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Indispensable au développement de la plupart des organismes vivants, l’oxygène a commencé à apparaître dans l’atmosphère terrestre en quantités importantes il y a environ 2,4 milliards d’années. Cependant, un évènement de moindre ampleur serait intervenu environ 100 millions d’années plus tôt, dont les chercheurs pensent aujourd’hui connaître l’origine.

Un épisode précoce d’oxygénation

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue PNAS, des chercheurs de l’université de Washington ont analysé des archives rocheuses et observé une augmentation des niveaux de mercure suggérant que les volcans étaient la cause probable de cette oxygénation de courte durée ayant précédé l’épisode majeur. Cette activité aurait donné naissance à des champs de lave et de cendres volcaniques riches en nutriments, ayant ensuite été libérés dans les rivières et les zones côtières par altération. Cela aurait permis aux cyanobactéries et à d’autres organismes unicellulaires de se développer et de commencer à produire de l’oxygène.

« Notre étude suggère que pour ces bouffées d’oxygène transitoires, le déclencheur immédiat était une augmentation de la production d’oxygène, plutôt qu’une diminution de la consommation d’oxygène par les roches ou d’autres processus non vivants », explique le géologue Roger Buick, auteur principal de l’étude. « Il s’agit d’une distinction importante, car la présence d’oxygène dans l’atmosphère est fondamentale. C’est le plus grand moteur de l’évolution d’une vie large et complexe. »

Buick et ses collègues ont examiné des carottes rocheuses prélevées dans la formation des schistes du mont McRae, en Australie-Occidentale, contenant des chronologies géologiques remontant à 2,5 milliards d’années, avant le début du grand événement d’oxygénation. Des signes d’enrichissement en mercure et d’altération par oxydation ont convaincu les chercheurs que les éruptions volcaniques et l’introduction subséquente de phosphore (un nutriment essentiel pour moduler l’activité biologique sur de longues échelles de temps) avaient joué un rôle majeur dans ce pic d’oxygène précoce.

Bien que l’on ne sache pas exactement dans quelles parties du globe cette activité a pu intervenir, des documents géologiques provenant de l’Inde et du Canada actuels, entre autres, confirment l’hypothèse d’un volcanisme et de coulées de lave à cette époque lointaine.

D’importantes implications

« Lors de l’altération sous l’atmosphère de l’Archéen, la roche basaltique fraîche se serait lentement dissoute, libérant le macronutriment essentiel qu’est le phosphore dans les rivières », explique l’astrobiologiste Jana Meixnerová, co-auteure de l’étude. « Cela aurait nourri les microbes qui vivaient dans les zones côtières peu profondes et déclenché une productivité biologique accrue qui aurait créé, comme sous-produit, un pic d’oxygène. »

Si cette recherche n’explique que l’un des pics d’oxygène probablement intervenus avant que l’atmosphère terrestre ne commence à se transformer pour de bon, elle reste une source de données utiles pour l’étude des premiers moments de la vie sur notre planète. De tels travaux ont également des implications pour la recherche sur le changement climatique (en nous montrant comment la vie s’adapte à des niveaux d’oxygène moindres) et celle d’hypothétiques formes de vie extraterrestres (notamment le type de conditions atmosphériques dans lesquelles les micro-organismes peuvent exister).

Répondre aux questions qui subsistent concernant la manière dont la vie sur Terre a démarré dans sa forme la plus élémentaire, un milliard d’années avant le Grand Événement d’oxygénation, nécessitera une meilleure compréhension de la géologie de la planète au fil du temps. « Ce qui est devenu évident au cours des dernières décennies, c’est l’existence d’un certain nombre de liens entre la Terre solide et non vivante et l’évolution de la vie », conclut Meixnerová.

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