C’est une question d’intérêt fondamental pour tout le monde, dit Gregory Dick, professeur de microbiologie à l’Université du Michigan, avec un clin d’œil : « D’où venons-nous et quelles sont les conditions qui soutiennent une vie comme la nôtre ?

Et cette question a ramené Dick et sa collègue Judith Klatt de l’Institut allemand Max Planck de biologie marine à ce qu’ils appellent la « Terre primitive ».

Alors, rejoignons-les.

La Terre s’est formée il y a environ 4,54 milliards d’années. La pensée actuelle est que c’est à peu près juste – plus ou moins une marge d’erreur de 50 millions d’années.

Certains des premiers signes de vie sur la planète, observés dans les roches et les fossiles, par exemple, remontent à environ 3,5 milliards d’années. Mais, encore une fois, c’est juste basé sur les preuves dont nous disposons à ce jour : toutes les heures sont des estimations.

Quant à la vie telle que nous la connaissons – la vie biologique – a peut-être commencé un peu plus tard. Cela a peut-être été un autre milliard d’années plus tard et à de grandes profondeurs dans les océans, où prospèrent des micro-organismes appelés « extrêmophiles ».

Et les scientifiques pensent maintenant que ces origines mêmes de la vie ont pu être aidées lorsque la rotation de la Terre a ralenti il ​​y a environ 2,4 milliards d’années.

Une rotation plus lente signifie des jours plus longs. Et des jours plus longs signifient plus de temps pour ces organismes pour produire de l’oxygène. C’est, disent les scientifiques Dick et Klatt, la première fois que l’idée est proposée. Ils viennent de publier leur étude dans la revue Nature Geoscience.

La rotation de la Terre

Il faut environ 365 jours à la Terre pour orbiter autour du Soleil. Cela ressemble en fait plus à 365,25 jours et ce quart de jour supplémentaire explique quelques écarts dans le calendrier romain, que nous ajustons avec les années bissextiles, mais gardons cela pour l’instant.

A titre indicatif, une journée dure 24 heures (mais c’est aussi une moyenne que nous utilisons pour simplifier les choses). Le point principal ici est que ces 24 heures sont ce que nous entendons lorsque nous parlons de la rotation de la Terre.

Et c’est là que les choses deviennent intéressantes. La rotation de la Terre n’a pas toujours été de 24 heures. Avant, c’était plus rapide. Les scientifiques pensent qu’une journée peut avoir été aussi courte que six heures, il y a des milliards d’années.

Jours plus longs = plus d’oxygène

Les scientifiques tentent toujours de déterminer de manière concluante quand, comment et pourquoi la Terre s’est “oxygénée”.

Mais cette équipe internationale a proposé une idée apparemment nouvelle.

Klatt, Dick et d’autres collègues ont étudié les « tapis de cyanobactéries » au Middle Island Sinkhole dans le lac Huron, aux États-Unis.

À une profondeur d’environ 23 mètres (76 pieds), c’est une zone qui, selon les scientifiques, représente “la Terre primitive”.

L’eau du gouffre est pauvre en oxygène et riche en soufre. Il manque toute la vie végétale et animale qui est par ailleurs typique du lac Huron, dit Greg Dick.

Mais il y a cet épais tapis violet ou tapis de cyanobactéries. Les cyanobactéries sont parmi les plus anciennes bactéries connues sur Terre. Ils sont aquatiques et photosynthétiques. Ils ont besoin de la lumière du soleil pour vivre.

“Nous voulons comprendre comment l’oxygène a été produit sur une Terre primitive et la seule source biologique importante d’oxygène sur Terre sont les cyanobactéries, qui ont évolué il y a des milliards d’années”, explique Klatt.

Les petites collines et les « doigts » comme celui-ci sont des signes de gaz comme le méthane et le sulfure d’hydrogène bouillonnant sous les tapis microbiens du Middle Island Sinkhole

Dans leur article de Nature Geoscience, les scientifiques écrivent que “la photosynthèse oxygénique dans les tapis microbiens était une source substantielle d’oxygène pour le Grand événement d’oxydation (GOE) il y a environ 2,4 milliards d’années”.

Ce qu’ils pensent qui se passe

Selon les scientifiques, les cyanobactéries violettes productrices d’oxygène du Middle Island Sinkhole doivent « concurrencer » les bactéries blanches oxydant le soufre pour survivre.

Ils « exécutent une petite danse chaque jour : du crépuscule à l’aube, les bactéries mangeuses de soufre se trouvent au-dessus des cyanobactéries, bloquant leur accès à la lumière du soleil. Lorsque le soleil sort le matin, les mangeurs de soufre se déplacent vers le bas et les cyanobactéries remonter à la surface du tapis », écrivent-ils.

Ainsi, lorsque le soleil se lève, les cyanobactéries commencent à faire de la photosynthèse et à produire de l’oxygène.

“Cependant, cela prend quelques heures avant qu’ils ne démarrent vraiment, il y a un long décalage le matin”, explique Klatt. « Les cyanobactéries sont plutôt des lève-tard, semble-t-il. Du coup, leur temps de photosynthèse est limité à quelques heures par jour seulement.

L’air que nous respirons

Mais lorsque les jours sur Terre se sont allongés – avec des étendues de lumière solaire plus longues – ils ont produit plus d’oxygène.

Brian Arbic, un océanographe physique de l’équipe, dit que lorsque le système Terre-Lune s’est formé pour la première fois, les jours étaient beaucoup plus courts, peut-être aussi courts que six heures. Mais ensuite, “la rotation de notre planète a ralenti en raison de la force de la gravité de la lune et du frottement des marées” et les jours ont rallongeé.

Klatt pense que la durée du jour et l’oxygène des tapis microbiens sont liés à « un niveau très basique et fondamental : pendant les jours courts, il y a moins de temps pour que l’oxygène s’échappe des tapis ».

Et c’est, en bref, l’air que nous respirons. Alors, plus la journée est longue, plus nous devons respirer ?

Échantillons et études complémentaires

L’équipe comprend d’autres chercheurs du Leibniz Center for Tropical Marine Research en Allemagne et de l’Annis Water Resources Institute de la Grand Valley State University, aux États-Unis.

Ils étudient toujours les échantillons prélevés au fond du lac et continuent de surveiller les conditions là-bas. Ils veulent comprendre ce qui contrôle la production d’oxygène chez les cyanobactéries et expliquer pourquoi, semble-t-il, l’oxygène ne s’est vraiment développé sur Terre qu’à « une époque plus récente », explique Dick.