Des sédiments d’un lac vieux de plus d’un milliard d’années nous éclairent sur l’ancienne biosphère terrestre
Un échantillon d’oxygène ancien, extrait de sédiments datant de 1,4 milliard d’années qui ont été prélevés dans un lac asséché de l’Ontario, apporte des éléments nouveaux sur la composition de l’atmosphère et de la biosphère durant la période ayant précédé l’émergence de la vie animale.
Cette découverte, publiée dans la revue Nature, constitue la plus ancienne mesure d’isotopes de l’oxygène atmosphérique, par près d’un milliard d’années. Ces résultats viennent étayer les recherches antérieures indiquant que le taux d’oxygène dans l’air à cette période de l’histoire de la Terre ne représentait qu’une infime fraction de ce qu’il est aujourd’hui, étant donné qu’à cette époque, la biosphère était très peu productive.
« Depuis des dizaines d’années, la recherche nous portait à croire que la composition de l’atmosphère avait varié de manière significative au fil des âges », mentionne Peter Crockford, qui a dirigé l’étude à titre de doctorant à l’Université McGill. « Nous venons d’établir hors de tout doute que l’atmosphère était en effet bien différente il y a 1,4 milliard d’années. »
L’étude fournit aux spécialistes des sciences de la Terre la plus ancienne mesure à ce jour de productivité primaire, qui correspond à la production de matière organique par les micro-organismes à la base de la chaîne alimentaire – algues, cyanobactérie et autres du même genre –, qu’ils fabriquent par la transformation du dioxyde de carbone, ce qui a également pour effet d’enrichir l’air en oxygène.
Une biosphère plus modeste
« Cette étude révèle qu’il y a 1,4 milliard d’années, la productivité primaire était beaucoup moins grande qu’à notre ère », indique Boswell Wing, coauteur principal de l’étude, qui a collaboré à la supervision des travaux de Peter Crockford à l’Université McGill. « La biosphère terrestre était donc forcément moins riche à cette époque, ne produisant pas suffisamment de nourriture – le carbone organique – pour soutenir une vie macroscopique complexe », précise le Pr Wing, professeur agrégé en sciences géologiques à l’Université du Colorado à Boulder.
Le Pr Crockford a obtenu ces résultats en collaboration avec des confrères de l’Université Yale, de l’Université de Californie à Riverside et de l’Université Lakehead, à Thunder Bay, en Ontario, qui avaient recueilli des échantillons intacts d’anciens sels, des sulfates, dans une formation rocheuse sédimentaire au nord du lac Supérieur. Le chercheur a ensuite acheminé les échantillons à l’Université d’État de Louisiane, où il a travaillé étroitement avec les coauteurs de l’étude Huiming Bao, Justin Hayles et Yongbo Peng, dont le laboratoire est l’un des seuls au monde à employer une technique de spectrométrie de masse spécialisée capable de déceler dans ce type de matière la présence d’isotopes de l’oxygène rares à l’intérieur de sulfates.
Ces travaux jettent également un nouvel éclairage sur une période de l’histoire de la Terre communément appelée le « milliard d’années ennuyeux », où la planète semblait soumise à bien peu de changements sur le plan biologique et environnemental.
« On a longtemps présumé que la productivité primaire était faible vers le milieu du Protérozoïque – il y a plus de 2 milliards à 800 millions d’années environ –, mais on ne disposait pas de données probantes pour soutenir cette hypothèse », précise Galen Halverson, coauteur de l’étude et professeur agrégé au Département des sciences de la Terre et des planètes à McGill. « Jusqu’ici, il n’était donc pas exclu que la “monotonie” de l’océan au milieu du Protérozoïque en ce qui a trait à la production et à la sédimentation du carbone organique ait été attribuable à d’autres facteurs. » Les données du Pr Crockford « fournissent une preuve directe que c’est la faible productivité primaire qui est à l’origine de la pauvreté du cycle du carbone ».
Indices sur des exoplanètes
Cette découverte pourrait également aider les astronomes dans leur recherche de vie à l’extérieur de notre système solaire.
« Durant la majeure partie de son existence, la Terre a été peuplée de microbes, et on peut d’ores et déjà prévoir qu’ils seront les gardiens de la vie sur notre planète longtemps après l’extinction du genre humain », mentionne le Pr Crockford, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université Princeton et à l’Institut scientifique Weizmann d’Israël. « L’étude des environnements façonnés par ces microbes nous permet non seulement de mieux comprendre notre passé et ce qui nous a menés ici, mais également d’obtenir des indices sur ce qu’on pourrait trouver par la découverte d’une exoplanète habitée. »
L’article « Triple oxygen isotope evidence for limited mid-Proterozoic primary production », par Peter W. Crockford et coll., a été publié en ligne dans la revue Nature le 18 juillet 2018.
DOI : 10.1038/s41586-018-0349-y
Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies et l’Université du Colorado à Boulder.