La lenteur de la rotation terrestre, qui augmente la durée des journées, pourrait influencer l’oxygénation de notre atmosphère. Des études montrent que l’interaction entre les cianobactéries et le temps de lumière disponible est cruciale pour comprendre l’évolution de la vie sur Terre. Quels mystères encore à découvrir ?
Depuis sa formation, il y a environ 4,5 milliards d’années, la rotation de la Terre a progressivement ralenti, rendant nos journées de plus en plus longues. Les scientifiques cherchent à relier cet effet à une diminution de l’oxygène. Mais cela constitue-t-il un risque pour l’humanité ?
La Terre ralentit d’environ 1,8 millisecondes par siècle
Bien que le ralentissement de la Terre ne soit pas perceptible à l’échelle humaine, il suffit de provoquer des changements significatifs sur des éons. L’un de ces changements, le prolongement des journées, est lié à l’oxygénation de l’atmosphère, comme l’indique une étude de 2021.
Plus spécifiquement, les algues bleu-vert (ou cianobactéries) qui ont proliféré il y a environ 2,4 milliards d’années auraient pu produire plus d’oxygène comme produit métabolique secondaire parce que les journées terrestres sont devenues plus longues.
Une question persistante dans les sciences de la Terre a été de savoir comment l’atmosphère terrestre a obtenu son oxygène et quels facteurs ont réglé le moment de cette oxigénation.
Notre recherche suggère que la vitesse de rotation de la Terre – autrement dit, la durée du jour – a pu avoir un effet important sur le modèle et le moment de l’oxygénation de la Terre.
A déclaré en 2021 le microbiologiste Gregory Dick de l’Université du Michigan.
Il y a deux éléments principaux dans cette histoire qui, à première vue, semblent peu liés. Le premier est que la rotation de la Terre est en train de ralentir.
Ce ralentissement est dû à l’attraction gravitationnelle de la Lune sur la planète, provoquant une décélération de la rotation, alors que la Lune s’éloigne progressivement.
Sur la base des enregistrements fossiles, nous savons que les jours ne duraient que 18 heures il y a 1,4 milliard d’années, et une demi-heure de moins qu’aujourd’hui il y a 70 millions d’années. Les preuves indiquent que nous gagnons 1,8 millisecondes par siècle.
L’importante Grande Événement d’Oxydation
Le deuxième élément est connu sous le nom de Grande Événement d’Oxydation – lorsque les cianobactéries ont émergé en quantités suffisantes pour que l’atmosphère terrestre connaisse une nette augmentation d’oxygène.
Sans cette oxydation, les scientifiques pensent que la vie telle que nous la connaissons n’aurait pas pu émerger; ainsi, bien qu’aujourd’hui les cianobactéries puissent sembler anodines, il est probable que nous ne serions pas ici sans elles.
Il reste encore de nombreuses inconnues sur cet événement, notamment pourquoi il a eu lieu à ce moment précis de l’histoire de la Terre plutôt qu’à un moment antérieur.
Les scientifiques qui étudient les microbes de cianobactéries ont fait le lien. Dans le sinkhole de Middle Island, au lac Huron, vivent des tapis microbiens considérés comme des analogues des cianobactéries responsables du Grand Événement d’Oxydation.
Les cianobactéries violettes, qui produisent de l’oxygène par la photosynthèse, et les microbes blancs, qui métabolisent le soufre, sont en compétition sur un tapis microbien au fond du lac.
La nuit, les microbes blancs montent à la surface du tapis et accomplissent leur travail de métabolisme du soufre. Lorsque le jour se lève et que le soleil monte suffisamment dans le ciel, les microbes blancs se retirent et les cianobactéries violettes prennent le dessus.
Ils peuvent alors commencer à faire de la photosynthèse et à produire de l’oxygène.
Cependant, il faut quelques heures avant qu’ils ne commencent à le produire, car il y a un grand décalage le matin. Les cianobactéries sont plus réactives tôt qu’à l’aube.
Explique la géomicrobiologiste Judith Klatt, de l’Institut Max Planck de Microbiologie Marine, en Allemagne.
Un plongeur observe les microbes roses, blancs et verts qui couvrent les roches du sinkhole de Middle Island, au lac Huron.
Cela signifie que la fenêtre quotidienne pendant laquelle les cianobactéries peuvent produire de l’oxygène est très limitée – et ce fait a attiré l’attention de l’océanographe Brian Arbic de l’Université du Michigan. Il s’est demandé si les changements dans la durée des jours au fil de l’histoire de la Terre avaient eu un impact sur la photosynthèse.
Il est possible qu’une compétition similaire entre microbes ait contribué à ce décalage dans la production d’oxygène dans la Terre primitive.
A expliqué Klatt.
Pour prouver cette hypothèse, l’équipe a mené des expériences et des mesures sur les microbes, tant dans leur environnement naturel qu’en laboratoire. Ils ont également réalisé des études de modélisation détaillées basées sur leurs résultats pour relier la lumière solaire à la production d’oxygène microbien et la production d’oxygène microbien à l’histoire de la Terre.
L’intuition suggère que deux jours de 12 heures devraient être similaires à un jour de 24 heures. La lumière solaire monte et descend deux fois plus vite et la production d’oxygène suit le même rythme.
Cependant, le relâchement d’oxygène des tapis bactériens ne se produit pas, car il est limité par la vitesse de diffusion moléculaire. Ce subtil découplage entre la libération d’oxygène et la lumière solaire est au cœur du mécanisme.
A dit le scientifique marin Arjun Chennu, du Centre de Recherche Marine Tropicale Leibniz en Allemagne.
Comme de nombreuses autres bactéries, les cianobactéries sont très importantes écologiquement et évolutivement. Grâce à la photosynthèse oxygénée, elles contribuent de manière significative à l’oxygénation de l’atmosphère primitive.
Ces résultats ont été intégrés dans des modèles globaux des niveaux d’oxygène, et l’équipe a découvert que le prolongement des jours était lié à l’augmentation de l’oxygène sur Terre – non seulement au Grand Événement d’Oxydation, mais aussi à un second événement d’oxygénation atmosphérique appelé Événement d’Oxygénation Néoprotérozoïque, survenu il y a environ 550 à 800 millions d’années.
Nous associons des lois de la physique qui opèrent à des échelles très différentes, de la diffusion moléculaire à la mécanique planétaire. Nous montrons qu’il existe un lien fondamental entre la durée du jour et la quantité d’oxygène qui peut être libérée par les microbes vivant dans le sol.
C’est une découverte passionnante, car elle relie la danse des molécules dans le tapis microbien à celle de notre planète et de sa Lune.
A conclu le scientifique marin Arjun Chennu.
Cette recherche a été publiée dans la revue Nature Geoscience.