Galen Halverson, professeur à l'Université McGill, explore des gisements de roche ferrugineuse le long d'une crête rocheuse dans les monts Wernecke (Yukon, Canada). Crédit :Maxwell Lechte
Quand la Terre a-t-elle atteint des niveaux d'oxygène suffisants pour soutenir la vie animale ? Des chercheurs de l'Université McGill ont découvert qu'une augmentation des niveaux d'oxygène s'est produite au rythme de l'évolution et de l'expansion d'écosystèmes eucaryotes complexes. Leurs découvertes représentent la preuve la plus solide à ce jour que des niveaux d'oxygène extrêmement bas ont exercé une limitation importante sur l'évolution pendant des milliards d'années.
"Jusqu'à présent, il y avait une lacune critique dans notre compréhension des facteurs environnementaux au début de l'évolution. La Terre primitive a été marquée par de faibles niveaux d'oxygène, jusqu'à ce que les niveaux d'oxygène de surface augmentent pour être suffisants pour la vie animale. Mais les projections concernant le moment où cette augmentation s'est produite variaient. de plus d'un milliard d'années, peut-être même bien avant que les animaux aient évolué », déclare Maxwell Lechte, chercheur postdoctoral au Département des sciences de la Terre et des planètes sous la direction de Galen Halverson à l'Université McGill.
Les pierres de fer donnent un aperçu des débuts de la vie
Pour trouver des réponses, les chercheurs ont examiné des roches sédimentaires riches en fer du monde entier déposées dans d'anciens environnements côtiers. En analysant la chimie du fer dans ces roches, les chercheurs ont pu estimer la quantité d'oxygène présente lors de la formation des roches et l'impact qu'elle aurait eu sur les débuts de la vie comme les micro-organismes eucaryotes, les précurseurs des animaux modernes.
"Ces pierres de fer offrent un aperçu des niveaux d'oxygène des environnements marins peu profonds, où la vie évoluait. L'ancien enregistrement de pierre de fer indique environ moins de 1 % des niveaux d'oxygène modernes, ce qui aurait eu un impact immense sur la complexité écologique", explique Changle Wang, un chercheur de l'Académie chinoise des sciences qui a co-dirigé l'étude avec Lechte.
Les pierres de fer sont des roches sédimentaires déposées le long des côtes il y a des millions d'années, qui contiennent d'abondants granules d'oxydes de fer qui contiennent des indicateurs chimiques de la quantité d'oxygène présente au moment de la formation. Crédit :Maxwell Lechte
"Ces conditions de faible teneur en oxygène ont persisté jusqu'à il y a environ 800 millions d'années, juste au moment où nous commençons à voir des preuves de la montée d'écosystèmes complexes dans les archives rocheuses. Donc, si des eucaryotes complexes existaient auparavant, leurs habitats auraient été limités par une faible teneur en oxygène. ", dit Lechte.
La Terre reste le seul endroit de l'univers connu pour abriter la vie. Aujourd'hui, l'atmosphère terrestre et les océans sont riches en oxygène, mais cela n'a pas toujours été le cas. L'oxygénation de l'océan et de l'atmosphère de la Terre est le résultat de la photosynthèse, un processus utilisé par les plantes et d'autres organismes pour convertir la lumière en énergie, libérant de l'oxygène dans l'atmosphère et créant les conditions nécessaires à la respiration et à la vie animale.
Rechercher des signes de vie au-delà de notre système solaire
Selon les chercheurs, les nouvelles découvertes suggèrent que l'atmosphère terrestre était capable de maintenir de faibles niveaux d'oxygène atmosphérique pendant des milliards d'années. Cela a des implications importantes pour l'exploration des signes de vie au-delà de notre système solaire, car la recherche de traces d'oxygène atmosphérique est un moyen de rechercher des preuves de la vie passée ou présente sur une autre planète, ou ce que les scientifiques appellent une biosignature.
Ironstones dans les couches de roches sédimentaires du Grand Canyon (Arizona, États-Unis), préservant des indices sur les anciens environnements marins. Crédit :Susannah Porter
Les scientifiques utilisent l'histoire de la Terre pour évaluer les niveaux d'oxygène sous lesquels les planètes telluriques peuvent se stabiliser. Si les planètes terrestres peuvent se stabiliser à de faibles niveaux d'oxygène atmosphérique, comme le suggèrent les résultats, la meilleure chance de détecter l'oxygène sera de rechercher son sous-produit photochimique, l'ozone, selon les chercheurs.
"L'ozone absorbe fortement la lumière ultraviolette, ce qui rend la détection de l'ozone possible même à de faibles niveaux d'oxygène atmosphérique. Ce travail souligne que la détection ultraviolette dans les télescopes spatiaux augmentera considérablement nos chances de trouver des signes probables de vie sur des planètes en dehors de notre système solaire", déclare Noah Planavsky, biogéochimiste à l'université de Yale.
D'autres études géochimiques des roches de cette période permettront aux scientifiques de brosser un tableau plus clair de l'évolution des niveaux d'oxygène pendant cette période et de mieux comprendre les rétroactions sur le cycle global de l'oxygène, selon les chercheurs.
