Les pierres de fer déposées sur le plancher océanique il y a près de deux milliards d’années se présentent maintenant sous forme d’affleurements rocheux le long de la rive du lac de Tu Nedhé (Territoires du Nord-Ouest, Canada). Crédit : Devon Cole
Une meilleure compréhension de l’atmosphère terrestre pourrait nous aider à identifier des signes de vie au-delà de notre système solaire.
Quand la Terre a-t-elle atteint des niveaux d’oxygène suffisants pour permettre la vie animale ? Des chercheurs de l’Université McGill ont découvert que l’augmentation des niveaux d’oxygène a coïncidé avec l’évolution et l’expansion des écosystèmes eucaryotes complexes. Leurs résultats 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 importante 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 et deviennent 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 n’aient évolué”, explique 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 sont des roches sédimentaires déposées le long des côtes il y a des millions d’années. Elles contiennent d’abondants granules d’oxydes de fer qui renferment des indicateurs chimiques de la quantité d’oxygène présente au moment de leur formation. Crédit : Maxwell Lechte
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 provenant du monde entier et 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 au moment de la formation des roches et l’impact qu’elle aurait eu sur la vie primitive, comme les micro-organismes eucaryotes, précurseurs des animaux modernes.
“Ces pierres de fer donnent un aperçu des niveaux d’oxygène des environnements marins peu profonds, où la vie évoluait. L’enregistrement des anciennes pierres 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, chercheur à l’Académie chinoise des sciences, qui a codirigé l’étude avec Lechte.
Galen Halverson, professeur à l’Université McGill, explore les dépôts de fer le long d’une crête rocheuse dans les montagnes Wernecke (Yukon, Canada). 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 l’apparition d’écosystèmes complexes dans les archives rocheuses. Donc, si des eucaryotes complexes existaient avant cela, leurs habitats auraient été limités par le manque d’oxygène”, explique Lechte.
La Terre reste le seul endroit de l’univers connu pour abriter la vie. Aujourd’hui, l’atmosphère et les océans de la Terre sont riches en oxygène, mais cela n’a pas toujours été le cas. L’oxygénation des océans et de l’atmosphère de la Terre est le résultat de la photosynthèse, un processus utilisé par les plantes et 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.
A la recherche de signes de vie au-delà de notre système solaire
Selon les chercheurs, ces 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 vie passée ou présente sur une autre planète – ou ce que les scientifiques appellent une biosignature.
Des pierres de fer dans les couches de roches sédimentaires du Grand Canyon (Arizona, États-Unis), conservant des indices sur d’anciens environnements marins. Crédit : Susannah Porter
Les scientifiques utilisent l’histoire de la Terre pour évaluer les niveaux d’oxygène auxquels les planètes terrestres 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, affirment les chercheurs.
“L’ozone absorbe fortement la lumière ultraviolette, ce qui rend sa détection possible même à de faibles niveaux d’oxygène atmosphérique. Ces travaux soulignent que la détection de l’ultraviolet dans les télescopes spatiaux augmentera considérablement nos chances de trouver des signes probables de vie.sur des planètes situées en dehors de notre système solaire”, explique Noah Planavsky, biogéochimiste à Yale University.
More geochemical studies of rocks from this time period will allow scientists to paint a clearer picture of the evolution of oxygen levels during this time, and better understand the feedbacks on the global oxygen cycle, say the researchers.
Reference: “Strong evidence for a weakly oxygenated ocean–atmosphere system during the Proterozoic” by Changle Wang, Maxwell A. Lechte, Christopher T. Reinhard, Dan Asael, Devon B. Cole, Galen P. Halverson, Susannah M. Porter, Nir Galili, Itay Halevy, Robert H. Rainbird, Timothy W. Lyons and Noah J. Planavsky, 31 January 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2116101119
