Il y a 2,4 milliards d'années, le taux d'oxygène commence à grimper dans l'atmosphère terrestre, les eucaryotes apparaissent : c'est le premier pas de l'accumulation de cet élément chimique. Des milliards d'années plus tard, nouveau sursaut et voici les premières espèces animales. Une ascension de l'oxygène par étapes ? Pas si sûr, une étude montre que l'oxygène aurait fortement fluctué durant ces deux pas, impactant l'évolution des espèces.
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La théorie disait que l'oxygène aurait atteint son taux actuel en s'accroissant par étapes. La première, appelée la catastrophe de l’oxygène, a vu naître les eucaryotes. La seconde, survenue 2 milliards d'années plus tard, coïncide avec l'apparition et la diversification des animaux. Une étude, publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences a néanmoins montré qu'entre ces deux paliers, le taux d'oxygène aurait considérablement chuté.
Pour évaluer la concentration d'oxygène dans l'océan, la méthode consiste à mesurer dans les roches carbonatées la quantité d'isotopes de carbone. Lors de la photosynthèse, les isotopes du carbone sont fractionnés : la matière organique précipite dans le fond de l'océan et libère l'oxygène. L'isotope du carbone, lui, est enfoui dans les sédiments. Un fort rapport isotopique 13C/12C dans la roche implique donc une importante concentration d'oxygène libre.
Noah Planavsky et Timothy Lyons ont de plus mesuré le taux de sulfates, dont l'abondance impliquait nécessairement celle de l'oxygène. L'équipe a trouvé une modification considérable du rapport isotopique de sulfate et carbone 200.000 ans après la catastrophe de l'oxygène. Cette diminution drastique de l'oxygène a très probablement influé sur l'évolution des organismes marins. À la suite de ses résultats, Planavsky a même déclaré : « L'idée que les niveaux d'oxygène à la surface de la Terre montaient et descendaient est essentiel dans tout effort pour comprendre les liens entre l'évolution environnementale et biologique sur de larges échelles de temps géologiques ».
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