Il y a environ 2,3 milliards d’années, l’oxygène a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère, atteignant finalement les niveaux vitaux que nous respirons aujourd’hui. Une nouvelle hypothèse proposée par des scientifiques du MIT suggère un mécanisme expliquant comment cela pourrait se produire. Sur la photo, des exemples d’organismes anciens. Crédit : MIT News
Des microbes et des minéraux pourraient avoir libéré l’oxygène de la Terre
Les scientifiques proposent un nouveau mécanisme par lequel l’oxygène peut se former pour la première fois dans l’atmosphère.
Au cours des 2 premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre, il n’y avait pratiquement pas d’oxygène dans l’air. Alors que certains microbes effectuaient la photosynthèse vers la fin de cette période, l’oxygène ne s’était pas encore accumulé à des niveaux qui affecteraient la biosphère mondiale.
Mais il y a environ 2,3 milliards d’années, cet équilibre stable et pauvre en oxygène s’est déplacé et l’oxygène a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère, atteignant finalement les niveaux vitaux que nous respirons aujourd’hui. Cette fuite rapide est connue sous le nom de Great Oxygenation Event, ou GOE. Ce qui a déclenché l’événement et sorti la planète de votre funk à faible teneur en oxygène est l’un des plus grands mystères de la science.
Une nouvelle hypothèse, proposée par[{ » attribute= » »>MIT scientists, suggests that oxygen finally started accumulating in the atmosphere thanks to interactions between certain marine microbes and minerals in ocean sediments. These interactions helped prevent oxygen from being consumed, setting off a self-amplifying process where more and more oxygen was made available to accumulate in the atmosphere.
The scientists have laid out their hypothesis using mathematical and evolutionary analyses, showing that there were indeed microbes that existed before the GOE and evolved the ability to interact with sediment in the way that the researchers have proposed.
Their study, appearing today in Nature Communications, is the first to connect the co-evolution of microbes and minerals to Earth’s oxygenation.
“Probably the most important biogeochemical change in the history of the planet was oxygenation of the atmosphere,” says study author Daniel Rothman, professor of geophysics in MIT’s Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS). “We show how the interactions of microbes, minerals, and the geochemical environment acted in concert to increase oxygen in the atmosphere.”
The study’s co-authors include lead author Haitao Shang, a former MIT graduate student, and Gregory Fournier, associate professor of geobiology in EAPS.
A step up
Today’s oxygen levels in the atmosphere are a stable balance between processes that produce oxygen and those that consume it. Prior to the GOE, the atmosphere maintained a different kind of equilibrium, with producers and consumers of oxygen in balance, but in a way that didn’t leave much extra oxygen for the atmosphere.
What could have pushed the planet out of one stable, oxygen-deficient state to another stable, oxygen-rich state?
“If you look at Earth’s history, it appears there were two jumps, where you went from a steady state of low oxygen to a steady state of much higher oxygen, once in the Paleoproterozoic, once in the Neoproterozoic,” Fournier notes. “These jumps couldn’t have been because of a gradual increase in excess oxygen. There had to have been some feedback loop that caused this step-change in stability.”
He and his colleagues wondered whether such a positive feedback loop could have come from a process in the ocean that made some organic carbon unavailable to its consumers. Organic carbon is mainly consumed through oxidation, usually accompanied by the consumption of oxygen — a process by which microbes in the ocean use oxygen to break down organic matter, such as detritus that has settled in sediment. The team wondered: Could there have been some process by which the presence of oxygen stimulated its further accumulation?
Shang and Rothman worked out a mathematical model that made the following prediction: If microbes possessed the ability to only partially oxidize organic matter, the partially-oxidized matter, or “POOM,” would effectively become “sticky,” and chemically bind to minerals in sediment in a way that would protect the material from further oxidation. The oxygen that would otherwise have been consumed to fully degrade the material would instead be free to build up in the atmosphere. This process, they found, could serve as a positive feedback, providing a natural pump to push the atmosphere into a new, high-oxygen equilibrium.
“That led us to ask, is there a microbial metabolism out there that produced POOM?” Fourier says.
