs microbiologiques, spectroscopique, techniques géochimiques et de modélisation. Ils ont découvert que la présence de concentrations élevées de silice et de fer dans l'eau de mer primitive permettait la formation de particules de fer-silice qui restaient en suspension dans l'océan pendant de longues périodes.

"En effet, les particules de fer-silice ont agi comme un ancien écran solaire pour les cyanobactéries, les protéger des effets mortels de l'exposition directe aux UV, " a expliqué Konhauser. " C'était critique sur la Terre primitive avant qu'une couche d'ozone suffisamment épaisse ne soit établie pour permettre au plancton marin de se répandre à travers le globe, comme c'est le cas aujourd'hui."

Mais ce n'est qu'une partie de l'histoire.

Owttrim a déclaré que l'accumulation d'oxygène atmosphérique provenant des cyanobactéries a facilité l'évolution de la respiration à base d'oxygène et des organismes multicellulaires, ce qui reste un mystère, c'est pourquoi il a fallu si longtemps pour que l'oxygène libre s'accumule de façon permanente dans l'atmosphère après l'évolution initiale des cyanobactéries.

Alors que les particules de fer-silice auraient permis aux premières cyanobactéries de survivre, Le rayonnement UV aurait encore empêché leur croissance généralisée.

"Il est probable que les premières cyanobactéries n'auraient pas été aussi productives qu'elles le sont aujourd'hui à cause des effets du stress UV. Jusqu'à ce que l'accumulation suffisante d'oxygène dérivé des cyanobactéries permette à un moyen de protection plus permanent de se développer, comme une couche d'ozone, Le stress UV peut avoir joué un rôle encore plus important dans la formation de la structure des premiers écosystèmes, " a expliqué Mloszewska.

Les nouvelles découvertes aident les chercheurs à comprendre comment les premières cyanobactéries ont été affectées par le niveau élevé de rayonnement sur la Terre primitive ainsi que la dynamique environnementale qui a affecté l'histoire de l'oxygénation de notre atmosphère.

"Ces résultats pourraient également être utilisés comme étude de cas pour nous aider à comprendre le potentiel d'émergence de la vie sur d'autres planètes qui sont affectées par des niveaux élevés de rayonnement UV, par exemple des planètes rocheuses de la taille de la Terre dans les zones habitables des systèmes d'étoiles naines M à proximité comme TRAPPIST-1, Proxima Centauri, LHS 1140 et Ross 128 entre autres, ", a déclaré Mloszewska.

La recherche a été menée en collaboration avec des collègues de l'Université de Tuebingen et de l'Université de Yale et a été soutenue par le Conseil national de la science et de la recherche du Canada, et par le NASA Alternative Earths Astrobiology Institute.

Le papier, "Le rayonnement UV a limité l'expansion des cyanobactéries dans les environnements photiques marins précoces" est publié dans Communication Nature .