Alimenter une énorme biosphère sur Terre, la photosynthèse est la réaction médiée par la lumière qui convertit le dioxyde de carbone et l'eau en glucides et en oxygène. Il y a environ 2,3 milliards d'années, cette réaction a conduit à une oxygénation spectaculaire de l'atmosphère terrestre.

Il existe des preuves que la photosynthèse libérant de l'oxygène a évolué beaucoup plus tôt, peut-être il y a 3 milliards d'années. Cependant, l'atmosphère riche en oxygène que nous tenons pour acquise aujourd'hui n'a existé que pendant environ 10 % des 4,5 milliards d'années d'histoire de la Terre. Pourquoi l'oxygénation de l'atmosphère s'est-elle produite bien plus tard que l'évolution de la photosynthèse libérant de l'oxygène ?

"Le décalage frappant est resté un casse-tête persistant dans les domaines de l'histoire de la Terre et de la science planétaire, " dit Christophe Reinhard, professeur adjoint à l'École des sciences de la Terre et de l'atmosphère (EAS).

Reinhard, l'ancien chercheur postdoctoral de l'EAS Kazumi Ozaki, et collaborateurs ont proposé une solution au casse-tête. Leurs découvertes, Publié dans Communication Nature , suggèrent que dans les océans de la Terre primitive, les photosynthétiseurs libérant de l'oxygène ne pouvaient pas rivaliser efficacement avec leurs homologues primitifs.

Les photosynthétiseurs modernes consomment de l'eau et libèrent de l'oxygène. Les primitifs consomment plutôt des ions de fer dissous, qui auraient été abondants dans les océans de la Terre primitive. Ils produisent de la rouille comme sous-produit au lieu de l'oxygène.

En utilisant la microbiologie expérimentale, génomique, et modélisation biogéochimique à grande échelle, "nous avons découvert que les bactéries photosynthétiques qui utilisent du fer au lieu de l'eau sont de féroces concurrentes pour la lumière et les nutriments, " dit Ozaki, le premier auteur de l'article et maintenant professeur adjoint au Département des sciences de l'environnement de l'Université de Toho, au Japon. "Nous proposons que leur capacité à surpasser les photosynthétiseurs produisant de l'oxygène est une composante importante du cycle mondial de l'oxygène de la Terre."

L'étude fait partie de l'objectif de recherche de Reinhard pour comprendre comment l'évolution de la biosphère photosynthétique contrôlait la composition de l'atmosphère terrestre. "Nous voulons comprendre le calendrier des principales innovations biologiques et leur impact sur la chimie des océans et de l'atmosphère de la Terre. Nous considérons que ces principes sont essentiels pour comprendre nos propres origines évolutives et la recherche de la vie au-delà de notre système solaire."

"Nos résultats contribuent à une connaissance plus approfondie des facteurs biologiques contrôlant l'évolution à long terme de l'atmosphère terrestre, " dit Ozaki. " Ils offrent une meilleure compréhension mécaniste des facteurs qui favorisent l'oxygénation des atmosphères des planètes semblables à la Terre au-delà de notre système solaire. " Les résultats " offrent une toute nouvelle perspective à partir de laquelle construire des modèles théoriques du cycle biogéochimique de l'oxygène de la Terre , " ajoute Reinhard.