In the genes
To answer this, the team searched through the scientific literature and identified a group of microbes that partially oxidizes organic matter in the deep ocean today. These microbes belong to the bacterial group SAR202, and their partial oxidation is carried out through an enzyme, Baeyer-Villiger monooxygenase, or BVMO.
The team carried out a phylogenetic analysis to see how far back the microbe, and the gene for the enzyme, could be traced. They found that the bacteria did indeed have ancestors dating back before the GOE, and that the gene for the enzyme could be traced across various microbial species, as far back as pre-GOE times.
What’s more, they found that the gene’s diversification, or the number of species that acquired the gene, increased significantly during times when the atmosphere experienced spikes in oxygenation, including once during the GOE’s Paleoproterozoic, and again in the Neoproterozoic.
“We found some temporal correlations between diversification of POOM-producing genes, and the oxygen levels in the atmosphere,” Shang says. “That supports our overall theory.”
To confirm this hypothesis will require far more follow-up, from experiments in the lab to surveys in the field, and everything in between. With their new study, the team has introduced a new suspect in the age-old case of what oxygenated Earth’s atmosphere.
“Proposing a novel method, and showing evidence for its plausibility, is the first but important step,” Fournier says. “We’ve identified this as a theory worthy of study.”
Reference: “Oxidative metabolisms catalyzed Earth’s oxygenation” by Haitao Shang, Daniel H. Rothman and Gregory P. Fournier, 14 March 2022, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-28996-0
This work was supported in part by the mTerra Catalyst Fund and the National Science Foundation.
Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université Northwestern bouleverse les règles astrophysiques du jeu sur la manière dont les trous noirs supermassifs sont alimentés, révélant que ces géants cosmiques se déforment et déchirent violemment l’espace-temps pour consommer la matière à un rythme étonnamment rapide.
Cette découverte pourrait aider à résoudre des mystères de longue date sur des phénomènes tels que les quasars « d’apparence variable », qui éclatent soudainement puis disparaissent sans explication, remettant potentiellement en question des décennies de théories acceptées.
Pendant de nombreuses années, la sagesse conventionnelle a supposé que les trous noirs « mangeaient » et absorbaient progressivement et systématiquement la matière à un rythme glacial sur des dizaines de milliers d’années. Cependant, à l’aide de simulations 3D haute résolution, des chercheurs de l’Université Northwestern ont brossé un tableau très différent.
Selon cette nouvelle étude publiée le 20 septembre Journal d’astrophysiqueUn trou noir supermassif pourrait accomplir un cycle alimentaire en quelques mois seulement, contredisant les estimations précédentes.
« La théorie classique du disque d’accrétion prédit que le disque évolue lentement. » Nick Kazétudiant diplômé en astronomie à l’Université Northwestern Collège des arts et des sciences Weinberg Qui a dirigé l’étude en A déclaration. « Mais certains quasars – résultant de trous noirs mangeant le gaz de leurs disques d’accrétion – semblent changer radicalement avec le temps, au fil des mois, voire des années. »
« Cette différence est assez drastique. Il semble que l’intérieur du disque, où arrive la majeure partie de la lumière, soit détruit puis régénéré. La théorie classique du disque d’accrétion ne peut pas expliquer cette différence drastique. Mais les phénomènes que nous observons dans nos simulations peuvent l’expliquer. La luminosité et la gradation correspondent Dommages rapides aux zones internes du disque.
Utiliser l’équipe de recherche sommetl’un des plus grands superordinateurs du monde, hébergé au laboratoire national d’Oak Ridge, a exécuté des simulations de magnétohydrodynamique générale en 3D (GRMHD) pour explorer comment les trous noirs se dévorent sans pitié.
Le supercalculateur a permis aux chercheurs d’intégrer la dynamique des gaz, les champs magnétiques et la relativité générale, fournissant ainsi une vue complète du comportement des trous noirs et fournissant l’une des simulations de disques d’accrétion à la plus haute résolution jamais produite.
Grâce à des simulations, les chercheurs ont découvert que les trous noirs « déforment » l’espace-temps qui les entoure, déchirant le disque d’accrétion – un violent vortex de gaz qui les alimente – en sous-disques interne et externe.
