Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) estiment que des interactions entre microbes et minéraux ont pu être à l’origine de la Grande oxygénation de notre Terre. © allexxandarx, Adobe Stock
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Des microbes et des minéraux pourraient avoir déclenché l’oxygénation de la Terre

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À ses débuts, notre Terre était pauvre en oxygène. Et les chercheurs se demandent toujours ce qui a fait basculer notre atmosphère de cet état pourtant stable à celui tout aussi stable que nous connaissons aujourd'hui. Pour la première fois, une étude relie désormais la coévolution des microbes et des minéraux à l'événement connu des chercheurs sous le nom de Grande oxygénation.

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Quelque part il y a environ 2,3 milliards d'années, notre Terre a basculé, au moment que les chercheurs qualifient d'événement de Grande oxygénation. Jusqu'alors, il n'y avait pratiquement pas d'oxygène dans l’air. Même si certains microbes avaient commencé à en produire par photosynthèse. Et soudain - à l'échelle géologique, s'entend -, les niveaux ont augmenté pour atteindre ceux que nous connaissons aujourd'hui. Notre atmosphère est passée d'un état stable de faible teneur en oxygène à un état stable de teneur en oxygène beaucoup plus élevé. Pourquoi ? Comment ? C'est l'un des grands mystères de la science.

« Il n'y a pas eu d'augmentation progressive. Ce saut doit être le fait d'une boucle de rétroaction qui a provoqué un changement radical de stabilité », commente Gregory Fournier, chercheur au Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis), dans un communiqué. Avec ses collègues et se reposant sur des analyses mathématiques et évolutives, il propose aujourd'hui une explication. Les chercheurs suggèrent ainsi que la Grande oxygénation est le résultat d'interactions entre des microbes marins et des minéraux contenus dans les sédiments. Ces interactions ont empêché la consommation d'oxygène et déclenché un processus d'autoamplification qui a permis à l'oxygène de s'accumuler dans l'air.

Pour comprendre, il faut savoir que dans l'océan, les microbes utilisent l'oxygène pour décomposer la matière organique. Par oxydation, donc. Et les chercheurs se sont demandé si quelque chose, juste avant la Grande oxygénation, avait pu rendre une partie de cette matière organique indisponible auxdits microbes. Ce qui aurait provoqué une baisse de la consommation d'oxygène.

Une matière organique partiellement consommée

Les chercheurs ont ainsi construit un modèle mathématique qui prévoit que si les microbes n'avaient la possibilité de consommer que partiellement la matière organique, cette matière organique partiellement oxydée - ou POOM pour partially-oxidized matter - se lierait chimiquement aux minéraux présents dans les sédiments marins. De quoi la protéger alors d'une oxydation supplémentaire. Et permettre à un oxygène qui aurait pu être consommé pour dégrader cette POOM de rester libre et de s'accumuler dans notre atmosphère.

Il ne restait plus qu'à savoir s'il existait alors dans l'océan des microbes qui n'oxydent que partiellement la matière organique. Les chercheurs en ont identifié dans les profondeurs d'aujourd'hui. Dans un groupe baptisé SAR202. Leur oxydation partielle est le fait d'une enzyme qu'ils appellent monooxygénase Baeyer-Villiger. Et une analyse phylogénétique montre que le gène de cette enzyme se trouvait déjà dans des microbes vivant avant l'événement de Grande oxygénation.

Les chercheurs montrent même que le nombre d'espèces qui ont acquis ce gène augmente de manière significative pendant les périodes où notre atmosphère connaît des pics d'oxygénation. De quoi soutenir leur théorie. Mais il faudra encore d'autres expériences de laboratoire et des enquêtes sur le terrain pour confirmer le lien entre l'évolution des microbes et des minéraux et l'oxygénation de notre Terre.

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