Le ralentissement de la rotation de la Terre pourrait être à l’origine de la vie telle que nous la connaissons
Selon de nouvelles recherches, les animaux ont peut-être évolué parce que la rotation de la Terre a ralenti, entraînant des jours plus longs et une augmentation de l’oxygène.
Image d’entête : tapis microbiens violets dans le gouffre de l’île Middle dans le lac Huron, juin 2019. Les petites bosses et les » doigts » comme celui-ci dans les tapis sont causés par les gaz comme le méthane et le sulfure d’hydrogène qui bouillonnent sous eux. (Phil Hartmeyer/ NOAA Thunder Bay/ National Marine Sanctuary)
L’augmentation de l’oxygène était nécessaire à l’évolution des animaux, mais pendant des décennies, les chercheurs se sont efforcés d’expliquer les facteurs qui contrôlaient ce processus vieux de près de deux milliards d’années.
À présent, une équipe internationale de chercheurs, dirigée par Judith Klatt et Arjun Chennu de l’Institut Max Planck de microbiologie marine et du Centre Leibniz de recherche marine tropicale en Allemagne, a émis l’hypothèse que l’oxygénation pourrait être liée à la durée du jour, un lien jusqu’alors non décrit.
Lorsque la Terre était jeune, elle tournait plus vite qu’aujourd’hui et les jours pouvaient durer jusqu’à 6 heures. Cependant, la gravité de la Lune et la friction des marées ont fini par ralentir la rotation de la Terre.
L’équipe a émis l’hypothèse qu’avec le ralentissement de la Terre, les jours se sont allongés et ont permis aux bactéries qui pratiquaient la photosynthèse de se développer. À leur tour, ces bactéries ont pu libérer beaucoup d’oxygène dans l’air, ce qui a permis aux créatures respirant de l’oxygène d’évoluer.
Les chercheurs ont formulé cette hypothèse en étudiant les micro-organismes qui vivent au fond d’un gouffre, accessible uniquement en plongée sous-marine. On y trouvait des cyanobactéries violettes productrices d’oxygène et des bactéries blanches oxydant le soufre, qui utilisent ce dernier, et non la lumière du soleil, comme principale source d’énergie.
Selon Klatt :
Nous ne comprenons pas entièrement pourquoi cela a pris autant de temps et quels facteurs ont contrôlé l’oxygénation de la Terre. Mais en étudiant les tapis de cyanobactéries dans le Gouffre de l’île Middle du lac Huron dans le Michigan, qui vivent dans des conditions ressemblant à celles de la Terre primitive, j’ai eu une idée.
Carte du bassin des Grands Lacs présentant le contexte géologique. La flèche et le cercle rouge indiquent l’emplacement de plusieurs dolines submergées du lac Huron, dont la doline de Middle Island. (Biddanda et col./ Nature Education Knowledge)
La quasi-totalité de l’oxygène respirable sur Terre provient des produits de la photosynthèse, qui est libérée par les plantes ou les bactéries, et si la journée de travail était longue, a pensé Klatt, peut-être avaient-elles plus de temps pour produire de l’oxygène.
L’équipe a constaté que la bactérie blanche formait un tapis sur la bactérie violette pendant la nuit, lorsqu’elle pouvait manger du soufre et que la bactérie violette ne pouvait pas produire d’oxygène en l’absence de lumière solaire.
Un plongeur observe les microbes violets, blancs et verts qui recouvrent les roches dans le gouffre de l’île Middle du lac Huron. (Phil Hartmeyer, NOAA Thunder Bay National Marine Sanctuary)
Lorsque le soleil se lève, les bactéries violettes remontent au sommet, prêtes à travailler, et l’oxygène est libéré dans l’atmosphère suite à la photosynthèse, mais la productivité dépend de la durée de la journée.
Selon le géomicrobiologiste Gregory Dick de l’Université du Michigan, aux États-Unis :
L’idée est qu’avec un jour plus court et une fenêtre plus courte pour les conditions de haute luminosité dans l’après-midi, ces bactéries blanches mangeuses de soufre seraient au-dessus des bactéries photosynthétiques pendant une plus grande partie de la journée, limitant la production d’oxygène.
En clair, l’oxygène a moins de temps pour quitter le tapis lorsque les jours sont courts.
Nos recherches suggèrent que la vitesse à laquelle la Terre tourne, en d’autres termes la durée des jours, a pu avoir un effet important sur le modèle et le moment de l’oxygénation de la Terre.
Ce phénomène aurait été exacerbé par le fait que la bactérie violette n’est pas du matin : il y a eu un décalage entre le moment où elle est montée au sommet et celui où elle a commencé à produire de l’oxygène.
Ainsi, comme les jours rallongent et que le soleil est plus accessible l’après-midi, les bactéries qui se lèvent plus tard ont eu plus de temps pour augmenter leur production d’oxygène, ce qui a entraîné des changements atmosphériques.
L’équipe a modélisé la façon dont l’oxygène pouvait se diffuser dans l’atmosphère en fonction de la durée du jour : les bactéries travaillaient-elles plus efficacement lorsqu’il y avait une longue journée de 24 heures ou deux journées plus courtes de 12 heures ?
Selon Arjun Chennu de l’Institut Max Planck de microbiologie marine :
L’intuition suggère que deux jours de 12 heures devraient être similaires à un jour de 24 heures. La lumière du soleil monte et descend deux fois plus vite, et la production d’oxygène suit le même rythme. Mais la libération d’oxygène par les tapis bactériens ne suit pas, car elle est limitée par la vitesse de diffusion moléculaire.
Ce découplage subtil de la libération d’oxygène de la lumière du soleil est au cœur du mécanisme.
Cela signifie que les bactéries fabriquaient de l’oxygène le matin, mais qu’il ne se diffusait dans l’atmosphère que plus tard dans la journée. Les modèles ont montré que les bactéries pouvaient libérer une plus grande quantité d’oxygène dans l’air au cours d’une seule longue journée, car elles avaient le temps d’atteindre et de travailler à leurs niveaux les plus efficaces plus longtemps avant le coucher du soleil.
L’équipe a intégré ces résultats dans des modèles globaux d’oxygénation afin de déterminer si l’oxygène libéré par les bactéries pouvait affecter l’atmosphère de toute la planète.
Leurs simulations ont montré que le prolongement de la lumière du jour provoqué par le ralentissement de la Terre pourrait avoir suffisamment agi sur les bactéries pour augmenter les niveaux d’oxygène à l’échelle mondiale et entraîner un changement atmosphérique.
Toujours selon Chennu :
Nous établissons un lien entre des lois de la physique opérant à des échelles très différentes, de la diffusion moléculaire à la mécanique planétaire. Nous montrons qu’il existe un lien fondamental entre la longueur du jour et la quantité d’oxygène que les microbes vivant au sol peuvent libérer.
C’est assez passionnant. Nous relions ainsi la danse des molécules du tapis microbien à la danse de notre planète et de sa Lune.
Grâce à ces modèles, les chercheurs ont montré que les deux bonds majeurs des niveaux d’oxygène au cours de l’histoire de la Terre, la “Grande Oxydation” il y a deux milliards d’années, et l’événement d’oxygénation néoprotérozoïque plus tardif, pourraient avoir été liés à l’augmentation de la lumière du jour. Si tel est le cas, cela pourrait signifier que la vie complexe était le résultat de longues journées de travail pour les bactéries productrices d’oxygène.
L’étude publiée dans Nature Geosciences : Possible link between Earth’s rotation rate and oxygenation et présentée sur le site de l’Institut Max Planck de microbiologie marine : A long day for microbes, and the rise of oxygen on Earth.