Ce qui se passe ensuite est un processus presque cinématographique de dévoration, de reconditionnement et de répétition. Le trou noir consomme le disque interne, puis les débris du sous-disque externe se déversent vers l’intérieur pour remplir l’espace, pour être dévorés à leur tour.
« Les trous noirs sont des objets de la relativité générale extrême qui affectent l’espace-temps qui les entoure », a déclaré Kaz. « Ainsi, lorsqu’il tourne, il tire sur l’espace qui l’entoure comme un carrousel géant et le force à tourner également – un phénomène appelé » traînée de trame « . Cela crée un effet très fort à proximité du trou noir, qui devient de plus en plus faible. plus loin. »
Ces cycles rapides de « manger-remplir-manger » expliquent probablement le comportement déroutant des quasars dits « à apparence variable ».
Un quasar, abréviation de « source radio quasar-stellaire », est un noyau de galaxie intensément lumineux alimenté par un trou noir supermassif au centre galactique. Les quasars, qui émettent une énergie qui pourrait dépasser celle d’une galaxie entière, font partie des objets les plus brillants et les plus actifs de l’univers, souvent visibles à des milliards d’années-lumière.
Les quasars à « apparence variable » sont un sous-ensemble de quasars qui affichent des changements de luminosité inhabituellement rapides et drastiques, semblent s’allumer et s’éteindre et subissent d’importants changements de luminosité ou d’apparence générale. Ces changements se produisent sur de courtes périodes, souvent de quelques mois à quelques années seulement.
Les fluctuations erratiques des quasars d’apparence variable ont remis en question les théories astrophysiques traditionnelles, ce qui en fait l’objet d’études intenses alors que les chercheurs cherchent à comprendre les mécanismes à l’origine de transitions aussi spectaculaires.
« La région interne du disque d’accrétion, d’où provient l’essentiel de la luminosité, pourrait disparaître complètement, très rapidement, en quelques mois », a expliqué Kaz. « Nous le voyons disparaître complètement. Le système cesse de s’éclairer. Puis il se rallume et le processus se répète. La théorie conventionnelle n’a aucun moyen d’expliquer pourquoi il a disparu en premier lieu, ni comment il se remplit si rapidement. »
Certains chercheurs ont fait censé Les quasars d’apparence variable pourraient être des étoiles qui sont passées près du trou noir et ont été déchirées. D’autres ont Proposition Ces phénomènes n’étaient pas des quasars, mais plutôt de puissantes supernovae.
Grâce à de récentes simulations à haute résolution, les chercheurs pensent que la disparition et la réapparition rapides de quasars d’apparence variable peuvent être liées à l’évolution rapide de la région interne de leurs disques d’accrétion.
Selon Kaz, les simulations montrent que la région où les sous-disques interne et externe se séparent est l’endroit où commence réellement la « frénésie alimentaire » du trou noir.
« Il existe une compétition entre la rotation du trou noir et la friction et la pression à l’intérieur du disque », a expliqué Kaz. « La zone de rupture est l’endroit où le trou noir gagne. Les disques interne et externe entrent en collision les uns avec les autres. Le disque externe rase les couches du disque interne, les poussant vers l’intérieur.
Les modèles traditionnels supposent souvent que les disques d’accrétion sont organisés et cohérents avec la rotation du trou noir. Cependant, Kaz affirme que des simulations récentes montrent que cette théorie est probablement incorrecte.
« Pendant des décennies, les gens ont supposé que les disques d’accrétion correspondaient à la rotation des trous noirs », a déclaré Kaz. « Mais le gaz qui alimente ces trous noirs ne sait pas nécessairement dans quelle direction le trou noir tourne, alors pourquoi s’alignerait-il automatiquement ? Changer l’alignement change radicalement la donne. »
Au lieu de se déplacer uniformément, les simulations montrent que les sous-disques interne et externe vacillent indépendamment à des vitesses et à des angles différents autour du trou noir.
Les disques internes sont soumis à des oscillations beaucoup plus rapides que leurs homologues externes. Cette variation des forces de rotation provoque la déformation ou la déformation de l’ensemble du disque d’accrétion.
En conséquence, les molécules de gaz provenant de différentes zones du disque entrent en collision les unes avec les autres, produisant de vifs éclats de lumière et d’énergie. Ces collisions à haute énergie agissent comme un propulseur, poussant la matière de plus en plus près de la gravité du trou noir.
