Graphique montrant comment le rayonnement UV sur la Terre a changé au cours des 2,4 milliards d’années passées. Crédit : Gregory Cooke/ Royal Society Open Science
Pendant de longues portions des 2,4 milliards d’années passées, la Terre pourrait avoir été plus inhospitalière pour la vie que les scientifiques ne le pensaient auparavant, selon de nouvelles simulations informatiques.
En utilisant un modèle climatique de pointe, les chercheurs pensent maintenant que le niveau de rayonnement ultraviolet (UV) atteignant la surface de la Terre pourrait avoir été sous-estimé, les niveaux d’UV étant jusqu’à dix fois plus élevés.
Le rayonnement UV est émis par le soleil et peut endommager et détruire des molécules biologiquement importantes telles que les protéines.
Les 2,4 derniers milliards d’années représentent un chapitre important dans le développement de la biosphère. Les niveaux d’oxygène sont passés de presque zéro à des quantités significatives dans l’atmosphère, les concentrations fluctuant mais atteignant finalement les concentrations actuelles il y a environ 400 millions d’années.
Au cours de cette période, des organismes multicellulaires et des animaux plus complexes ont commencé à coloniser la terre.
Cette figure donne un aperçu des concentrations d’oxygène (O2) dans l’atmosphère terrestre au cours du temps. Les blocs bruns montrent la fourchette estimée pour l’O2 par rapport à son niveau atmosphérique actuel (qui est de 21% en volume). Les lignes gris-bleu indiquent divers événements importants pour l’évolution de la vie, notamment l’émergence des eucaryotes et des animaux. Les flèches noires font référence à des événements importants où la concentration d’oxygène atmosphérique a changé. L’Archéen, le Protérozoïque et le Phanérozoïque sont des éons géologiques. GOE = Grand événement d’oxydation ; NOE = Événement d’oxydation néoprotérozoïque ; CE = Explosion cambrienne ; LE = Excursion du Lomagundi. Crédit : Gregory Cooke/ Royal Society Open Science
Gregory Cooke, chercheur en doctorat à l’Université de Leeds qui a dirigé l’étude, a déclaré que les résultats soulevaient de nouvelles questions sur l’impact évolutif du rayonnement UV, car de nombreuses formes de vie sont connues pour être affectées négativement par des doses intenses de rayonnement UV.
Il a déclaré : “Nous savons que le rayonnement UV peut avoir des effets désastreux si la vie y est trop exposée. Par exemple, ils peuvent provoquer un cancer de la peau chez l’homme. Certains organismes ont des mécanismes de défense efficaces, et beaucoup peuvent réparer certains des dommages causés par le rayonnement UV.
“Alors que des quantités élevées de rayonnement UV n’empêcheraient pas l’émergence ou l’évolution de la vie, elles pourraient avoir agi comme une pression de sélection, les organismes plus aptes à faire face à de plus grandes quantités de rayonnement UV recevant un avantage.”
La recherche “Une estimation inférieure révisée des colonnes d’ozone au cours de l’histoire oxygénée de la Terre” a été publiée le 5 janvier 2022 dans la revue scientifique. Royal Society Open Science.
La quantité de rayonnement UV atteignant la Terre est limitée par l’ozone dans l’atmosphère, décrit par les chercheurs comme “…l’une des molécules les plus importantes pour la vie” en raison de son rôle dans l’absorption du rayonnement UV lorsqu’il passe dans l’atmosphère terrestre.
L’ozone se forme sous l’effet de la lumière du soleil et de réactions chimiques – et sa concentration dépend du niveau d’oxygène dans l’atmosphère.
Au cours des 40 dernières années, les scientifiques ont cru que la couche d’ozone était capable de protéger la vie des rayons UV nocifs lorsque le niveau d’oxygène dans l’atmosphère atteignait environ un pour cent par rapport au niveau atmosphérique actuel.
La nouvelle modélisation remet en cause cette hypothèse. Elle suggère que le niveau d’oxygène nécessaire a pu être beaucoup plus élevé, peut-être 5 à 10 % des niveaux atmosphériques actuels.
Par conséquent, il y a eu des périodes où les niveaux de rayonnement UV à la surface de la Terre étaient beaucoup plus élevés, et cela aurait pu être le cas pendant la majeure partie de l’histoire de la Terre.
M. Cooke a déclaré : “Si notre modélisation est indicative des scénarios atmosphériques au cours de l’histoire oxygénée de la Terre, alors pendant plus d’un milliard d’années, la Terre a pu être baignée par un rayonnement UV beaucoup plus intense que ce que l’on croyait auparavant.
“Cela peut avoir eu des conséquences fascinantes sur l’évolution de la vie. On ne sait pas précisément quand les animaux sont apparus, ni quelles conditions ils ont rencontrées dans les océans ou sur terre. Cependant, en fonction des concentrations d’oxygène, les animaux et les plantes auraient pu être confrontés à des conditions bien plus dures que celles du monde actuel. Nous espérons que tout l’impact évolutif de nos résultats pourra être exploré à l’avenir.”
Les résultats conduiront également à de nouvelles prédictions concernant les éléments suivants exoplanète atmosphères. Les exoplanètes sont des planètes qui orbitent autour d’autres étoiles. La présence de certains gaz,y compris l’oxygène et l’ozone, peuvent indiquer la possibilité d’une vie extra-terrestre, et les résultats de cette étude aideront à la compréhension scientifique des conditions de surface d’autres mondes.
Référence : “A revised lower estimate of ozone columns during Earth’s oxygenated history” par G. J. Cooke, D. R. Marsh, C. Walsh, B. Black et J.-F. Lamarque, 5 janvier 2022, Royal Society Open Science.
DOI : 10.1098/rsos.211165
L’étude a été financée par le Science and Technology Facilities Council du Royaume-Uni et a nécessité une collaboration avec des scientifiques du National Centre for Atmospheric Research, de l’Université Rutgers et de la City University of New York, tous situés aux États-Unis.
