Le ruisseau du lac Huron dans le Michigan est une fenêtre sur la façon dont les premières formes de vie sur Terre ont varié

CNN
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La Terre n’a pas toujours connu la journée de 24 heures que nous connaissons aujourd’hui. En fait, la façon dont le monde change non seulement détermine la durée de notre journée, mais peut avoir contribué au flux d’oxygène vers la Terre primitive qui a aidé la vie à prospérer, selon de nouvelles recherches.

Les chercheurs qui étudient l’environnement unique du lac Huron dans le Michigan l’ont utilisé pour examiner efficacement l’ancienne Terre et comment la modification de la durée de la lumière du jour pourrait affecter les plus anciennes formes de vie existantes : les micro-organismes appelés cyanobactéries.

Aussi appelées algues bleu-vert, les cyanobactéries ont évolué il y a plus de 2,4 milliards d’années, produisant de l’oxygène lorsque la Terre était encore inhospitalière. Les scientifiques ont eu du mal à expliquer pourquoi il a fallu si longtemps pour que les niveaux d’oxygène sur Terre augmentent progressivement au cours de près de deux milliards d’années – jusqu’à maintenant.

Les cyanobactéries n’ont pas bonne réputation de nos jours, car elles sont associées à des proliférations d’algues toxiques dans le lac Érié et d’autres plans d’eau. Mais ces bactéries existent depuis plus longtemps que toute autre forme de vie sur Terre, et elles ont été les premières à convertir la lumière en énergie par photosynthèse, libérant de l’oxygène comme sous-produit.

Les chercheurs commencent à se demander comment l’augmentation de la durée du jour sur la Terre primitive a permis aux cyanobactéries de créer plus d’oxygène et de diversifier la vie animale.

« Lorsque le système Terre-Lune s’est formé, les jours étaient beaucoup plus courts, peut-être même six heures », a déclaré le co-auteur de l’étude Brian Arbeck, océanographe physicien de l’Université du Michigan, dans un communiqué. « Est-ce que cela pourrait signifier que la modification de la durée du jour affectera la photosynthèse au cours de l’histoire de la Terre ? »

Lorsque la Lune est devenue le satellite de la Terre, l’attraction gravitationnelle de la Lune a ralenti le taux de rotation de notre planète, ce qui a entraîné des jours plus longs. Des heures plus ensoleillées auront un effet positif sur l’activité photosynthétique des cyanobactéries.

Au-dessous du lac Huron se trouve un substrat rocheux qui s’est formé à partir des mers anciennes qui couvraient autrefois le continent nord-américain. Cette roche comprend du calcaire, de la dolomie et du gypse, et au fil du temps, les eaux souterraines en ont dissous une partie. Cela a formé des fissures et des cavernes, qui créent toutes deux des trous submergés.

Phil Hartmere/Sanctuaire marin national Noah Thunder Bay

Un plongeur sous-marin observe les microbes violets, blancs et verts recouvrant les roches dans un trou sur l’île centrale du lac Huron.

Le gouffre central de l’île du lac Huron est l’endroit où les eaux souterraines froides, riches en soufre et pauvres en oxygène s’échappent du lit du lac. Alors que la plupart des plantes et des animaux évitent cette zone, les microbes ont trouvé un foyer dans cet environnement hostile à 80 pieds (24,4 mètres) sous la surface de l’eau. Les bactéries aux couleurs vives forment des colonies appelées tapis microbiens, la contrepartie parfaite pour les chercheurs souhaitant étudier des colonies similaires qui existaient autrefois sur la terre et le fond marin il y a des milliards d’années.

Aujourd’hui, deux types de cyanobactéries forment ici des colonies concurrentes. L’une est une bactérie bleu-violet qui produit de l’oxygène, tandis que l’autre est une bactérie blanche qui génère de l’énergie à l’aide de soufre.

Les bactéries du soufre reposent sur les cyanobactéries du crépuscule jusqu’à l’aube, bloquant leur accès à la lumière du soleil. Mais dès que le soleil apparaît, la colonie bactérienne supérieure descend et permet aux cyanobactéries violettes de commencer la photosynthèse pour produire de l’oxygène.

« Cependant, cela prend quelques heures avant qu’ils ne commencent vraiment, il y a un long délai le matin. Les cyanobactéries sont un type de bactéries », a déclaré l’auteur de l’étude Judith Klatt, microbiologiste à l’Institut Max Planck de microbiologie marine en Allemagne, a déclaré dans un communiqué. Trop tard pour se lever le matin.

« J’ai réalisé que la durée du jour et la libération d’oxygène par les tapis microbiens sont liées à un concept très basique et basique : pendant les jours courts, il y a moins de temps pour que les gradients se développent, et donc moins d’oxygène peut s’échapper des tapis », a déclaré Klatt.

En modélisant la corrélation entre la lumière du soleil et la production d’oxygène, Klatt et ses collègues ont découvert que la libération d’oxygène pendant deux jours de 12 heures au début de la Terre ne correspondrait pas à une journée de 24 heures. Les résultats de l’équipe d’étude ont montré un lien direct entre la durée du jour et la quantité d’oxygène que les microbes pourraient libérer.

Phil Hartmere/Sanctuaire marin national Noah Thunder Bay

Les petites crêtes et « doigts » dans les tapis du cours d’eau sont causés par les gaz qui s’élèvent sous eux.

En termes simples, l’oxygène a moins de temps pour quitter le tapis les jours plus courts », a déclaré Klatt.

Cela suggère que deux sauts majeurs d’oxygène sur Terre, y compris le grand événement d’oxydation il y a plus de 2 milliards d’années et l’événement d’oxygénation néoprotérozoïque il y a entre 800 et 540 millions d’années, pourraient être liés à des jours terrestres plus longs.

L’étude a été publiée lundi dans la revue sciences naturelles de la terre.