Photosynthèse, le processus par lequel les plantes et autres organismes convertissent la lumière du soleil en énergie chimique, a été un acteur majeur de l'évolution de la vie et de l'atmosphère de notre planète. Bien que la plupart des tenants et aboutissants de la photosynthèse soient compris, comment les mécanismes nécessaires ont évolué est encore un sujet de débat. La réponse à cette question, cependant, peut en fait être enfoui dans le monde minéral.

Dans une étude récente publiée dans Frontières des sciences de la Terre , scientifiques de l'Université de Pékin, Chine, a déplacé l'accent de la recherche sur la photosynthèse des plantes et des bactéries un peu plus loin vers les roches et les substances trouvées dans ce qu'on appelle la « membrane minérale » de la Terre. Ils proposent que divers composants de cette couche relativement mince, comme la Birnessite, goethite, et hématite, peut également absorber l'énergie de la lumière du soleil et la canaliser dans des réactions chimiques. Mais comment cela se produit-il?

Ces minéraux semi-conducteurs sont sensibles à une longueur d'onde spécifique de la lumière solaire. Lorsqu'ils absorbent des photons, les électrons dans les états d'énergie inférieure (bande de valence) sont excités pour sauter dans des états d'énergie plus élevés (bande de conduction). Les photoélectrons ont une énergie suffisante pour entraîner des réactions de réduction qui nécessiteraient autrement de l'énergie externe.

Étonnamment, ce mécanisme de photosynthèse non classique qui se produit dans les minéraux semi-conducteurs répandus peut catalyser des réactions similaires à celles de la photosynthèse biologique trouvées chez les cyanobactéries. Par exemple, certains minéraux peuvent favoriser le dégagement d'oxygène (formation de molécules de dioxygène) et la fixation du carbone (production de composés organiques à partir d'atomes de carbone provenant de sources inorganiques). De plus, ces minéraux peuvent même agir comme photocatalyseurs pour la décomposition de l'eau, qui produit de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau, et la conversion du dioxyde de carbone atmosphérique en produits carbonatés marins. Ces processus combinés pourraient avoir joué un rôle transformateur dans toute la Terre primitive, provoquant des changements notables dans les conditions atmosphériques et marines pour favoriser l'évolution des premières formes de vie.

Plus important encore, les scientifiques ont noté que la birnessite est structurellement similaire au "Mn 4 CaO 5 complexe au cœur des systèmes de photosynthèse des organismes modernes. Ce composé contenant du manganèse, qui effectue la division de l'eau en absorbant la lumière du soleil, peut avoir en fait évolué comme un analogue de la birnessite. L'auteur principal, le Dr Anhuai Lu, explique :"Nos travaux dans ce nouveau domaine de recherche sur les mécanismes d'interaction entre la lumière, minéraux, et la vie révèle que les minéraux et les organismes sont en fait inséparables." Les scientifiques postulent que les bactéries primitives auraient dépendu de minéraux comme la birnessite pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique utile au début, avant d'incorporer lentement des analogues structuraux dans leurs corps cellulaires tout au long de l'évolution.

Une meilleure compréhension de la photosynthèse non classique aidera les scientifiques à percer les mystères derrière l'évolution de la vie et la composition chimique de notre planète telle que nous la connaissons. D'un point de vue plus pratique, il contribuera également au développement de méthodes efficaces de récolte de l'énergie solaire. « Nous pouvons utiliser la photocatalyse minérale pour favoriser le fractionnement de l'eau, améliorant ainsi l'efficacité des systèmes de biophotosynthèse et conduisant à des technologies révolutionnaires, " remarque le Dr Lu.

Du progrès des applications éco-responsables à une connaissance plus approfondie de l'histoire de la vie, il est clair qu'il y a beaucoup à gagner à étudier les interactions naturelles entre la lumière du soleil et les minéraux. Contrairement à ce que dit le vieil adage, il semble encore y avoir beaucoup de nouveautés sous le soleil !