Il est aujourd’hui difficile d’imaginer la vie sur Terre sans la présence du dioxygène, pourtant ce gaz vital n’a rejoint l’atmosphère terrestre qu’à un stade avancé de l’histoire planétaire. Ce bouleversement majeur est intimement lié à l’émergence de certaines bactéries capables de transformer l’environnement.
Bien avant l’apparition de l’oxygène atmosphérique, la vie prospérait déjà sur notre planète. L’événement décisif, survenu entre 2,4 et 2,1 milliards d’années, a marqué un tournant fondamental pour l’évolution du vivant.
La montée du taux d’oxygène libre a provoqué une crise écologique d’ampleur, éliminant la majorité des micro-organismes anaérobies alors dominants. Face à cette nouvelle donne, certains êtres vivants ont développé des stratégies pour exploiter l’oxygène comme source d’énergie. Le métabolisme aérobie, bien plus performant que l’anaérobie, a permis l’apparition des premiers eucaryotes, ouvrant la voie à la complexification du vivant et, à terme, à l’émergence du règne animal.
Photosynthèse, cyanobactéries et transformation de l’atmosphère terrestre
La photosynthèse, initiée par les cyanobactéries durant l’Archéen, a été le moteur de cette transformation. Ces micro-organismes unicellulaires convertissaient l’énergie solaire en énergie chimique à partir du CO2 et de l’eau, libérant comme sous-produit du dioxygène, inutile pour eux mais déterminant pour l’évolution de l’atmosphère.
L’oxygénation progressive de la Terre a permis le développement de formes de vie de plus en plus complexes, notamment après le Cambrien. Toutefois, les étapes précises de ce processus, appelé la Grande Oxygénation, restent encore partiellement élucidées. On sait que la photosynthèse oxygénique des cyanobactéries a constitué le point de départ, mais la chronologie exacte de l’accumulation d’oxygène demeure sujette à débat.
Des recherches récentes suggèrent que la photosynthèse oxygénique aurait vu le jour bien avant l’augmentation significative du taux d’oxygène atmosphérique. Malgré la présence de cyanobactéries productrices d’oxygène dans les océans, ce gaz n’aurait commencé à s’accumuler dans l’air que beaucoup plus tard. La question du pourquoi reste centrale.
Oxydation des océans et accumulation retardée de l’oxygène
Parmi les explications avancées, le rôle des éléments réducteurs présents dans les océans anciens est primordial. Avant l’avènement de la photosynthèse oxygénique, les mers étaient riches en fer et autres composés réducteurs. L’arrivée de l’oxygène a déclenché leur oxydation rapide, un processus qui consommait l’oxygène et en empêchait l’accumulation dans l’atmosphère.
Ce n’est qu’une fois ces éléments totalement oxydés que le dioxygène a pu s’accumuler de façon significative. Cette théorie, largement acceptée, n’explique toutefois pas entièrement le retard observé dans la montée du taux d’oxygène atmosphérique.
Les formations de fers rubanés, issues de l’oxydation du fer, constituent des témoins géologiques de cette phase initiale d’oxygénation. Elles illustrent la complexité des interactions chimiques à l’œuvre dans les océans archéens.
Influence de l’urée et du nickel sur la croissance des cyanobactéries
Des facteurs additionnels pourraient avoir contribué à ce décalage. Une étude récente, publiée dans Communications earth and environment, s’est intéressée à l’impact de certains éléments chimiques sur la dynamique des cyanobactéries à l’ère archéenne.
Les chercheurs ont simulé en laboratoire les conditions de l’époque : océans riches en ammonium, cyanure et composés ferreux, soumis à des ultraviolets intenses en l’absence de couche d’ozone. Ce contexte aurait favorisé la production massive d’urée.
L’urée, à faible concentration, agit comme nutriment pour les cyanobactéries, en synergie avec le nickel, stimulant leur croissance. Mais à forte dose, elle devient inhibitrice. Les résultats indiquent que des niveaux élevés d’urée et de nickel dans les océans archéens auraient freiné l’expansion des cyanobactéries sur plusieurs centaines de millions d’années, retardant ainsi l’oxygénation globale de la planète.
