Il y a environ 2,4 milliards d'années, à la fin de l'éon archéen, une augmentation des niveaux d'oxygène à l'échelle de la planète appelée le grand événement d'oxydation (GOE) a créé l'atmosphère familière que nous respirons tous aujourd'hui. Les chercheurs se sont concentrés sur les origines de la vie s'accordent largement à dire que cet événement de transition a été causé par la prolifération mondiale de microbes photosynthétiques capables de diviser l'eau pour fabriquer de l'oxygène moléculaire (O 2 ). Cependant, selon Tanja Bosak, professeur agrégé au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et Sciences Planétaires (EAPS), les chercheurs ne savent pas combien de temps avant le GOE ces organismes ont évolué.

La nouvelle recherche de Bosak, publié aujourd'hui dans La nature , suggère qu'il pourrait maintenant être encore plus difficile d'identifier l'émergence de microbes producteurs d'oxygène dans les archives géologiques.

Un signal dans les rochers

Les premiers microbes à fabriquer de l'oxygène n'ont pas laissé de journal, les scientifiques doivent donc rechercher des indices subtils de leur émergence qui auraient pu survivre aux quelques milliards d'années qui ont suivi. Pour compliquer encore les choses, alors que des preuves du GOE se trouvent partout sur la Terre, ces premières colonies d'organismes producteurs d'oxygène auraient probablement d'abord existé dans de petits étangs ou plans d'eau. Toute trace d'eux serait géographiquement isolée.

Certains scientifiques considèrent que les preuves localisées de l'oxyde de manganèse minéral dans les sédiments anciens sont un indicateur (ou un proxy) de l'existence d'organismes producteurs d'oxygène. En effet, l'oxydation du manganèse n'était possible qu'en présence de quantités importantes d'O 2 , plus qu'il n'en existait normalement dans l'atmosphère pré-GOE. Ainsi, trouver des preuves d'oxyde de manganèse dans les sédiments antérieurs au GOE suggérerait que des organismes producteurs d'oxygène avaient évolué à ce moment-là et étaient actifs dans la région.

Mais il s'avère qu'il existe plusieurs façons d'oxyder le manganèse.

Les microbes anaérobies changent la donne

Comme décrit dans le nouveau document, Bosak et son ancien postdoc, Mirna Daye, découvert que les colonies de microbes modernes peuvent effectuer ce processus dans des environnements anaérobies typiques de la fin de l'Eon Archéen. Contrairement aux organismes qui ont causé le GOE, Les microbes de Daye et Bosak utilisent du sulfure, à la place de l'eau, effectuer la photosynthèse, ils ne créent donc pas d'oxygène moléculaire en tant que sous-produit. La plupart des scientifiques pensent que ce type de photosynthèse anaérobie est apparu comme un système précurseur de la photosynthèse oxygénée plus familière qui a inauguré le GOE, et les microbes de Daye et Bosak contiennent une machinerie génétique similaire à ce que l'on pense avoir existé avant l'évolution des bactéries capables de fabriquer de l'oxygène.

La démonstration par le groupe de Bosak de l'oxydation du manganèse dans un environnement anaérobie signifie que les preuves d'oxyde de manganèse ancien peuvent ne pas être un indicateur fiable de l'évolution locale de la vie productrice d'oxygène. Cela pourrait simplement être un signal de la présence d'autres organismes que l'on pensait déjà répandus à cette époque.

Les co-auteurs de Bosak incluent le professeur agrégé de géobiologie Gregory Fournier, avec les anciens post-doctorants Mirna Daye et Mihkel Pajusalu du département EAPS du MIT; Vanja Klepac-Ceraj, Sophie Rowland, et Anna Farrell-Sherman du Wellesley College; Nicolas Beukes de l'Université de Johannesburg; et Nobumichi Tamura du Laboratoire national de Berkley.

Interroger le manganèse ancien

"Découvrir de nouveaux mécanismes par lesquels l'oxyde de manganèse pourrait être créé dans les environnements archéens, avant la montée de l'oxygène, est extrêmement intéressant parce que bon nombre des indicateurs que nous avons [utilisés] pour la présence d'oxygène [et donc, les microbes capables de le produire] dans l'environnement dans la première moitié de l'histoire de la Terre sont… en fait des indicateurs de la présence d'oxyde de manganèse, " dit Ariel Anbar, professeur à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'Université d'État de l'Arizona, qui n'a pas participé à la recherche. "Cela nous oblige à réfléchir plus profondément aux proxys que nous utilisons et s'ils sont vraiment indicatifs d'O 2 ou pas."

L'étude de l'ancienne Terre a toujours été un défi, car les preuves sont recyclées par des processus géologiques et autrement perdues à cause de l'usure du temps. Les chercheurs ne disposent que de données fragmentées et déduites qu'ils peuvent utiliser pour développer des théories.

"Ce que nous trouvons ne dit pas nécessairement que ces personnes qui interprètent ces bouffées d'oxygène avant le GOE [sont] fausses. Cela me donne juste une énorme pause, " dit Bosak, "Le fait que nous ayons ajouté des microbes et trouvé ces processus qui n'ont tout simplement jamais été pris en compte nous dit que nous ne comprenons vraiment pas grand-chose à la façon dont la vie et l'environnement ont co-évolué."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.