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Les niveaux d’oxygène sur Terre sont majoritairement régulés par les végétaux, via le mécanisme de photosynthèse qui consiste à prélever le CO2 dans l’atmosphère pour générer de l’oxygène. Longtemps, les scientifiques ont pensé que la contribution animale à la régulation de l’oxygène terrestre était quasiment négligeable, voire inexistante, et que seul l’oxygène influençait la faune. Cependant, en s’appuyant sur des relevés géologiques anciens, une étude récente a montré que cette régulation était réciproque, et que les animaux jouent un rôle bien plus important qu’il n’y paraît.

Pour la première fois, des chercheurs ont mesuré les effets réciproques de la production d’algues et du taux d’oxygène sur Terre. Des études sur du calcaire vieux de 540 millions d’années indiquent que ce n’est pas seulement le niveau d’oxygène qui affecte les animaux, mais que les animaux peuvent également réguler le niveau d’oxygène.

Il y a environ 540 millions d’années, la diversité des animaux sur la planète a connu un essor considérable. Les premiers grands animaux ont évolué au cours de ce qui est aujourd’hui connu comme l’explosion cambrienne. Dans la période qui a suivi, les animaux ont évolué et ont grossi, mais parallèlement à leur évolution, le niveau d’oxygène dans l’atmosphère a chuté, ce qui a temporairement ralenti cette évolution.

Le rôle des animaux dans l’ajustement du taux d’oxygène

Cependant, l’oxygénation et la croissance d’algues qui ont suivi ont ajouté de l’énergie à la chaîne alimentaire et ont permis à la vie de considérablement se développer. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue PNAS, des chercheurs du GLOBE Institute de la Faculté de la santé et des sciences médicales de l’Université de Copenhague ont découvert que les animaux eux-mêmes avaient probablement contribué à un ajustement du taux d’oxygène et contrôlaient donc indirectement leur propre développement.

carte echantillons calcaire

Localisations des différents relevés de calcaire : (A) Maroc, (B) Sibérie, (C) Chine du Sud, et (D) Reconstitution paléogéographique il y a ~525 millions d’années. Crédits : Tais W. Dahl et al. 2019

« Pour la première fois, nous avons réussi à mesurer le « battement de cœur de la Terre » —  c’est-à-dire la dynamique entre le niveau d’oxygène et la productivité sur Terre. Nous avons constaté que ce n’est pas seulement l’environnement et le niveau d’oxygène qui affectent les animaux, mais que, très probablement, les animaux ont un impact sur le niveau d’oxygène » déclare le professeur Tais Wittchen Dahl du GLOBE Institute.

Animaux fouisseurs, phosphate et algues : la chaîne de régulation de l’oxygène

Pour comprendre ce qui contrôle le niveau d’oxygène sur la Terre, les chercheurs ont étudié le calcaire déposé au fond de l’océan lors de l’explosion cambrienne, il y a 540 à 520 millions d’années. Le rapport entre l’uranium 238 et l’uranium 235 a révélé combien d’oxygène il y avait dans les océans à cette époque. Les chercheurs ont ainsi pu constater des fluctuations massives entre deux conditions extrêmes, où le fond de l’océan était recouvert respectivement de plans d’eau oxygénés ou appauvris en oxygène. Ce sont ces fluctuations à l’échelle mondiale auxquelles les animaux eux-mêmes ont contribué, selon l’étude.

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Au cours de l’explosion cambrienne, les animaux marins ont évolué. Ils sont devenus plus grands, ont commencé à se déplacer sur le fond de l’océan, se sont chassés et ont développé des squelettes et des coquilles. En particulier, la nouvelle capacité de déplacement est intéressante car les animaux ont labouré la boue au fond de l’océan et, par conséquent, une grande partie du phosphate contenu dans l’eau était plutôt liée au fond de l’océan. Le phosphate est un nutriment pour les algues et les algues effectuent la photosynthèse, qui produit de l’oxygène.

graphiques taux oxygene

Graphiques montrant (A) une simulation de la pO2 atmosphérique, (B) la proportion de fonds océaniques anoxiques, (C) la production globale marine et (E) l’apparition de nouveaux fossiles. Les résultats montrent clairement (pics et creux) les moments où l’oxygène a varié sur Terre en corrélation avec l’activité animale. Crédits : Tais W. Dahl et al. 2019

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« Moins de phosphate produit moins d’algues, ce qui, avec le temps, entraîne moins d’oxygène sur la Terre et, en raison de la pénurie d’oxygène, les plus gros animaux se sont éteints. Une fois ces animaux disparus, le niveau d’oxygène a pu remonter et créer des conditions de vie favorables, puis le processus s’est répété » explique Wittchen Dahl.

« De cette manière, les animaux fouisseurs dans la boue ont eux-mêmes contribué à contrôler le niveau d’oxygène et à ralentir l’évolution par ailleurs explosive de la vie. Il est tout à fait nouveau de pouvoir rendre probable l’existence d’une telle dynamique entre les animaux et l’environnement. Et c’est une découverte très importante pour comprendre les mécanismes qui contrôlent le niveau d’oxygène sur Terre ».

Mieux comprendre comment la vie aurait pu se développer sur d’autres planètes

Comprendre les mécanismes qui contrôlent le niveau d’oxygène sur notre planète n’est pas seulement important pour la vie sur Terre. Une meilleure compréhension de la dynamique entre l’oxygène et la vie nous rapproche également de la compréhension de la vie possible sur d’autres planètes. « L’oxygène est un biomarqueur. Et si la vie en elle-même permet de contrôler le niveau d’oxygène, il est beaucoup plus probable qu’il y aura également de la vie dans les endroits où l’oxygène est présent » Wittchen Dahl.

Interpréter cette dynamique millénaire est le meilleur moyen d’en faire une expérience globale. Comme il n’est pas possible de tester comment il est possible d’influencer le niveau global d’oxygène aujourd’hui, les scientifiques doivent plutôt faire appel au passé pour comprendre la dynamique qui régit le rythme cardiaque de la Terre — et ainsi faciliter peut-être un peu plus la compréhension de la vie sur Terre et sur d’autres planètes.

Sources : PNAS

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