L’étude explore comment les fluctuations des niveaux d’oxygène peuvent accélérer l’évolution de la vie

Selon de nouvelles recherches, les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère terrestre pourraient avoir « fortement oscillé » il y a un milliard d’années, créant des conditions qui auraient pu accélérer l’évolution de la vie animale précoce.

Les scientifiques pensent que l’oxygène atmosphérique a évolué en trois étapes, en commençant par ce que l’on appelle le grand événement d’oxydation il y a environ deux milliards d’années, lorsque l’oxygène est apparu pour la première fois dans l’atmosphère. La troisième étape, il y a environ 400 millions d’années, a vu l’oxygène dans l’atmosphère monter aux niveaux trouvés aujourd’hui. Ce qui est incertain, c’est ce qui s’est passé au cours de la deuxième étape, dans une période connue sous le nom d’âge néolithique, qui a commencé il y a environ un milliard d’années et a duré environ 500 millions d’années, au cours de laquelle les premières formes de vie animale sont apparues.

La question à laquelle les scientifiques ont tenté de répondre est la suivante : y avait-il quelque chose d’inhabituel dans les changements des niveaux d’oxygène à l’ère cénozoïque qui aurait pu jouer un rôle central dans le développement précoce des animaux ? Les niveaux d’oxygène ont-ils augmenté soudainement ou y a-t-il eu une augmentation progressive ?

Des traces fossilisées d’animaux primitifs – connus sous le nom de biote édiacarien, des organismes multicellulaires qui ont besoin d’oxygène – ont été trouvées dans des roches sédimentaires âgées de 541 à 635 millions d’années.

Pour tenter de répondre à la question, une équipe de recherche de l’Université de Leeds, avec le soutien des universités de Lyon, d’Exeter et de l’UCLA, a utilisé des mesures de différentes formes de carbone, ou isotopes du carbone, trouvées dans des roches calcaires prélevées dans des mers peu profondes. Sur la base des rapports isotopiques des différents types de carbone présents, les chercheurs ont pu calculer les niveaux de photosynthèse qui existaient depuis des millions d’années et en déduire les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère.

À la suite des calculs, ils ont pu produire un enregistrement des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère au cours des 1,5 milliard d’années écoulées, ce qui nous indique la quantité d’oxygène qui aurait circulé dans l’océan pour soutenir la vie marine primitive.

Le Dr Alex Krause, un modéliste biogéochimique qui a terminé son doctorat à la School of Earth and Environment de Leeds et était le scientifique principal du projet, a déclaré que les résultats donnent une nouvelle perspective sur la façon dont les niveaux d’oxygène changent sur Terre.

Il a ajouté: « La Terre primitive, au cours de ses deux premiers milliards d’années d’existence, était dépourvue d’oxygène et dépourvue d’oxygène atmosphérique. Puis les niveaux d’oxygène ont commencé à augmenter, ce qui est connu sous le nom de Grand événement d’oxydation. »

Jusqu’à présent, les scientifiques croyaient qu’après l’événement de la Grande Oxydation, soit les niveaux d’oxygène étaient bas et augmentaient avant le développement des premiers animaux, soit les niveaux d’oxygène étaient élevés pendant plusieurs millions d’années avant l’apparition des animaux.

Mais notre étude montre que les niveaux d’oxygène étaient beaucoup plus dynamiques. Il y avait une fluctuation entre les niveaux d’oxygène élevés et faibles bien avant l’apparition des premières formes de vie animale. Nous vivons des périodes où l’environnement océanique, où vivaient les premiers animaux, aurait eu de l’oxygène en abondance – et puis des périodes où ce n’est pas le cas.

Le Dr Benjamin Mills, qui dirige le groupe de modélisation de l’évolution de la Terre à Leeds et supervise le projet, a déclaré : « Ce changement périodique des conditions environnementales aurait entraîné des contraintes évolutives car certaines formes de vie pourraient s’éteindre et de nouvelles pourraient émerger. »

Le Dr Mills a déclaré que les périodes oxygéniques ont élargi ce que l’on appelle des « espaces habitables » – des parties de l’océan où les niveaux d’oxygène étaient suffisamment élevés pour soutenir les premières formes de vie animale.

Il a déclaré : « Il a été suggéré dans la théorie écologique que lorsque vous avez un espace habitable qui se dilate et se contracte, cela peut supporter des changements rapides dans la diversité de la vie biologique.

« Lorsque les niveaux d’oxygène baissent, il existe une forte pression environnementale sur certains organismes qui peut conduire à l’extinction. Et lorsque l’eau riche en oxygène se dilate, un nouvel espace permet aux survivants d’accéder à la domination écologique. »
« Ces espaces habitables agrandis auraient pu durer des millions d’années, laissant beaucoup de temps aux écosystèmes pour évoluer. »