Déchiffrer l'ancienne atmosphère de la Terre : le rôle de la vie dans la formation de notre monde

Pendant plus de 500 millions d'années, l'atmosphère, les océans et la vie de la Terre ont co-évolué, améliorant les conditions pour les organismes. Les scientifiques ont découvert que les algues marines régulaient les niveaux de dioxyde de carbone et d'oxygène, améliorant la photosynthèse et l'habitabilité. Des recherches futures cartographieront les modèles d'oxygène dans les océans et les biomarqueurs de la photosynthèse dans les archives fossiles. Crédit : SciTechDaily.com

Une récente étude scientifique trace la co-évolution de l'atmosphère, des océans et de la vie sur Terre sur plus de 500 millions d'années, révélant comment des organismes tels que les algues ont modifié et adapté leur comportement aux conditions environnementales changeantes, améliorant finalement l'habitabilité de la Terre.

Au cours des 500 derniers millions d'années, les interactions entre l'atmosphère, les océans et la vie sur Terre ont créé des conditions propices au développement des premiers organismes. Une équipe interdisciplinaire de scientifiques a publié un article de perspective sur cette histoire co-évolutionnaire dans le journal National Science Review.

“L'une de nos tâches était de résumer les découvertes les plus importantes sur le dioxyde de carbone et l'oxygène dans l'atmosphère et les océans au cours des 500 derniers millions d'années,” explique Zunli Lu, professeur de géochimie à l'université de Syracuse et auteur principal de l'article. “Nous avons examiné comment ces changements physiques ont affecté l'évolution de la vie dans l'océan. Mais c'est une relation à double sens. L'évolution de la vie a également eu un impact sur l'environnement chimique. Il n'est pas trivial de comprendre comment créer une Terre habitable sur de longues échelles de temps.”

L'équipe de l'université de Syracuse, de l'université d'Oxford et de l'université de Stanford a exploré les rétroactions complexes entre les formes de vie anciennes, y compris les plantes et les animaux, et l'environnement chimique dans l'actuel Éon du Phanérozoïque, qui a commencé il y a environ 540 millions d'années.

Au début du Phanérozoïque, les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère étaient élevés, et les niveaux d'oxygène étaient bas. Une telle condition serait difficile pour de nombreux organismes modernes de prospérer. Mais les algues marines ont changé cela. Elles ont absorbé le dioxyde de carbone de l'atmosphère, l'ont transformé en matière organique et produit de l'oxygène par la photosynthèse.

La capacité des animaux à vivre dans un environnement océanique était affectée par les niveaux d'oxygène. Lu étudie où et quand les niveaux d'oxygène océanique ont pu augmenter ou diminuer au cours du Phanérozoïque en utilisant des procuration géochimiques et des simulations de modèles. Co-auteur, Jonathan Payne, professeur de sciences de la Terre et planétaires à l'université de Stanford, compare les besoins métaboliques estimés d'un animal ancien aux endroits où il a survécu ou disparu dans les archives fossiles.

Alors que les algues photosynthétiques ont retiré du carbone atmosphérique dans des roches sédimentaires pour réduire les niveaux de dioxyde de carbone et augmenter les niveaux d'oxygène, les enzymes des algues sont devenues moins efficaces pour fixer le carbone. Par conséquent, les algues ont dû trouver des moyens plus complexes pour effectuer la photosynthèse à des niveaux de dioxyde de carbone plus bas et d'oxygène plus élevés. Elles ont réussi en créant des compartiments internes pour la photosynthèse avec un contrôle sur la chimie.

“Pour les algues, ce sont les changements dans le rapport environnemental O2/CO2 qui semblent être la clé pour améliorer l'efficacité photosynthétique” explique la co-auteure Rosalind Rickaby, professeure de géologie à Oxford. “Ce qui est vraiment intrigant, c'est que ces améliorations de l'efficacité photosynthétique ont pu élargir l'enveloppe chimique de l'habitabilité pour de nombreuses formes de vie.”

Les photosynthétiseurs anciens ont dû s'adapter aux changements dans l'environnement physique qu'ils avaient eux-mêmes créés, note Lu. “La première partie de l'histoire du Phanérozoïque est l'augmentation de l'habitabilité pour la vie, puis la seconde partie est l'adaptation.”

Si les scientifiques veulent mieux comprendre cette interaction entre la vie et l'environnement physique, ainsi que les moteurs et les limites de l'habitabilité, les auteurs suggèrent que la cartographie des motifs spatiaux de l'oxygène océanique, les biomarqueurs de la photosynthèse et la tolérance métabolique des animaux montrée dans les archives fossiles seront une direction de recherche clé pour l'avenir.

Référence : “Co-évolution phanérozoïque de l'O2-CO2 et de l'habitabilité océanique” par Zunli Lu, Rosalind E M Rickaby, Jonathan L Payne et Ashley N Prow, 15 mars 2024, National Science Review. DOI: 10.1093/nsr/nwae099