Ainsi, au lieu de s’écouler proportionnellement vers le centre du trou noir comme de l’eau tourbillonnante dans un égout, les chercheurs affirment que les sous-disques indépendants du trou noir se balancent comme les roues d’un gyroscope.
En plus de permettre une meilleure compréhension des habitudes alimentaires des trous noirs, les chercheurs espèrent que les nouvelles simulations fourniront des moyens intéressants d’étudier plus en profondeur la nature de ces mystérieux géants, qui ont la capacité de déformer la structure même de l’espace-temps.
« Il est finalement important de pouvoir lier nos résultats à des observations, ce qui peut être réalisé en produisant des observations synthétiques à partir de résultats de simulation tels que ceux présentés ici », ont souligné les chercheurs dans leurs remarques finales.
Tim McMillan est un responsable des forces de l’ordre à la retraite, journaliste d’investigation et co-fondateur de The Debrief. Ses écrits se concentrent généralement sur la défense, la sécurité nationale, la communauté du renseignement et des sujets liés à la psychologie. Vous pouvez suivre Tim sur Twitter :@LtTimMcMillan. Tim peut être contacté par e-mail : [email protected] ou par e-mail crypté :[email protected]
La mission de sept ans a donné à la NASA un échantillon de l’astéroïde, ce qui pourrait nous aider à en apprendre davantage sur les astéroïdes potentiellement dangereux et sur l’origine des matières organiques et de l’eau sur Terre.
La NASA a pu collecter le tout premier échantillon d’astéroïde après l’atterrissage réussi de la capsule OSIRIS-REx sur Terre.
La mission OSIRIS-REx a débuté en 2016, lorsque le vaisseau spatial a commencé son voyage pour cartographier et analyser l’astéroïde Bennu. Il s’agit de l’un des nombreux astéroïdes géocroiseurs de grande taille qui ont été classés comme susceptibles d’entrer en collision avec la Terre.
La mission de sept ans s’est terminée hier (24 septembre) lorsque la capsule OSIRIS-REx a atterri aux États-Unis, transportant des roches et de la poussière collectées sur l’astéroïde.
Cette capsule a été déplacée vers une salle blanche temporaire pour être inondée d’un flux continu d’azote. La NASA a déclaré que le flux d’azote empêcherait les contaminants terrestres d’entrer afin de garantir que l’échantillon d’astéroïde reste pur pour l’analyse scientifique.
On espère que cet échantillon en apprendra davantage aux scientifiques sur les astéroïdes potentiellement dangereux. Les échantillons pourraient également en révéler davantage sur la composition de la planète et l’origine des matières organiques, comme l’eau, qui ont donné naissance à la vie sur Terre.
Le professeur Dante Lauretta, chercheur principal de la mission OSIRIS-REx, a décrit ce résultat comme une étape importante pour la science « dans son ensemble » et un témoignage de « ce que nous pouvons réaliser lorsque nous nous unissons pour un objectif commun ».
« Mais n’oublions pas que même si cela peut sembler la fin d’un chapitre incroyable, ce n’est en réalité que le début d’un autre », a déclaré Loretta. « Nous avons désormais une opportunité sans précédent d’analyser ces échantillons et d’approfondir les secrets de notre système solaire. »
La NASA prévoit d’autres missions liées aux astéroïdes, comme Psyché, qui vise à atteindre un astéroïde en orbite autour du soleil entre Mars et Jupiter. Ce vaisseau spatial devrait être lancé le mois prochain.
Cela fait également un an que la NASA a testé avec succès le test DART (Double Asteroid Redirection Test), capable de modifier l’orbite d’un astéroïde en entrant en collision avec lui à grande vitesse.
« Ces missions prouvent une fois de plus que la NASA fait de grandes choses », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson. « Les choses qui nous inspirent et nous unissent. Les choses qui ne montrent rien sont hors de notre portée lorsque nous travaillons ensemble.
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Il y a encore des millions d’années, l’Australie était un paradis pour les araignées.
