L’oxygène océanique est apparu plus tôt que prévu

Bien avant que notre atmosphère ne devienne respirable, les profondeurs de l’océan primitif recelaient déjà des secrets qui allaient bouleverser la trajectoire de la vie sur Terre. On a longtemps pensé que la présence massive d’oxygène était un phénomène tardif, indissociable d’un basculement atmosphérique global. Pourtant, de nouvelles preuves géochimiques suggèrent aujourd’hui que des bouffées d’oxygène ont balayé les fonds marins des centaines de millions d’années plus tôt que prévu, créant des sanctuaires sous-marins où la vie aérobie aurait pu faire ses premières armes dans l’ombre.

L’histoire de la Terre est marquée par un tournant majeur survenu il y a environ 2,4 milliards d’années : la Grande Oxydation (Great Oxidation Event). Durant cet événement cataclysmique pour les organismes anaérobies de l’époque, les niveaux d’oxygène atmosphérique ont grimpé en flèche, transformant radicalement la chimie de notre planète. Ce changement est traditionnellement attribué à l’activité photosynthétique des cyanobactéries, les premiers organismes à avoir maîtrisé la photolyse de l’eau. Cependant, une étude publiée le 26 avril dans la revue Nature Geoscience vient bousculer ce calendrier linéaire de l’évolution de la vie.

Des oasis d’oxygène bien avant la Grande Oxydation

L’analyse de sédiments anciens déposés il y a environ 2,6 milliards d’années montre que l’oxygène océanique n’était pas une rareté confinée à quelques zones isolées. Jusqu’à présent, de nombreux scientifiques pensaient que durant cette période pré-Grande Oxydation, les microbes photosynthétiques étaient limités à des zones restreintes appelées « oasis d’oxygène ». L’étendue réelle de ces nurseries aquatiques restait toutefois un mystère.

Les travaux menés par le géochimiste Xinming Chen, de l’université Jiao Tong de Shanghai, et ses collègues, indiquent que ces oasis étaient bien plus vastes et dynamiques qu’on ne le supposait. En étudiant des schistes anciens provenant d’Australie et d’Afrique du Sud, l’équipe a découvert des preuves de fluctuations importantes des niveaux d’oxygène. Selon Chen, l’oxygène ne s’est pas accumulé de manière continue ou unidirectionnelle ; il a oscillé, marquant des périodes d’oxygénation régionale intense suivies de phases de déclin.

Le thallium : un témoin chimique des fonds marins anciens

Pour remonter le temps, les chercheurs ont utilisé une méthode innovante basée sur le thallium, un élément chimique sensible aux conditions d’oxydoréduction. Dans une eau de mer riche en oxygène, des oxydes de manganèse se forment et capturent préférentiellement les formes lourdes (isotopes) du thallium. Par conséquent, lorsque ces oxydes se déposent, l’eau environnante s’appauvrit en isotopes lourds, une signature qui se retrouve ensuite piégée dans les couches de schistes se formant sur le plancher océanique.

Cette signature ne peut apparaître que si l’oxygène est présent non seulement en surface, mais aussi le long du fond marin. En mesurant l’abondance des isotopes du thallium dans les sédiments anciens, l’équipe de Xinming Chen a pu confirmer une oxygénation régionale profonde vers 2,65 et 2,5 milliards d’années. Cette découverte est d’autant plus solide qu’une autre équipe de recherche a détecté des signaux similaires dans une formation géologique australienne située à plus de 1 000 kilomètres de distance, suggérant un phénomène à grande échelle sur les plateaux continentaux peu profonds.

Une évolution précoce de la vie aérobie sur le plancher océanique

Cette présence précoce d’oxygène océanique change notre compréhension de la biologie primitive. Si les cyanobactéries étaient déjà capables d’oxygéner de vastes portions du plancher océanique des centaines de millions d’années avant que l’atmosphère ne change, cela signifie que les organismes aérobies — ceux qui consomment de l’oxygène — ont pu évoluer bien plus tôt que prévu.

Le géochimiste Kurt Konhauser, de l’université d’Alberta au Canada, qui n’a pas participé à l’étude, souligne l’importance de cette conclusion. Selon lui, cela démontre non seulement que les cyanobactéries avaient déjà évolué, mais qu’elles étaient présentes en nombre suffisant pour modifier leur environnement profond. Cette niche écologique aurait pu servir de laboratoire évolutif pour les premières formes de vie complexe, bien avant que l’oxygène ne sature le ciel.

Une nouvelle piste pour la recherche de vie extraterrestre

Au-delà de l’histoire de notre planète, cette méthodologie offre des perspectives fascinantes pour l’exobiologie. Si la formation d’oxydes de manganèse induite par l’oxygène reste le seul processus connu capable de générer de telles signatures isotopiques du thallium, cet élément pourrait devenir une biosignature clé pour identifier la vie sur d’autres planètes.

En conclusion, l’étude de Xinming Chen nous rappelle que l’oxygénation de la Terre n’a pas été un interrupteur que l’on actionne, mais un processus complexe, fait d’avancées et de reculs. Si l’incertitude demeure sur la durée exacte de ces « bouffées » d’oxygène et sur leur impact direct sur la diversification des espèces, une chose est certaine : le plancher océanique était bien plus hospitalier qu’on ne le pensait il y a 2,6 milliards d’années. Les prochaines recherches devront déterminer si ces cycles d’oxygène ont été le moteur principal de l’émergence des premiers écosystèmes complexes.