Au cœur de ce continent aride, des scientifiques ont découvert le fossile parfaitement préservé d’une grande et frappante araignée qui errait et chassait dans une forêt tropicale luxuriante.
Ce n’est pas seulement une araignée fossilisée. Il ne s’agit que du quatrième fossile d’araignée jamais découvert en Australie, et du premier au monde, d’une araignée appartenant à la grande famille des Barychelidae, des araignées-trappes à pattes en brosse. La nouvelle espèce, qui vivait au Miocène il y a 11 à 16 millions d’années, a été officiellement nommée Mégamodontium McCloskey.
Deux parties du fossile. Mégamodontium McCloskey Il était conservé entre les rochers comme la garniture d’un sandwich à l’araignée. (Musée australien)
« Seuls quatre fossiles d’araignées ont été découverts sur l’ensemble du continent, ce qui rend difficile pour les scientifiques de comprendre leur histoire évolutive. C’est pourquoi cette découverte est si importante, car elle révèle de nouvelles informations sur l’extinction des araignées et comble une lacune dans l’histoire. Musée de la Nouvelle-Galles du Sud et de l’Australie : « Comprendre le passé ».
« Les plus proches parents vivants de ce fossile vivent maintenant dans les forêts humides de Singapour et même de Papouasie-Nouvelle-Guinée. Cela suggère que le groupe vivait dans des environnements similaires sur le continent australien, mais a ensuite disparu à mesure que l’Australie devenait plus sèche. »
L’araignée a été découverte parmi une riche collection de fossiles du Miocène, trouvés dans une zone de prairie de la Nouvelle-Galles du Sud connue sous le nom de McGraths Flat.
Cet assemblage est si exceptionnel qu’il a été classé comme Lagerstätte, une couche fossile sédimentaire qui préserve parfois les tissus mous.
Le type de roche trouvée au fond des fossiles rend l’ensemble de la collection encore plus fascinant : il s’agit d’un type de roche riche en fer appelée GoethiteDans lequel on trouve rarement des fossiles exceptionnels. Le processus de préservation était si détaillé que les chercheurs ont pu reconnaître les moindres détails du corps de l’araignée, la plaçant en toute confiance à proximité du genre moderne. monodonte – Mais il est cinq fois plus grand.
Ce n’est pas très énorme, comme monodonte Il est généralement assez petit, mais il s’agit toujours du deuxième plus grand fossile d’araignée jamais découvert dans le monde. Mégamodontium McCloskeyLa longueur de son corps est de 23,31 mm, soit un peu moins d’un pouce. Avec ses jambes écartées, il peut tenir confortablement dans la paume de votre main.
La taille massive de la bête ancienne rend la préservation détaillée de ses caractéristiques physiques encore plus impressionnante.
« La microscopie électronique nous a permis d’étudier les moindres détails des griffes et des poils des pattes, des pattes et du corps principal de l’araignée », explique le virologue Michael Freese de l’Université de Canberra, qui a scanné les fossiles en utilisant la microscopie à empilement.
« Les soies sont des structures ressemblant à des cheveux qui peuvent remplir diverses fonctions. Elles peuvent détecter les produits chimiques et les vibrations, défendre l’araignée contre les attaquants et même émettre des sons. »
Cette découverte pourrait donner des indices sur la façon dont l’Australie a changé au fil du temps, alors que le paysage s’est considérablement asséché. il n’y a pas monodonte ou Mégamodontium Araignées vivant aujourd’hui en Australie, ce qui suggère que la sécheresse pendant et après le Miocène a été responsable de l’anéantissement local de certaines lignées d’araignées.
Nous pourrions même apprendre pourquoi il y a si peu d’araignées-trappes préservées dans les archives fossiles.
« Non seulement c’est la plus grande araignée fossile jamais trouvée en Australie, mais c’est aussi le premier fossile de la famille des Barychelidae découvert dans le monde », explique l’arachnologue Robert Raven du Queensland Museum.
« Il existe aujourd’hui environ 300 espèces d’araignées-trappes vivantes, mais elles ne semblent pas se transformer en fossiles très souvent. Cela peut être dû au fait qu’elles passent beaucoup de temps dans des terriers et ne sont donc pas dans le bon environnement pour se fossiliser. » « .
